Un estudio muestra cómo la organización tridimensional del material genético contribuye a perpetuar la especie

La transmisión de la información hereditaria de padres a hijos requiere un cuidadoso empaquetado del ADN en el esperma. Pero no está claro cómo la naturaleza empaqueta este ADN para preparar la descendencia. Gracias a una nueva tecnología que revela la organización tridimensional del ADN en las células reproductoras masculinas en proceso de maduración, los científicos han descubierto un periodo crucial del desarrollo que ayuda a explicar cómo los padres transmiten la información genética a las generaciones futuras.

El periodo fue captado durante una etapa del desarrollo del esperma masculino llamada meiosis. Es entonces cuando las células reproductoras, llamadas células germinales, maduran hasta convertirse en espermatozoides capaces de fecundar un óvulo femenino, sentando las bases para crear todas las células de un niño. Los biólogos reproductivos del Centro Médico del Hospital Infantil de Cincinnati, que publican sus hallazgos en Nature Structural & Molecular Biology, afirman que la naturaleza prepara la organización tridimensional del ADN antes de empaquetarlo en el esperma.

En el momento en que las células germinales se convierten en espermatozoides fértiles, el material genético está estrechamente organizado. El material hereditario de la célula germinal masculina tiene una organización 3D precisa en el centro de control genético de la célula, el núcleo. Los investigadores informan de que esta organización en 3D es necesaria para que un varón ayude a producir la siguiente generación de vida.

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"Proponemos que el esperma masculino no es sólo un portador de ADN. Nuestros datos sugieren que la organización tridimensional en el núcleo celular ayuda a establecer una base molecular capaz de reproducir un cigoto completo capaz de convertirse en la siguiente generación", afirma Satoshi Namekawa PhD, investigador principal del estudio y miembro de la División de Ciencias de la Reproducción.

Los hallazgos abren la posibilidad de nuevas investigaciones para estudiar cómo afecta la organización tridimensional del material genético a la fertilidad y a problemas como el nacimiento prematuro o la mortinatalidad. En el estudio también ha colaborado el laboratorio del doctor Noam Kaplan, del Instituto Tecnológico Technion de Israel, en Haifa (Israel).

A la manera de la naturaleza

Los investigadores estudiaron las células germinales en maduración de ratones macho y se centraron en la meiosis, la fase en la que las células germinales masculinas se desprenden de la mitad de sus cromosomas mientras intercambian material genético. Esto forma parte de la regla natural según la cual los mamíferos macho y hembra aportan cada uno la mitad de su material genético para generar un miembro genéticamente completo pero diverso de la siguiente generación. El ser humano tiene un total de 46 cromosomas, de los que la madre y el padre aportan 23 cada uno.

Utilizando una tecnología denominada Hi-C, los investigadores pudieron mostrar la organización 3D y las interacciones de los cromosomas, así como los genes del núcleo de las células germinales masculinas meióticas. Los autores proponen que la preparación de la organización 3D en la meiosis es vital para los genes que permiten a las células germinales recuperar su capacidad de producir todas las células del cuerpo tras fecundar un óvulo femenino.

"En la meiosis, la expresión génica es extremadamente alta y diversa", afirma Kris Alavattam, primer autor del estudio y miembro del laboratorio Namekawa. "Muchos de estos genes son esenciales para que se desarrollen las células germinales, y muchos no se expresan en ningún otro lugar que no sean las células germinales y en ningún otro momento".

Durante este tiempo, el material hereditario de las células germinales se organiza en compartimentos espacialmente relacionados denominados compartimentos genómicos. En las células germinales masculinas meióticas, los investigadores observaron que los compartimentos genómicos son más débiles que los de otras células del organismo. Esta debilidad contribuye a facilitar lo que denominan una reprogramación global de la organización tridimensional de la cromatina. Esta organización de la cromatina -el empaquetamiento del ADN con proteínas de unión al ADN- promueve la expresión de genes esenciales y el desarrollo de las células germinales. Tras la meiosis, los compartimentos genómicos de la cromatina se hacen cada vez más fuertes, empaquetando el ADN de forma altamente organizada mientras las células se preparan para la procreación.

Con el fin de obtener más información sobre las posibles contribuciones a los problemas de salud reproductiva en las personas, los científicos quieren ahora utilizar sus sistemas de modelado de laboratorio para comprender cómo la alteración de la organización tridimensional de la cromatina puede perjudicar la fertilidad.