Si bien algunas de las células de nuestro cuerpo se dividen en cuestión de horas, el proceso de producción de esperma, meiosis, por sí solo toma alrededor de 14 días de principio a fin. Y seis de esos días se pasan completamente en la etapa conocida como pachytene, cuandopares de cromosomas de la madre y el padre de un individuo se alinean y se conectan.
"Esta etapa es realmente importante, porque la pareja necesita alinearse para el intercambio de material genético entre esos dos cromosomas", dice P. Jeremy Wang, biólogo de la Facultad de Medicina Veterinaria de Penn. "Si algo sale mal en estoetapa, puede causar un defecto en la meiosis y problemas en el esperma resultante, lo que lleva a infertilidad, pérdida del embarazo o defectos de nacimiento ".
En un nuevo documento en Avances científicos Wang y sus colegas han identificado una enzima que juega un papel crucial en el mantenimiento de este emparejamiento cromosómico durante la etapa de paquitene de la meiosis. Sin esta proteína, llamada SKP1, la meiosis no puede pasar a la metafase, la siguiente etapa de desarrollo importante involucrada en la generación de células de esperma.
El hallazgo puede ayudar a superar los obstáculos que se han interpuesto en el tratamiento de ciertas formas de infertilidad masculina, en las que un hombre no produce esperma, pero en el que se pueden encontrar las células precursoras de los espermatozoides, la espermatogonía.
"Las tecnologías reproductivas como la fertilización in vitro han hecho una gran diferencia para los pacientes infértiles, pero el hombre necesita tener al menos algo de esperma", dice Wang. "Si el hombre no tiene esperma, entonces la única opción es usar esperma de donante. Pero si puede encontrar estas espermatogonias, las células germinales premeióticas, podrían ser inducidas a pasar por la meiosis y producir esperma. Por lo tanto, SKP1 podría ser parte de la solución para garantizar que la meiosis continúe ".
Wang también tiene la esperanza de que su hallazgo pueda ayudar en la investigación básica sobre el desarrollo de esperma que él y muchos otros laboratorios persiguen.
"En este momento usamos animales para hacer nuestra investigación; no tenemos un sistema de cultivo celular para producir esperma", dice. "La manipulación de SKP1 y la vía en la que actúa podría permitirnos establecer un sistema in vitroproducir esperma artificialmente, lo que sería una gran ayuda para nuestros estudios "
La publicación representa casi una década de trabajo, dirigida por el investigador postdoctoral de Wang Yongjuan Guan, con importantes contribuciones del ex postdoc Mengcheng Luo.
El equipo comenzó a enfocarse en SKP1 después de realizar una prueba de detección para buscar proteínas encontradas en el área donde los cromosomas emparejados se unen durante la etapa de paquitene de la meiosis. De estudios anteriores, los investigadores sabían que SKP1 también juega un papel en la división celularen las células de todo el cuerpo, no solo los espermatozoides y los óvulos. Sin él, las células mueren.
Ese hecho obligó al equipo de Penn Vet a ser creativo para comprender la función de la proteína. Incapaces de eliminarlo simplemente, crearon un sistema modelo en ratones en el que podían apagar la proteína solo en las células germinales y solo en la edad adulta.
"Al tomar este modelo inducible específico de células germinales, descubrimos que al quitar SKP1, los cromosomas se separaron prematuramente", dice Wang.
Si bien el proceso de alineación normal en la etapa de pachytene tarda seis días en ratones, en las células que perdieron SKP1 los cromosomas emparejados se separaron mucho antes.
Los científicos habían planteado la hipótesis de la existencia de un factor de competencia de metafase, o alguna proteína requerida para que una célula ingrese a la metafase. Wang cree que SKP1 lo es.
Si bien la introducción de un compuesto conocido como ácido okadaico en las células precursoras de los espermatozoides puede llevarlos a una entrada temprana a la metafase, las células que carecen de SKP1 no progresaron a metafase.
Los experimentos en el desarrollo de óvulos mostraron a los investigadores que también se requiere SKP1 para que las hembras mantengan óvulos viables. Los ovocitos, las células que se desarrollan a través de la meiosis para formar óvulos maduros, que carecían de SKP1 desarrollaron cromosomas desalineados y muchos finalmente se perdieron
En el trabajo futuro, Wang y sus colegas quieren profundizar en el mecanismo de acción mediante el cual SKP1 trabaja para garantizar que las células puedan progresar a metafase, con la idea de eventualmente manipularlo para encontrar estrategias para abordar la infertilidad y técnicas de laboratorio innovadoras.
"Ahora que sabemos que se requiere SKP1, estamos buscando las proteínas con las que interactúa aguas arriba y aguas abajo para poder estudiar esta vía", dice Wang.
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Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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