Pesquisadores da Universidade Estadual de Michigan identificaram um “interruptor” molecular que aumenta a energia dos espermatozoides pouco antes de tentarem fertilizar um óvulo. A descoberta pode melhorar tratamentos de infertilidade e apoiar o desenvolvimento de opções seguras de contracepção masculina não hormonal.
“O metabolismo do espermatozoide é especial porque está focado apenas em gerar mais energia para atingir um único objetivo: a fertilização”, disse Melanie Balbach, professora assistente do Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular e autora sênior do estudo.
Antes da ejaculação, os espermatozoides de mamíferos permanecem em um estado de baixa energia. Uma vez dentro do trato reprodutivo feminino, eles se transformam rapidamente. Eles começam a nadar com mais força e ajustam as membranas externas que eventualmente interagirão com o óvulo. Essas mudanças exigem um aumento súbito e significativo na produção de energia.
“Muitos tipos de células passam por essa mudança rápida de estados de baixa para alta energia, e os espermatozoides são uma forma ideal de estudar essa reprogramação metabólica”, disse Balbach. Ela se juntou à MSU em 2023 para expandir seu trabalho pioneiro no metabolismo dos espermatozoides.
Em sua carreira anterior no Weill Cornell Medicine, Balbach ajudou a mostrar que bloquear uma enzima crítica do espermatozoide causou infertilidade temporária em camundongos. Essa descoberta destacou a possibilidade de contracepção masculina não hormonal.
Embora os cientistas soubessem que os espermatozoides requerem grandes quantidades de energia para se preparar para a fertilização, o mecanismo exato por trás desse surto permanecia desconhecido até agora.
Trabalhando com colaboradores do Memorial Sloan Kettering Cancer Center e do Van Andel Institute, a equipe de Balbach desenvolveu um método para acompanhar como os espermatozoides processam a glicose, um açúcar que absorvem do ambiente e usam como combustível.
Mapeando o caminho químico da glicose dentro da célula, os pesquisadores identificaram diferenças claras entre espermatozoides inativos e aqueles que foram ativados.
“Você pode pensar nessa abordagem como pintar o teto de um carro de rosa brilhante e depois seguir esse carro no trânsito usando um drone”, explicou Balbach.
“Nos espermatozoides ativados, vimos esse carro pintado se movendo muito mais rápido pelo trânsito, preferindo uma rota distinta, e pudemos até ver em quais cruzamentos o carro tendia a ficar preso”, disse ela.
Usando recursos como o Mass Spectrometry and Metabolomics Core da MSU, a equipe montou um quadro detalhado do processo de múltiplas etapas e alta energia do qual os espermatozoides dependem para alcançar a fertilização.
O estudo descobriu que uma enzima conhecida como aldolase desempenha um papel fundamental na conversão da glicose em energia utilizável. Os pesquisadores também aprenderam que os espermatozoides recorrem a reservas de energia internas que já carregam quando sua jornada começa.
Além disso, certas enzimas atuam como reguladores, direcionando como a glicose se move pelas vias metabólicas e influenciando a eficiência da produção de energia.
Balbach planeja continuar investigando como os espermatozoides dependem de diferentes fontes de combustível, incluindo glicose e frutose, para atender às suas demandas energéticas. Esta linha de pesquisa pode afetar várias áreas da saúde reprodutiva.
A infertilidade afeta cerca de uma em cada seis pessoas em todo o mundo. Balbach acredita que estudar o metabolismo dos espermatozoides pode levar a melhores ferramentas de diagnóstico e tecnologias reprodutivas assistidas aprimoradas.
As descobertas também podem apoiar o desenvolvimento de novas estratégias contraceptivas, particularmente abordagens não hormonais.
“Compreender melhor o metabolismo da glicose durante a ativação dos espermatozoides foi um primeiro passo importante, e agora nosso objetivo é entender como nossas descobertas se traduzem para outras espécies, como os espermatozoides humanos”, disse Balbach.
“Uma opção é explorar se uma de nossas enzimas de ‘controle de tráfego’ poderia ser alvo de forma segura como um contraceptivo masculino ou feminino não hormonal”, acrescentou ela.
A maioria dos esforços para criar contraceptivos masculinos tem se concentrado em interromper a produção de espermatozoides. Essa estratégia tem desvantagens. Ela não fornece infertilidade imediata e sob demanda, e muitas opções dependem de hormônios que podem causar efeitos colaterais significativos.
O trabalho mais recente de Balbach sugere uma alternativa. Ao direcionar o metabolismo dos espermatozoides com uma abordagem não hormonal baseada em inibidores, pode ser possível desativar temporariamente a função dos espermatozoides quando desejado, minimizando efeitos indesejados.
“Atualmente, cerca de 50% de todas as gestações não são planejadas, e isso daria aos homens opções adicionais e autonomia sobre sua fertilidade”, disse Balbach. “Da mesma forma, cria liberdade para aqueles que usam contraceptivos femininos, que são baseados em hormônios e altamente propensos a efeitos colaterais.
“Estou animada para ver o que mais podemos encontrar e como podemos aplicar essas descobertas.”
A pesquisa foi publicada na revista Proceedings of the National Academy of Sciences e recebeu apoio do National Institute of Child Health and Human Development.
