Los científicos han descubierto que una sola proteína, Ptbp2, controla una red de más de 200 genes que son fundamentales para la forma en que los espermatozoides se mueven y se comunican. La proteína funciona regulando cómo se procesa el ARN durante cada etapa del desarrollo de los espermatozoides.
Los espermatozoides en desarrollo constantemente cortan y recortan su material genético. Este proceso - "empalme" - permite que las células seleccionen los genes requeridos para cada etapa de desarrollo. El empalme produce pequeñas piezas de ARN recortadas que sirven como planos de proteínas.diferentes patrones de recorte - "empalme alternativo" - las células pueden crear múltiples planos de proteínas a partir de un solo gen.
Los espermatozoides en desarrollo usan técnicas de empalme alternativas más que otros tipos de células. Esto produce altos niveles de fragmentos de ARN empalmados alternativamente dentro de las células progenitoras de espermatozoides, también llamadas células germinales. Los científicos no están seguros de cómo o por qué las células germinales usan empalmes alternativos a una tasa tan alta.
"La importancia del empalme de ARN en el desarrollo de esperma ha sido una pregunta larga", dijo Donny Licatalosi, PhD, Profesor Asistente en el Centro de Ciencia y Terapéutica de ARN en la Facultad de Medicina de la Universidad Case Western Reserve. "Lo hemos sabido durante décadas".que se producen más ARN empalmados alternativamente durante el desarrollo de células germinales en comparación con la mayoría de los otros sistemas de desarrollo. Pero no está claro si este es un proceso estrictamente regulado, o incluso biológicamente significativo ".
El equipo de Licatalosi está investigando cómo se controla el empalme alternativo durante el desarrollo del esperma. Su trabajo se centró en una proteína, Ptbp2, que se adhiere al ARN cerca de los sitios de empalme. Comprender el empalme de ARN en las células germinales podría ayudar a los investigadores a comprender mejor los mecanismos detrás de los defectos de desarrollo enhumanos
Cómo se realizó el estudio: los investigadores eliminaron el gen que codifica Ptbp2 en las células germinales, luego investigaron los niveles y las funciones de los ARN empalmados alternativamente en cuatro etapas diferentes del desarrollo de los espermatozoides.
Todos los experimentos se llevaron a cabo en la Facultad de Medicina de la Universidad Case Western Reserve CWRU. El CWRU Genomics Core ayudó con estudios genéticos y el CWRU Tissue Resources Core ayudó a preparar muestras de células y tejidos de ratones. Licatalosi también colaboró con CWRU Virology, Next GenerationSecuenciación e Imaging Core para observar cómo las células genéticamente modificadas interactúan con otras células bajo microscopios de alta potencia.
El equipo de investigación descubrió que sin la proteína Ptbp2, el empalme alternativo para más de 200 genes dentro del esperma en desarrollo salió mal. Muchos de los genes afectados codificaron proteínas involucradas en el tráfico de proteínas dentro de la célula. Como resultado de su desregulación, las células germinales podríanno se mueven, transportan materiales o se comunican adecuadamente con otras células. Las células germinales genéticamente modificadas nunca se desarrollaron adecuadamente en esperma. Los resultados sugieren que Ptbp2 es fundamental para los procesos de empalme de ARN dentro de las células germinales y, en consecuencia, el desarrollo adecuado de los espermatozoides.
Lo más sorprendente es que la eliminación de la proteína principal también afectó a otras células, las células de Sertoli, que sirven como guías para el desarrollo de las células germinales. Las células de Sertoli en los experimentos tenían defectos en su andamiaje celular citoesqueleto que utilizan para moverse físicamentee interactuar con las células germinales.
Dijo Licatalosi, "La parte más emocionante es que los defectos de empalme en las células germinales, causados por la eliminación de un gen regulador de empalme solo en las células germinales, causaron defectos en las células vecinas de Sertoli. Esta observación subraya la importancia de la regulación del empalme en la interferencia celularentre las células germinales y las células de Sertoli. Esta diafonía es fundamental para garantizar que las células germinales completen el desarrollo y no se liberen prematuramente antes de que se complete el desarrollo ".
"La dinámica, regulación y función del empalme alternativo durante la espermatogénesis han permanecido en gran parte inexploradas. En este informe, proporcionamos datos para avanzar significativamente nuestro conocimiento de cada uno de estos aspectos", escribieron los autores.
Dijo Licatalosi, "El desarrollo y la función adecuados del tejido dependen de redes altamente orquestadas de diferentes tipos de células que se comunican entre sí de manera ordenada y oportuna. Los déficits en este proceso subyacen a una variedad de enfermedades humanas. Nuestros datos y los de otros laboratorios, indican que los reguladores de empalme específicos de tejido pueden tener papeles críticos en el establecimiento de redes célula-célula necesarias para el desarrollo y la funcionalidad adecuados del tejido ".
Según Licatalosi, estudios previos han sugerido que los altos niveles de ARN empalmados "pueden ser intrascendentes, un artefacto de los altos niveles de expresión génica que ocurren durante el desarrollo de las células germinales. Nuestros datos sostienen que la expresión alternativa de ARN en el desarrollo de espermatozoides está altamente regulada,y esta regulación es crítica para que las células completen el desarrollo ".
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Materiales proporcionado por Universidad Case Western Reserve . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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