Los espermatozoides maduros activan la mayoría de sus genes, no para seguir sus instrucciones genéticas de forma normal, sino para reparar el ADN antes de pasarlo a la próxima generación, según un nuevo estudio.
Dirigido por investigadores de la NYU Grossman School of Medicine y publicado en línea el 23 de enero en Celda , el estudio se centra en un misterio de la biología: los espermatozoides humanos activan con mucho el mayor número de genes 90 por ciento, un patrón que también se observa en otras especies como ratones, pájaros e incluso moscas de la fruta. Las células en la mayoría de los órganos se expresanalrededor del 60 por ciento de su código genético, o simplemente el subconjunto de genes necesarios para que un tipo de célula haga su trabajo particular.
"Ahora parece obvio que los espermatozoides activan tantos genes más a medida que se desarrollan porque al hacerlo los ejecuta a través de un proceso de reparación de ADN y protege la integridad de los mensajes a punto de ser heredados", dice el autor principal Itai Yanai, PhD, director deInstituto de Medicina Computacional de NYU Langone Health.
"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 de la Facultad de Medicina Grossman de la Universidad de Nueva York ". Esto respaldala 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.
más allá del más apto
Para llevar a cabo el nuevo estudio, los autores analizaron los patrones de expresión génica durante la maduración de los espermatozoides a una resolución de una sola célula. Primero recolectaron muestras de tejido de testículos humanos, se tomaron biopsias de voluntarios consentidos. Utilizando microfluídica, luego pasaron todas las células en las muestrastubo lo suficientemente grande como para que fluyan en un solo archivo.
Dentro del tubo, cada célula se introdujo en su propia gota de agua, que actuó como un mini tubo 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. Luego se usaron las transcripciones etiquetadaspara 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, los investigadores 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 defectuososantes 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 luego se leen para construir proteínas que forman 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 de esperma parecen aplicar TCR a más genesde lo normal, pero luego detener la expresión génica por mecanismos desconocidos antes de que se hagan las proteínas.
En adelante, 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 información 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 unajustificación de la existencia de un escaneo generalizado único 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 "exploración transcripcional" como las células de esperma, y si la exploración falla con la edad para aumentar el riesgo de enfermedades neurodegenerativas. Células madre embrionariastambién muestra 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 una base de la teoría evolutiva, pero ¿qué pasa si otros mecanismos sesgan qué tipos de genes son más susceptibles de cambiar antes de que la selección natural pueda actuar sobre ellos?", Pregunta el primer autor Bo Xia, un candidato a doctorado en el laboratorio de Yanai."Tal sesgo en los testículos tendría un efecto dramático, pero solo en escalas de tiempo evolutivas, digamos millones de años".
Junto con Xia y Yanai, los autores del estudio de la NYU Grossman School of Medicine fueron Yun Yan, Maayan Baron, Florian Wagner, Dalia Barkley, Marta Chiodin, Sang Kim, David Keefe, Joseph Alukal y Jef Boeke. El estudio fue financiado porNYU Grossman School of Medicine.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por NYU Langone Health / NYU School of Medicine . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :