Biólogos de Oregón revelan los mecanismos moleculares que producen daños en el ADN de los espermatozoides
Biólogos de la Universidad de Oregón han utilizado el organismo modelo Caenorhabditis elegans para identificar los mecanismos moleculares que producen daños en el ADN de los espermatozoides y contribuyen a la infertilidad masculina tras la exposición al calor.
En los seres humanos, la temperatura óptima para la producción de esperma está justo por debajo de la temperatura corporal, en un rango de unos 90 a 95 grados F. Los estudios en humanos han descubierto que la exposición a temperaturas de tan sólo 1 grado C (1,8 F) por encima de este rango normal afecta negativamente a la fertilidad masculina, dijo Diana Libuda, profesora del Departamento de Biología y del Instituto de Biología Molecular.
El fenómeno de la infertilidad masculina inducida por el calor es bien conocido, y se han estudiado ampliamente los efectos de las exposiciones modernas al calor, como los jacuzzis, la ropa ajustada y los tiempos de conducción excesivos. Los mecanismos subyacentes que dañan a los espermatozoides y dificultan la fecundación no se conocen del todo.
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Tanto en humanos como en C. elegans, aumentos relativamente pequeños de la temperatura son suficientes para reducir la fertilidad masculina".
Diana Libuda, profesora del Departamento de Biología y del Instituto de Biología Molecular
Un aumento de 2 C (3,6 F) por encima de lo normal en C. elegans, un tipo de lombriz redonda, provocó un aumento de 25 veces el daño en el ADN de los espermatozoides en desarrollo en comparación con los no expuestos. Los óvulos fecundados por estos espermatozoides dañados no lograron producir descendencia.
Este descubrimiento de la investigación básica se detalla en un artículo publicado en línea el 15 de octubre en la revista Current Biology por investigadores del laboratorio de Libuda en la UO. La investigadora postdoctoral Nicole A. Kurhanewicz es la autora principal del estudio.
El estudio proporciona una hoja de ruta para que los científicos realicen estudios en mamíferos y humanos para confirmar si los mismos mecanismos contribuyen a la infertilidad masculina, dijo R. Scott Hawley, un experto en investigación de la meiosis que no participó en la investigación.
Hawley, miembro de la Academia Nacional de Ciencias y decano emérito de la escuela de posgrado del Instituto Stowers de Investigación Médica de Kansas City (Misuri), había oído hablar de los resultados preliminares en una conferencia académica.
"Creo que este es un artículo emblemático porque muestra un efecto ambiental que altera secuencias específicas de ADN y presumiblemente las proteínas que controlan su actividad", dijo Hawley. "Lo que el trabajo de Diana y Nicole ha hecho es decir claramente qué es lo que falla, a nivel de moléculas, cuando la producción de esperma se ve alterada por el calor, al menos en los gusanos".
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El documento también ayuda a comprender cómo la meiosis, el proceso que produce las células sexuales, difiere entre los espermatozoides y los óvulos.
Los espermatozoides, la célula más pequeña del cuerpo de una persona, se forman por miles de millones a temperaturas inferiores a la del cuerpo y se producen durante toda la vida adulta. Los óvulos, las células más grandes del cuerpo de una persona, se forman en el interior, donde se mantiene una temperatura constante, y se producen sólo durante un tiempo limitado durante el desarrollo fetal.
"Sabemos que el desarrollo de los espermatozoides es muy sensible al aumento de la temperatura, mientras que el desarrollo de los óvulos no se ve afectado", dijo Kurhanewicz. "Los datos presentados en este trabajo sugieren que otra forma en que el óvulo y los espermatozoides se desarrollan de manera diferente es en lo estrechamente que controlan la capacidad de los elementos móviles de ADN, que también se conocen como "genes saltarines" o transposones, para moverse en el genoma, y lo sensible al estrés térmico que son esos mecanismos en la prevención de ese movimiento."
Los transposones son segmentos de ADN que se desplazan y alteran la información genética insertándose en nuevas posiciones. También dejan daños en el ADN a su paso. El movimiento de estos "genes saltarines" está normalmente reprimido en los espermatozoides y óvulos en desarrollo. Sin embargo, este estudio descubrió que con la exposición al calor los transposones se mueven específicamente en los espermatozoides en desarrollo.
El equipo de investigación utilizó la microscopía para observar el desarrollo de los espermatozoides y los óvulos en condiciones normales y de estrés térmico. En estas últimas, los investigadores observaron una mayor cantidad de daños en el ADN de los espermatozoides, pero no de los óvulos. Mediante la secuenciación genómica de nueva generación, también identificaron la ubicación de los transposones en todo el genoma con y sin exposición al calor.
"Descubrimos que después del choque térmico, ciertos transposones se encuentran en ubicaciones nuevas y más variables en el genoma masculino", dijo Kurhanewicz.
El estudio, según Hawley, no sólo demuestra que un pequeño aumento de la temperatura afecta a las divisiones meióticas, sino que también identifica un mecanismo, no sólo dónde se produce el error, sino cuál es el error.
"Aquí es donde se pone emocionante", dijo. "Si podemos determinar cuánto de un cambio es malo, y si usted está realmente preocupado por las cuestiones ambientales, tales como bañeras de hidromasaje o "calzoncillos contra calzoncillos", este tipo de comprensión molecular puede permitirnos replantear el debate sobre bases científicas sólidas."
