24 de enero de 2020

El sistema de escaneo del esperma puede controlar la tasa de evolución humana

El sistema de escaneo del esperma puede controlar la tasa de evolución humana
Espermatozoides - FLICKR/GRACE HEBERT - ARCHIVO

MADRID, 24 Ene. (EUROPA PRESS) -

Las células maduras de esperma activan la mayoría de sus genes, no para seguir sus instrucciones genéticas de manera normal, sino para reparar el ADN antes de pasarlo a la próxima generación, según un nuevo estudio Dirigido por investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de Nueva York y publicado en línea en la revista 'Cell'.

El estudio se centra en un misterio de la biología: las células de esperma humanas activan con mucho el mayor número de genes (90 por ciento), un patrón que también se observa en otras especies como los ratones, pájaros e incluso moscas de la fruta. Las células de la mayoría de los órganos expresan alrededor del 60 por ciento de su código genético, o solo el subconjunto de genes necesarios para que un tipo de célula realice su trabajo particular.

"Ahora parece obvio que los espermatozoides activan tantos genes más a medida que se desarrollan porque al hacerlo los lleva a través de un proceso de reparación de ADN y protege la integridad de los mensajes que se van a heredar", explica la autora principal Itai Yanai, directora del Instituto para Medicina Computacional en la Escuela de Medicina de la Universidad de Nueva York.

"También descubrimos que dicha reparación en los espermatozoides es menos activa en los genes que se activan o transcriben con menos frecuencia --agrega Yanai, también profesora del Departamento de Bioquímica y Farmacología Molecular--. Esto respalda la teoría de que la evolución está usando la frecuencia de transcripción como palanca, marcándola para preservar el código de ADN en algunos genes, pero rechazándola para permitir cambios en otros lugares cuando contribuye a la supervivencia".

Un ejemplo de genes no activados, no reparados y libres de acumular cambios en los espermatozoides fueron los relacionados con la inmunidad, que deben evolucionar continuamente para que el cuerpo reconozca y ataque invasores bacterianos y virales en constante cambio.

Para llevar a cabo el nuevo estudio, los autores analizaron los patrones de expresión génica durante la maduración de los espermatozoides a una resolución unicelular. Primero recogieron muestras de tejido testicular humano, biopsiadas de voluntarios. Usando microfluidos, luego pasaron todas las células de las muestras por un tubo lo suficientemente grande para que fluyeran en una sola fila.

Dentro del tubo, cada célula se introdujo en su propia gota de agua, que actuó como un minitubo de ensayo en el que las enzimas abrieron las células y luego unieron códigos de barras específicos de cada célula a cada fragmento transcrito de material genético. Las transcripciones etiquetadas se utilizaron para crear mapas de qué genes se activaron en cada punto durante la maduración de los espermatozoides. Luego, el equipo hizo una referencia cruzada de estos hallazgos con variaciones de ADN conocidas en las bases de datos de la población humana para estimar con qué frecuencia se produjo la reparación en un gen determinado.

Sorprendentemente, descubrieron que los genes activados incluso unas pocas veces durante el desarrollo de los espermatozoides contenían un 15-20 por ciento menos de errores de código de ADN que los genes no expresados, con la diferencia atribuida a la reparación acoplada a la transcripción (TCR). Este proceso reemplaza los parches de ADN defectuosos justo antes de que las instrucciones que contienen se conviertan en un material genético relacionado, ARN, durante la transcripción, el primer paso en la expresión génica. Las transcripciones de ARN se leen para construir proteínas que forman las estructuras y señales celulares.

Los procesos celulares, incluida la transcripción, junto con las toxinas en el medio ambiente, continuamente introducen errores en las cadenas de ADN, con TCR eliminando parte del código alterado. La diferencia, dicen los investigadores, es que las células espermáticas parecen aplicar TCR a más genes de lo normal, pero luego detienen la expresión génica por mecanismos desconocidos antes de que se produzcan las proteínas.

En el futuro, el equipo de investigación buscará confirmar si los cambios genéticos derivados de los espermatozoides ocurren con mayor frecuencia en los genes que no se expresan durante la maduración de los espermatozoides. Esto puede revelar ideas sobre las causas de muchas enfermedades genéticas relacionadas con los cambios en los espermatozoides de los padres que envejecen.

Se sabe que las células reproductoras masculinas se dividen y multiplican a lo largo de la vida de una persona, con errores introducidos cada vez. Los autores dicen que esto puede proporcionar una justificación para la existencia de un escaneo generalizado únicamente en los espermatozoides, porque los óvulos recibidos por cada hembra en el útero no se multiplican por el resto de su vida.

Además, el equipo determinará si las células en el cerebro, que también expresan un gran porcentaje de sus genes, emplean el "escaneo transcripcional" como las células de esperma, y si el escaneo falla con la edad para aumentar el riesgo de enfermedades neurodegenerativas. Las células madre embrionarias también muestran la firma de alta transcripción y baja mutación que podría indicar la presencia de dicho escaneo durante el desarrollo.

"La supervivencia del más apto es un fundamento de la teoría evolutiva, pero ¿qué pasa si otros mecanismos predisponen qué tipos de genes son más susceptibles de cambio antes de que la selección natural pueda actuar sobre ellos? --se pregunta el primer autor Bo Xia, candidato al doctorado en el laboratorio de Yanai--. Tal sesgo en los testículos tendría un efecto drástico, pero sólo en escalas de tiempo evolutivo, digamos millones de años".