Estudio: las células mitóticas pueden reprogramar el esperma de ratón
Diagrama que muestra la inyección de esperma en un embrión de una célula en el método phICSI (a); microscopía (con ADN teñido de azul) de esperma que se inyecta en un embrión de ratón de una célula, que tiene un diámetro de aproximadamente 0,1 mm (b); algunas de las células embrionarias de dos células resultantes tienen un genoma derivado de espermatozoides (rojo) y uno derivado de óvulos (amarillo), que pueden desarrollarse para formar descendencia (c)UNIVERSIDAD DE BATHCuando un espermatozoide fertiliza un óvulo, se transforma de un célula completamente diferenciada en la mitad del material genético de un embrión. Esta transformación se llama reprogramación. Durante siglos, los científicos pensaron que solo los óvulos podían efectuar este cambio en el esperma, dijo a The Scientist el biólogo de la Universidad de Bath, Anthony Perry. Por primera vez, Perry y sus colegas crearon embriones de ratón viables a partir no de óvulos sino de células mitóticas, informaron en un estudio publicado hoy (13 de septiembre) en Nature Communications. Muchos de estos embriones desarrollaron…
El equipo muestra que los óvulos que ya han comenzado el desarrollo embrionario y están a punto de dividirse de la etapa de una célula a la de dos células, aún conservan la capacidad de remodelar el esperma. ADN, Hugh Clarke, un biólogo del desarrollo de la Universidad McGill en Montreal que no participó en el trabajo, le dijo a The Scientist en un correo electrónico. Así que esta capacidad no está restringida a los óvulos en el momento de la fecundación.
Esta es la primera vez que alguien ha podido demostrar que los embriones pueden reprogramar una célula diferenciada de cualquier tipo, dijo Perry. El descubrimiento plantea la posibilidad de que otros tipos de células mitóticas también puedan reprogramar los espermatozoides. Si es así, agregó Perry, algún día podría significar que podríamos generar embriones a partir de otros tipos de células, tal vez incluso células somáticas, tal vez células de la piel, por ejemplo.
Los investigadores comenzaron con embriones partenogenéticos: ovocitos que habían sufrido meiosis. y fueron persuadidos químicamente para comenzar la división celular normal a pesar de no haber sido fertilizados. Aproximadamente 13 horas después del tratamiento químico (el momento en que la célula replica su ADN y se prepara para su primera división celular), los investigadores inyectaron a los ovocitos partenogenéticos un espermatozoide (mediante inyección intracitoplasmática de espermatozoides, o ICSI), cada uno con un haploide genoma A medida que avanzaba el ciclo celular, el embrión se dividía en dos células.
Había varias formas posibles de repartir los cromosomas entre las dos células. Los investigadores seleccionaron los embriones de dos células en los que una célula recibió un conjunto de cromosomas del embrión partenogenético y otro del esperma, ya que esos eran los únicos con posibilidades de supervivencia, dijo Perry. Luego, los investigadores destruyeron la segunda celda. Los embriones creados de esta manera se denominaron inyección intracitoplasmática haploide phICSIpartenogenética de espermatozoides.
A continuación, los investigadores implantaron un embrión phICSI en un ratón hembra pseudoembarazado. Como control, los investigadores realizaron ICSI en ovocitos en la metafase II de la meiosis, que es cuando normalmente ocurre la fertilización. Esa fertilización luego puso a los embriones de control en curso para dividirse y desarrollarse. En la etapa de dos células, los investigadores destruyeron una célula de cada embrión ICSI.
A continuación, el equipo implantó los embriones phICSI e ICSI en animales pseudopreñados. De los embriones phICSI, el 10,4 % sobrevivió hasta el término, mientras que el 43,4 % de los embriones ICSI lo hizo.
Los investigadores también inyectaron esperma a las siete y 10 horas después de la activación química y descubrieron que esos embriones eran mucho menos viables. Clarke notó que tanto en la metafase II de la meiosis cuando se inyectaron embriones ICSI como en la metafase de la primera división celular cuando se inyectaron embriones phICSI, la envoltura nuclear se descompuso de modo que las proteínas como las histonas que viven en el núcleo y son necesarias para la reprogramación de los espermatozoides se derraman y están disponibles. a las células.
El esperma tiene acceso a esas proteínas en la metafase de la meiosis, que es el momento normal, y una vez más en la metafase de la mitosis, que es la innovación de [Perrys], dijo Clarke.
Además de la viabilidad, los investigadores también examinaron la forma en que se reprogramaba la cromatina en embriones phICSI e ICSI. Una parte de la reprogramación del esperma es el reemplazo de las proteínas de protamina alrededor de las cuales se enrolla la mayor parte del ADN del esperma con las histonas del óvulo. (La protamina constituye la mayor parte del componente proteico de la cromatina espermática, que también contiene algunas histonas).
Este reemplazo de histonas por protamina se produjo como de costumbre en los embriones phICSI, informaron los investigadores. Pero la reprogramación también involucra otros cambios epigenéticos, y esos fueron diferentes entre los embriones ICSI y phICSI. Por ejemplo, los niveles de dimetilación H3K9 eran más bajos en la cromatina materna de los embriones phICSI, dijo Perry.
Los embriones phICSI que se desarrollaron a término tendían a provenir de los embriones phICSI que tenían modificaciones epigenéticas que eran diferentes a las de embriones ICSI, agregó.
La descendencia en phICSI casi con seguridad provino de embriones en los que existían estas diferencias epigenéticas. . . entre ICSI y phICSI, le dijo Perry a The Scientist. Eso es, en mi opinión, muy importante porque sugiere que se puede obtener descendencia por diferentes caminos epigenéticos, y esa es la primera vez, creo, que alguien ha dicho o sugerido esto.
El hecho de que los ratones normales y fértiles puedan desarrollarse es sorprendente, porque muchos eventos a nivel del epigenoma tienen lugar de manera diferente en este caso que cuando el esperma se inyecta en una MII [metafase II]. ] ovocito, Piroska Szab, que estudia la reprogramación del desarrollo en el Instituto de Investigación Van Andel en Michigan y que tampoco participó en el trabajo, le dijo a The Scientist en un correo electrónico.
En su artículo, los investigadores escribieron que el trabajo cuestiona el argumento de que los partenogenotes no tienen el potencial para el desarrollo a término completo. Clarke lo niega. Aquí, agregaron un genoma paterno a los embriones partenogenéticos y solo entonces obtuvieron el desarrollo a término. Por lo tanto, no desafía en absoluto el dogma de que tanto el genoma materno como el paterno son necesarios para el desarrollo embrionario en los mamíferos, dijo.
En el futuro, los investigadores tienen la intención de investigar esta maquinaria de reprogramación de esperma y determinar si es diferente en los ovocitos y en los embriones partenogenéticos en mitosis, dijo Perry.
T. Suzuki et al., Ratones producidos por reprogramación mitótica de espermatozoides inyectados en partenogenotes haploides, Nature Communications doi:10.1038/ncomms12676, 2016.
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