La edición del epigenoma hace posible la reproducción de una ratona sin fecundación

Amparo Tolosa, Genotipia

 

Investigadores del Centro de Medicina Reproductiva de la Universidad Jiao Tong de Shanghái han conseguido obtener descendencia viable derivada de óvulos no fecundados en ratones. Los investigadores utilizaron la herramienta de edición genómica CRISPR para modificar ciertos centros de impronta genómica y favorecer el desarrollo de los embriones partenogenéticos.

Embrión de ratón de dos células. Imagen: Riemenschneider, CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0), via Wikimedia Commons.

La partenogénesis, modo de reproducción a partir de células sexuales (normalmente femeninas) en ausencia de fecundación, no ocurre de forma natural en mamíferos. En éstos, la obtención de descendencia depende de la contribución materna y paterna.

La impronta genómica, o presencia de perfiles epigenéticos diferentes en algunas regiones del genoma materno y paterno, lleva a que la expresión de los genes que se localizan en estas regiones sea diferente según procedan del padre o de la madre. Esta coordinación entre el genoma materno y el paterno y los genes que se expresan o no en cada caso a partir de ellos ha frenado la posibilidad de generar individuos a partir de células con un único genoma.

Hace unos años, investigadores de la Academia China de la Ciencia consiguieron desarrollar embriones de ratón viables a partir de células con dos genomas maternos, a través de la eliminación de algunas de las regiones con impronta genética. Ahora, un equipo del Centro de Medicina Reproductiva de la Universidad Jiao Tong de Shanghai ha dado un paso hacia adelante al obtener embriones de ratón viables a partir de óvulos no fecundados. Los resultados se publican en Proceedings of the National Academy of Science.

Reescribir el epigenoma para generar ratones partenogenéticos

En este caso, los investigadores no han eliminado las regiones control de la impronta genómica que pueden causar problemas para la partenogénesis, sino que las han reescrito a nivel epigenético. Para ello el equipo ha utilizado herramientas CRISPR adaptadas a la edición del epigenoma.

Las herramientas CRISPR para editar la secuencia del ADN suelen tener dos componentes, una enzima Cas que corta el ADN y un ARN guía complementario a la región diana que posiciona a Cas en la posición correcta para cortar. En el caso de la edición del epigenoma, la enzima Cas está inactivada, pero lleva asociada otras proteínas con capacidad para introducir o eliminar una de las modificaciones epigenéticas más características, la metilación del ADN.

Los investigadores introdujeron en óvulos de ratón las instrucciones genéticas de los componentes de CRISPR necesarios para modificar cinco regiones con impronta materna y dos regiones con impronta paterna.

Para diferenciar entre la copia del genoma de origen paterno y la copia de origen materno, el equipo utilizó óvulos de ratonas resultantes del cruce entre dos líneas de ratón lo suficientemente diferentes a nivel genético como para poder utilizar ARNs guía que diferenciaran la copia materna y la copia paterna. En el caso de las regiones con impronta materna, utilizaron Cas9 inactivada fusionada a DNMT3a, una enzima metilasa en la copia paterna. Y para modificar las regiones con impronta paterna utilizaron la enzima CpF1 inactivada fusionada a Tet1, una enzima con actividad desmetilasa.

A continuación, activaron la partenogénesis in vitro y esperaron a que los embriones partenogenéticos se desarrollaran hasta el estadio de blastocisto, momento en el que transfirieron a los que habían sobrevivido al útero de hembras de ratón.

De un total de 227 oocitos reconstruidos, 192 se desarrollaron en blastocistos viables que fueron transferidos a 14 ratonas. De estos embriones, únicamente tres resultaron en nacimientos de crías de ratón. Dos de ellas, de bajo peso y retraso en el crecimiento, murieron antes de las 24 horas, mientras que la tercera llegó a la edad adulta. La edición de una región de impronta paterna adicional derivó en un rendimiento algo mejor: de 155 embriones transferidos, dos sobrevivieron y llegaron a edad adulta.

Resultados compatibles con el equilibrio de los genomas materno y paterno durante el desarrollo

Los resultados del trabajo muestran que es posible generar ratones partenogenéticos a partir de óvulos no fecundados, a través de la regulación epigenética de múltiples regiones de impronta genómica.

Estas conclusiones, señalan los autores, son consistentes con la hipótesis del conflicto parental, que propone la existencia de un equilibrio entre los intereses paterno (favorecer el crecimiento embrionario a través de la obtención de nutrientes de la madre) y materno (controlar el coste metabólico para no comprometer las energías de la madre), reflejado a través de la coordinación de los dos genomas.

Relevancia para la edición genómica, limitaciones para sus aplicaciones

Los resultados del estudio son relevantes por múltiples razones. Por una parte, refuerzan el potencial de las herramientas de edición del genoma más allá de modificar el ADN. Con la modificación del epigenoma, los investigadores han conseguido regular la expresión de diferentes genes paternos y maternos, de forma específica, en un momento muy importante del desarrollo. Además, tal y como indican los autores del trabajo la partenogénesis podría abrir muchas oportunidades en el ámbito de la agricultura, investigación y medicina.

No obstante, la aplicación de la partenogénesis en mamíferos tal y como se plantea en el estudio está fuertemente limitada por su rendimiento: apenas tres ratones supervivientes de 350 embriones transferidos. En estas condiciones, todavía se está muy lejos de poder generar animales mamíferos por partenogénesis.

Más lejos todavía está la posibilidad de que algún día pueda llegar a plantearse en humanos. Por una parte, los resultados son preliminares y todavía no se sabe si la aproximación puede comprometer el desarrollo o salud de los embriones o individuos generados. A este respecto será necesario hacer un seguimiento de los ratones generados y estimar el posible impacto de la técnica.

Por otra parte, realizar este tipo de experimentos en humanos es inviable tanto a nivel ético como legal, ya que requeriría obtener embriones y observar su desarrollo en etapas avanzadas. A todo esto hay que añadir nuevas limitaciones técnicas, ya que habría que considerar las diferencias entre ambas especies e identificar qué centros de impronta genómica son los más relevantes y necesarios para el objetivo de generar gametos partenogenéticos en nuestra especie.

De momento, los investigadores plantean algunas soluciones para mejorar la eficacia en la obtención de embriones partenogenéticos en ratón. La primera de ellas sería identificar y editar otras regiones de control de la impronta, lo que podría mejorar la eficiencia del desarrollo partenogenético. Además, la optimización del sistema de edición del epigenoma podría favorecer la generación de embriones partenogenéticos. Por último, como ocurre en toda edición genómica, también habrá que evaluar la posibilidad de que la edición se produzca en regiones no deseadas y se active o desactive la expresión de genes fuera de las regiones deseadas.

Referencia: Wei Y, Yang CR, Zhao ZA. Viable offspring derived from single unfertilized mammalian oocytes. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022 Mar 22;119(12):e2115248119. doi: http://dx.doi.org/10.1073/pnas.2115248119

 

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