Cómo se desempaqueta el ADN de los espermatozoides tras fecundación

Amparo Tolosa, Genotipia

 

espermatozoides
Los espermatozoides, mucho más pequeños que el resto de células, pueden empaquetar la copia de material hereditario y reducir el tamaño de su núcleo entre 10 y 20 veces. Imagen cortesía de Dr. Veronica La Padula.

Durante la formación de los espermatozoides, las proteínas histonas, alrededor de las que se organiza el ADN, son sustituidas por otras, llamadas protaminas. De este modo, los espermatozoides, mucho más pequeños que el resto de células, pueden empaquetar la copia de material hereditario y reducir el tamaño de su núcleo entre 10 y 20 veces. Tras la fecundación, el cambio de proteínas se produce de forma inversa. En ese momento, la carga genética del espermatozoide, compactada gracias a las protaminas, se reorganiza y reprograma para combinarse con la correspondiente del óvulo. A partir de ese momento, se inicia el desarrollo embrionario.

Conocer los detalles de los mecanismos que intervienen en la organización del material hereditario durante la formación de los espermatozoides y tras la fecundación tiene gran interés para la ciencia y la biomedicina. Por una parte, son procesos críticos para el desarrollo. Por otra, defectos en ambos procesos pueden dar lugar a problemas de fertilidad. En este aspecto, conocer a los protagonistas moleculares podría abrir el camino a posibles dianas terapéuticas.

Un reciente estudio, publicado en Cell, ha descubierto que la proteína SPRK1 inicia la reorganización del material hereditario del espermatozoide tras la fecundación. “Estábamos interesados simplemente en responder a una pregunta fundamental sobre el inicio de la vida”, señala Xiang-Dong Fu, profesor en el Departamento de Medicina Celular y Molecular de la Universidad de California San Diego y director del estudio.  “Pero en el proceso hemos descubierto un paso que podría funcionar mal en algunas personas y contribuir a la dificultad de concebir de una pareja”. El investigador destaca que ahora que se conoce el papel de SPRK1 en el proceso, se puede explorar más su implicación en la infertilidad.

A partir de diferentes experimentos de fecundación in vitro con gametos de ratón, los investigadores han deducido algunos de los eventos que tienen lugar en la organización del material hereditario paterno y materno tras la fecundación.

El equipo señala que la proteína SRPK1 tiene un papel relevante en la remodelación  inicial de la cromatina del espermatozoide. Tras la fecundación, el ADN fuertemente compactado, empieza a relajarse gracias a la eliminación de enlaces disulfuro entre las protaminas. Este cambio deja al descubierto posiciones de las protaminas susceptibles de ser fosforiladas por SRPK1. Tras la acción de SRPK1, la interacción de las protaminas se debilita  y promueve la interacción con otras proteínas para facilitar su intercambio por histonas.

Los resultados del trabajo aportan información relevante sobre los mecanismos moleculares que ocurren inmediatamente tras la fecundación y son trascendentales para el posterior desarrollo. Además, descubren una función nueva para SRPK1. Hasta el momento, la proteína era conocida por su papel en el procesado del ARN, una función muy diferente a la que ejerce sobre el material hereditario masculino tras la fecundación.

Por último, el equipo ha encontrado que el intercambio de protaminas por histonas parece estar sincronizado con la remodelación de la cromatina que tiene lugar en el genoma materno antes de la fusión de los gametos. Los investigadores continuarán esta línea de trabajo iniciada con SRPK1. Su objetivo es ahora determinar qué señales favorecen la sincronización de los genomas paterno y materno tras la fecundación.

“Cuanto mejor entendamos cada paso del proceso de espermatogénesis, fecundación y embriogénesis, será más probable que seamos capaces de intervenir cuando estos sistemas no funcionan correctamente en las parejas que hacen frente a problemas reproductivos”, destaca Fu. “Tenemos muchas nuevas ideas”.

Referencia:  Gou LT, et al. Initiation of Parental Genome Reprogramming in Fertilized Oocyte by Splicing Kinase SRPK1-Catalyzed Protamine Phosphorylation. Cell. 2020. Doi: https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.02.020

Fuente: How Sperm Unpack Dad’s Genome so it Can Merge with Mom’s. https://ucsdnews.ucsd.edu/pressrelease/how-sperm-unpack-dads-genome-so-it-can-merge-with-moms

 

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