¿Cómo se une el genoma masculino al femenino?

Un espermatozoide entra en un óvulo, se desarrolla un embrión y finalmente nace un bebé. Pero retrocediendo un segundo: ¿Cómo se fusiona el medio genoma de la madre con el medio genoma del padre para formar un nuevo genoma humano? Resulta que los investigadores realmente no saben mucho sobre estos momentos relativamente breves, pero cruciales e incipientes en la fertilización.

Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego descubrieron que la enzima SPRK1 lidera el primer paso para desenredar el genoma de un espermatozoide, eliminando proteínas de empaque especiales, que abren el ADN paterno y permiten una gran reorganización, todo en un asunto de horas.

El estudio fue publicado el 12 de marzo de 2020 en Cell .

"En este estudio, simplemente estábamos interesados en responder una pregunta fundamental sobre el comienzo de la vida", dijo el autor principal Xiang-Dong Fu, Ph.D., Profesor Distinguido en el Departamento de Medicina Celular y Molecular de la Escuela de Medicina de la Universidad de California en San Diego. "Pero en el proceso, hemos descubierto un paso que podría funcionar mal para algunas personas y contribuir a la dificultad de la pareja para concebir. Ahora que sabemos que SPRK1 juega un papel aquí, su parte potencial en la infertilidad puede explorarse más a fondo".

El esperma puede ser hasta 20 veces más pequeño que una célula normal del cuerpo. Y aunque los espermatozoides transportan solo la mitad de material genético que una célula normal, deben plegarse y empaquetarse de manera especial para que esta quepa. Una forma en que la naturaleza hace esto es reemplazando las histonas, proteínas alrededor de las cuales se enrolla el ADN, como cuentas en un collar, con un tipo diferente de proteína llamada protaminas.

El equipo de Fu ha estudiado durante mucho tiempo SPRK1 por una razón completamente diferente: su capacidad de empalmar ARN, un paso importante que permite la traducción de genes a proteínas. Previamente mostraron que SPRK1 está sobreactivado en el cáncer de colon y desarrollaron inhibidores para amortiguar la enzima.

Pero en 1999, poco después de que Fu publicara un artículo que describía por primera vez el papel de la enzima en el empalme de ARN, un grupo de investigación en Grecia observó similitudes en la secuencia de bloques de construcción de aminoácidos que forman los sustratos SPRK1 (las proteínas sobre las cuales actúa la enzima) y protamina. Fu lo pensó durante años, pero no tenía la experiencia y las herramientas para estudiar el desarrollo de los espermatozoides. En 2015, Lan-Tao Gou, Ph.D., estaba entrevistando para un puesto como investigador postdoctoral cuando Fu se dio cuenta de que, con la experiencia de Gou en espermatogénesis, finalmente tenía a la persona adecuada para el trabajo.

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"Le dije a Lan-Tao, hagamos algo que nadie más está haciendo. Tengo una teoría y tú tienes la experiencia", dijo Fu. "Así que tomamos prestado el equipo que necesitábamos y aprovechamos las instalaciones centrales que tenemos aquí en UC San Diego.

"Y, sorprendentemente, todo lo que probamos respalda nuestra hipótesis: SRPK1 lleva una doble vida, intercambiando protaminas por histonas una vez que el esperma se encuentra con el huevo".

Según Fu, SPRK1 probablemente comenzó a desempeñar este papel en la embriogénesis temprana, y luego evolucionó la capacidad de empalmar ARN. De esta manera, SPRK1 se queda incluso cuando ya no es necesario para la embriogénesis.

Fu, Gou y su equipo proximamente quieren determinar las señales que indican a los espermatozoides que se sincronicen con el genoma materno.

"Tenemos un montón de nuevas ideas ahora", dijo Fu. "Y cuanto mejor comprendamos cada paso del proceso de espermatogénesis, fertilización y embriogénesis, es más probable que podamos intervenir cuando los sistemas funcionan mal para las parejas que luchan con problemas reproductivos".