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Investigadores de España y EE UU han descubierto un mecanismo que explica por qué el ADN mitocondrial no se transmite del padre a la descendencia. La clave está en que los espermatozoides carecen de este ADN y de un factor de transcripción imprescindible para que se replique.
Un rasgo evolutivo de los humanos y de la mayoría de animales es que heredan el ADN mitocondrial exclusivamente de la madre, a pesar de que los espermatozoides del padre tienen mitocondrias. ¿Por qué entonces no trasmiten ADN mitocondrial?
La respuesta es que no lo tienen, según el estudio que publican en Nature Genetics investigadores del Instituto de Investigaciones Biomédicas de Barcelona (IIBB-CSIC-IDIBAPS) y diversos centros de EE UU.
Tras varios años de investigación, los autores han podido demostrar que los espermatozoides carecen de este tipo de ADN y que, además, sus mitocondrias no presentan un factor de transcripción A mitocondrial (o TFAM, del inglés Transcription Factor A mitocondrial) que es imprescindible para que el ADN mitocondrial humano se replique.
“En muchas especies, incluida la humana, las mitocondrias del espermatozoide se introducen en el óvulo durante la fecundación, así que una de las hipótesis existentes era que el ADN mitocondrial sí que llegaba al ovocito pero se eliminaba en el proceso de fecundación”, explica el coautor Ramón Trullás, investigador del IIBB y del Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED).
Para averiguar si los espermatozoides tienen ADN mitocondrial, los científicos del Instituto de Investigaciones Biomédicas de Barcelona han desarrollado una técnica de PCR digital, más precisa que el PCR convencional y que permite cuantificar en una misma muestra el número absoluto de ADN en diferentes tipos de células. Los análisis se han realizado con muestras procedentes de clínicas de Oregón (EE UU).
Los resultados muestran que los espermatozoides no tienen ni una sola molécula completa de ADN mitocondrial, y que el ADN mitocondrial residual encontrado probablemente ni siquiera es de los espermatozoides.
“Cada espermatozoide contiene entre 50 y 70 mitocondrias, que corresponden a menos de 0,01 moléculas de ADN mitocondrial. Aunque extremadamente bajo, esta cifra probablemente se explicaría por unas pocas células que contaminaban las muestras (concretamente leucocitos)”, explican los autores en el trabajo.
El equipo ha descubierto que lo que explica la ausencia de ADN en las mitocondrias del espermatozoide es un proceso de relocalización del factor de transcripción TFAM, una molécula que penetra en las mitocondrias para la replicación del ADN mitocondrial.
Durante la espermatogénesis, el espermatozoide modifica la señal de localización de TFAM y no permite que penetre en las mitocondrias sino que la dirige al núcleo del espermatozoide, lo que evita la replicación del ADN mitocondrial.
“Nuestro trabajo demuestra que la modificación del TFAM durante la espermatogénesis resulta en la eliminación del ADN mitocondrial y explica su herencia materna. Un proceso fascinante, producto de la evolución, que impide la herencia del ADN paterno”, añade Trullás.
Nuestro trabajo demuestra que la modificación del TFAM durante la espermatogénesis resulta en la eliminación del ADN mitocondrial y explica su herencia materna
Este descubrimiento de la relocalización de TFAm tiene importantes implicaciones para los campos de la fertilidad humana y la terapia de células germinales, ya que podría explicar algunos casos de oligospermia y de oligoastenospermia, una alteración en la que se da un bajo recuento y una baja movilidad de espermatozoides.
De hecho, se han encontrado niveles elevados de ADN mitocondrial en el esperma de hombres infértiles con oligoastenospermia grave, recuerdan los autores, pertenecientes en su mayoría a la Universidad Thomas Jefferson y la Oregon Health & Science University de EE UU.
Referencia:
William Lee et al. "Molecular basis for maternal inheritance of human mitochondrial DNA". Nature Genetics, 2023.
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