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Um espermatozóide mamífero é caracterizado por duas partes morfológicas e funcionais, ou seja, a cabeça e o flagelo, cada um optimizado para uma tarefa especial. Ambas as unidades são moldadas e montadas durante a fase citomorfogênica da espermatogênese, conhecida como espermatogênese. Enquanto o flagelo é o módulo motor que ajuda a fornecer a “força” que conduz os espermatozóides ejaculados ao local do óvulo para fertilização, a cabeça encapsula precisamente metade do genoma paterno que, uma vez engolfado no ooplasma do óvulo, resulta na formação do zigoto e na restauração da condição diplóide. Para que isto ocorra, o espermatozóide tem de penetrar as barreiras protectoras do oócito, a camada de células cúmulos e a zona pelúcida (ZP). Antes de penetrar na ZP, o espermatozóide fertilizante deve sofrer uma alteração morfológica da cabeça envolvendo a ruptura do acrossoma com a conseqüente liberação de enzimas hidrolíticas armazenadas, a chamada reação acrossômica (RA).1 Neste caso, a importância do acrossoma que se pensa ser indispensável para a fertilização.1 Espermatozóides sem acrossoma são de fato inférteis.2 Em estudos iniciais com roedores foi relatado que o local onde o espermatozóide fertilizante começa a AR está no cúmulo,3 mas estudos subsequentes, realizados com óvulos sem cúmulo, estabeleceram ao longo dos anos que o indutor fisiológico da AR de mamíferos é o ZP.4,5 Esta segunda visão é agora amplamente difundida e geralmente aceita. Recentemente, entretanto, Jin et al.6, utilizando a técnica de fertilização in vitro envolvendo oócitos de camundongos fechados com cúmulo e espermatozóides transgênicos fluorescentemente marcados para detectar o aparecimento do RA, mostraram que os espermatozóides, sob condições naturais, sofrem RA dentro do cúmulo. Então, com esta descoberta recente, parece que o cúmulo é crucial para a RA como originalmente concebida.7

Uma pessoa se perguntaria se existe uma espécie de destino paralelo envolvendo os estudos dedicados à natureza do acrossomo. Originalmente, o acrossomo foi descrito como um lisossomo modificado.8 Estudos sucessivos, entretanto, estabeleceram que o acrossomo é uma vesícula secretora direta derivada de Golgi.9,10 Evidências experimentais recentes,11 no entanto, indicam a necessidade de uma revisão do conceito em relação ao ‘acrossomo = organela derivada de Golgi’. Em linha com a sugestão original, Berruti et al.12 propuseram o acrossomo como uma organela nova relacionada ao lisossomo (LRO). As LROs representam uma família de organelas fechadas por membrana restrita a certos tipos celulares especializados, que inclui melanosomas, grânulos líticos, corpos densos plaquetários, exossomas e sinaptosomas.13,14 As LROs têm estágios funcionais e dinâmicos de maturação como indicado pelo envolvimento de muitas proteínas da família Rab, ou seja, pequenos GTPases GTP críticos para a fusão e transporte da vesícula.13-15 Em particular, a biogênese LRO é caracterizada pelo fluxo dinâmico de proteínas e vesículas entre distintos compartimentos endossômicos; no centro do endossomo inicial (EE), a via endocítica se conecta com a via exocítica que, por sua vez, através da rede trans-Golgi (TGN), ordena proteínas recém-sintetizadas desde o retículo endoplasmático (ER) até o sistema endossômico.14 Por um lado, os sistemas de transporte vesicular na biogênese LRO são bastante comuns entre os vários tipos celulares, mas, por outro lado, a carga/es proteica que as vesículas transportam pode variar muito, dependendo da expressão tecidual ou celular específica da determinada carga. Hu et al.15 forneceram um perfil preciso dos proteomas LRO.

Em resumo, chegamos à conclusão de que o acrossoma pode representar um novo membro da família LRO tendo em conta, todos juntos, uma série de características que caracterizam o acrossoma espermático, algumas das quais foram bem estabelecidas enquanto outras foram descobertas apenas recentemente. Resumidamente, (a) o acrossoma contém um pH ácido e algumas hidrolases lisossómicas, bem como algumas enzimas/proteínas únicas como a acrosina e a proteína de ligação à acrosina (ACRB/OY-TES-1).11 Estas proteínas seguem a via biossintética (transporte anterógrado) e são embaladas em vesículas de núcleo denso em electrões, chamadas grânulos proacrossómicos, provavelmente na/após a rede trans Golgi (TGN).16 Proteínas motoras como KIFC1 17 e membros da família Rab 27a18 foram descritas para funcionar no tráfico de vesículas do Golgi para o acrossoma; (b) a acrossomogênese é agrupada em quatro fases: Golgi, Boné, Acrossoma e Maturação. Pela última fase Cap-phase, o espermatozóide Golgi migra para o lado oposto da célula,10,16 terminando assim o transporte das glicoproteínas para o acrossoma através da via biossintética do Golgi. As vias extra-golgi, contribuindo para a ampliação e maturação do acrossoma em desenvolvimento, foram entretanto descritas19,20. c) O TGN é um dos principais centros de tráfego da célula, pois está envolvido no transporte de proteínas/membranas a partir da via biossintética, bem como no recebimento de carga proteica por transporte retrógrado a partir dos compartimentos endocíticos;21 (d) evidências recentes têm mostrado que componentes da máquina endocítica estão envolvidos na biogênese do acrossoma, fornecendo suporte experimental à sugestão inicial de West e Willison20 de que existem pelo menos duas fontes de transporte vesicular, uma derivada do Golgi e outra da membrana plasmática, concomitantes ao desenvolvimento do acrossoma. Entre os componentes descobertos, existem: Afaf (Acrossoma formation associated factor) que se localiza em EEA1 (early endosome antigen 1)- endossomos positivos;22 SH3P13, uma proteína vesicular que funciona na endocitose do receptor mediado por clathrina;23 SPE-39, um regulador do fornecimento lisossômico originalmente identificado em células espermatogênicas;24 UBPy,25 uma enzima desubiquitante originalmente identificada como uma proteína interagindo com a proteína de tráfico endocítico Hbp26 e o fator de troca Ras RasGRF1.27

No rato UBPy, agora oficialmente denominada Usp8 (ubiquitina-protease específica 8), foi molecularmente identificada como uma deubiquitinase contendo as características típicas da família de enzimas desubiquitinantes UBP.27 Embora presente em mais tecidos, a mUBPy é altamente expressa e restrita aos testículos e ao sistema nervoso central.27 Convencionalmente falando, as deubiquitinases promovem a remoção e o processamento da ubiquitina conjugada de proteínas, desempenhando assim um papel regulador tanto no nível de rotatividade quanto no de degradação proteica. Sucessivamente, ao explorar tecnologias de transfecção celular, a UBPy/Usp8 emerge como um regulador chave da classificação endossômica e morfologia da vesícula.28-30 Contudo, para estabelecer um papel fisiológico “in vivo”, a UBPy/Usp8 tem sido extensivamente estudada em células germinativas masculinas com as seguintes observações:12 (1) A UBPy interage com a espermatida Hbp/STAM2 que, por si só, interage com o seu parceiro de ligação Hrs para dar origem ao complexo de espermatida ESCRT-0. ESCRT-0 (Endosomal Sorting Complex Required for Transport-0) é o complexo que primeiro atribui direcionalidade à classificação endossômica e é recrutado para o EE (endossomo inicial); (2) UBPy/Hbp/Hrs-labelled vesicles develop into the forming acrosome; that is also EEA1 positive; (3) Vps54, uma proteína vesicular trabalhando no transporte retrógrado do EE,31,32 está envolvida na acrossomogênese; (4) A UBPy, através de seu domínio MIT (microtubúle interacting and trafficking/transport), associa-se diretamente com microtubulos de espermatide, provavelmente mediando a ligação entre a vesícula endocítica itinerante classificada e os microtubulos; a acrossomogênese é um processo análogo ao LRO-biogênese, dependente do microtubúleo.14,16 Estes resultados, juntamente com outros estudos recentes (ver o trabalho sobre o EHD1 33), apoiam fortemente a evidência de que a via endocítica também desempenha um papel crítico na biogénese do acrossoma. Além disso, muito recentemente foi demonstrado que os espermatozóides de camundongos que expressam a variante Vps54(L967Q) são sem acrômio porque as vesículas marcadas com UBPy- e Vps54(L967Q) não são capazes de se desenvolverem em um acrossomo.34 A mutação pontual Vps54(L967Q) é responsável pelo fenótipo de camundongo wobbler,35 caracterizado por doença neuronal motora e defeito de espermiogênese. Os espermatozóides wobbler são de cabeça redonda, sem acrossoma, e são inférteis.34 A mutação do wobbler Vps54 afeta em particular os neurônios motores e espermatideos ainda não está clara. Até agora o Vps54 tem sido estudado essencialmente em leveduras, onde dá origem juntamente com o Vps51, Vps52 e Vps53 ao complexo de Proteínas Retrógradas Associadas do Golgi (GARP);31,32 em particular, o Vps54 trabalha no transporte retrógrado do EE para o TGN.32 Após a descoberta do complexo GARP na levedura Saccharomices cerevisiae há uma década, seu estudo entrou em uma trégua e só recentemente ressurgiu interesse com a caracterização do complexo ortológico em eucariotas superiores.36 No entanto, a levedura não tem LRO. Pode ser que esta seja apenas uma visão especulativa para sugerir uma possível direção para o trabalho futuro – em tipos de células especializadas caracterizadas pela presença de um LRO específico, Vps54, recrutado através de ativadores/efatores específicos da célula, amarra a carga de proteína EE ao LRO formador. A Figura 1 ilustra um desenho esquemático simplificado da biogénese do acrossoma. Como modelos animais são ferramentas importantes para a investigação de doenças LRO conhecidas por caracterizar algumas doenças genéticas humanas,13,14 o rato wobbler, caracterizado pelo ponto de mutação Vps54(L967Q), poderia ser uma ferramenta útil para o estudo de acrossomogênese defeituosa.

Em uma nota final, queremos chamar a atenção para uma direção de pesquisa adicional, potencialmente importante. Os espermatozóides são células altamente polarizadas; os espermatozóides conseguem não só domínios de membrana plasmática polarizada distintos, mas também uma forte polarização de organelas celulares como o acrossoma no pólo anterior e o flagelo no pólo posterior da célula. O estabelecimento de tal polarização é essencial para a função dos espermatozóides, como discutimos na introdução deste comentário. Evidências acumuladas revelam agora que a endocitose desempenha um papel importante não apenas no estabelecimento/manutenção de domínios de membrana polarizada, mas também na localização intracelular adequada de proteínas-chave de polaridade.37 Sabe-se que componentes da maquinaria de ESCRT, que controlam a subseqüente classificação das cargas endocíticas do EE, são necessários para a polaridade epitelial, enquanto, inversamente, proteínas que atuam a jusante da classificação de ESCRT não são necessárias.37 Ao mesmo tempo, algumas proteínas de polaridade também podem regular a maquinaria endocítica.37 Assim, em outras palavras, este é um conceito emergente em relação à regulação recíproca entre as proteínas de polaridade e os reguladores endocíticos. Não só, mas também uma outra questão-chave corolário reserva a atenção: como é que as proteínas acrossómicas residentes são classificadas entre as vesículas/organelas anterógradas/tráficas convencionais e específicas do espermatozóide? Pode ser de um significado novo e intrigante empreender investigação para estudar a possível relação “endocitose – polaridade-proteína sinal de classificação” durante a acrosomogénese. Finalmente, outra questão em aberto é como a classificação da carga é acoplada à motilidade da vesícula durante a acrossomogênese, especialmente à luz da descoberta de que a UBPy é capaz de interagir com microtúbulos de espermatide.12 Estudos recentes13-15,38 revelaram que membros específicos dos complexos AP-1, AP-2, AP-3 e AP-4 estrutural e funcionalmente relacionados, que são componentes de vesículas revestidas que medeiam o tráfico intracelular de proteínas de membrana integral, juntamente com proteínas motoras como a kine-sina KIF13A, a citoplasmica dynein e a miosinVa, regulam coordenadamente a classificação e posicionamento endossômico para facilitar a biogênese LRO. Seria interessante verificar e esclarecer se e quais clatronadaptadores e motores moleculares são recrutados na biogénese do acrossoma.

Hereína, destacamos brevemente três direcções principais potencialmente importantes (isto é, a contribuição da maquinaria endocítica, a conversa cruzada entre as vias endocíticas e biossintéticas, e a relação ‘endocitose – sinal de ordenação da polaridade’) no estudo da biogénese do acrossoma. Dado que o acrossoma tem sido considerado, ao longo dos anos, essencialmente como um derivado direto do Golgi, a via ‘ER-Golgi-acrosoma’ tem sido amplamente estudada e estabelecida. A visão ‘ER-Golgi-acrosoma’ tem sido tão difundida que os componentes moleculares das máquinas de tráfico (entre os quais a proteína motora KIFC1 17 acima mencionada e o receptor de vesícula Rab 27a,18 para citar apenas dois exemplos), foram atribuídos ao transporte biossintético (Golgi → desenvolvendo o acrossoma). Por outro lado, a análise proteômica das vesículas endocíticas revelou que a KIFC1 é uma proteína associada ao endossoma precoce,39 enquanto a Rab27a, um membro da família Rab de GTPases tipo Ras, é conhecida por funcionar no amadurecimento e/ou tráfico de LRO.13-15 Finalmente, não podemos negligenciar que se componentes chave da maquinaria de EE como o complexo UBPy/ESCRT-0, necessários para o reconhecimento e classificação de receptores transmenbranos ubiquinados selecionados, estiverem envolvidos na biogênese do acrossomo, isso sugere a existência de um fator/s de membrana espermática que precisa ser seletivamente recrutado no nível do acrossomo. Dado que falhas na biogênese do acrossomo resultam em esterilidade masculina com uma queda particular quanto à infertilidade humana,2 espera-se que futuros estudos sejam abordados para elucidar a biologia do acrossomo em sua completude.