La carga de un espermatozoide incluye más que el ADN del padre. Las moléculas de ARN que pueden contribuir al desarrollo embrionario temprano también hacen el viaje. Algunas de esas moléculas comienzan su viaje fuera del espermatozoide.
Los investigadores han descubierto que pequeñas fibras proteicas en el semen pueden ayudar a que el ARN del líquido circundante ingrese a los espermatozoides.
En un nuevo estudio publicado en Molecular Cell, el equipo demostró que estas fibras pueden unirse al ARN, ingresar al esperma y ayudar a entregar esa carga a los embriones de ratón después de la fertilización.
Las fibras tienen una estructura amiloide, mejor conocida por su asociación con la enfermedad de Alzheimer.
El biólogo estructural Anthony Fitzpatrick y el fisiólogo William Mallen del Instituto Zuckerman de la Universidad de Columbia, junto con sus colegas, investigaron cómo estas fibras podrían ayudar al ARN a ingresar al esperma.
“Esto es biología salvaje”, dice Fitzpatrick.
“Con mayor frecuencia se piensa que los amiloides son un sello distintivo del Alzheimer, el Parkinson y otras enfermedades neurodegenerativas en el cerebro, pero también tienen funciones funcionales en todo el cuerpo y siguen apareciendo en lugares inesperados”.
El amiloide describe la disposición que forman las proteínas cuando se ensamblan en fibras. Los estudiados aquí se construyen a partir de un fragmento de una proteína que se encuentra en el semen, diferente a las proteínas que se acumulan en el Alzheimer.
En el semen, en hombres sanos, se forman fuera de las células y pueden descomponerse nuevamente.
Algunas moléculas de ARN llevan instrucciones para producir proteínas, mientras que otras ayudan a regular la actividad genética, lo que le da a esta carga un papel potencial en el desarrollo temprano.
Los investigadores se centraron en un pequeño fragmento de una enzima producida por la próstata, llamada fosfatasa ácida prostática (PAP). El fragmento llevaba una carga eléctrica positiva, mientras que el ARN llevaba una carga negativa.
Cuando se mezclaron en el laboratorio, se unieron y formaron pequeñas gotas, que se convirtieron en fibras que contenían ARN.
Por sí solos, los fragmentos de PAP permanecieron en solución. La adición de ARN los unió y aceleró su ensamblaje en fibras. Ésa fue la primera sorpresa: el ARN ayudó a montar su propio transportador.
“La carga está ayudando a construir el vehículo que la transporta”, dijo Fitzpatrick a ScienceAlert.
En el líquido seminal humano, el equipo también encontró pequeñas moléculas de ARN en una fracción que contenía fibras amiloides. Muchas secuencias identificables eran fragmentos de ARN de transferencia, moléculas que normalmente participan en el ensamblaje de proteínas.
Encontrar ARN junto a las fibras no mostró si las fibras podían ingresar al esperma. Bajo algunas condiciones de imagen, una fibra adherida a la superficie de una célula puede parecerse mucho a una que se encuentra dentro de ella.
Pequeñas partículas de oro adheridas a fibras fabricadas en laboratorio permitieron a los investigadores rastrearlas. Usaron esperma de toro para obtener imágenes detalladas porque las células son relativamente grandes.
Una técnica que construye imágenes tridimensionales de células congeladas, llamada tomografía crioelectrónica, reveló fibras etiquetadas dentro de los espermatozoides.
“Ver esas fibras amiloides dentro de los espermatozoides fue extraordinario para mí”, dice Mallen.
“Había indicios de que esto sucediera anteriormente en nuestros otros experimentos, pero en realidad verlo nos dejó totalmente atónitos”.
La microscopía electrónica adicional y las imágenes de células vivas respaldaron el hallazgo. Experimentos separados demostraron que el esperma humano y el de ratón también podían absorber las fibras.
“La segunda sorpresa fue ver a los espermatozoides tomar esas fibrillas enteras y moverlas profundamente dentro de la célula, a lo largo de la cola, a través de la pieza media y hasta la cabeza”, dijo Fitzpatrick.
El viaje continuó en experimentos de fertilización de laboratorio utilizando esperma y óvulos de ratón.
Antes de la fertilización, el equipo expuso los espermatozoides a fibras elaboradas a partir de fragmentos de PAP humano. Esos fragmentos de proteína humana también aparecieron en los embriones de ratón de dos células resultantes.
Para rastrear la carga de ARN, los investigadores cargaron las fibras con ARN que contenía versiones más pesadas de átomos de carbono y nitrógeno. Una técnica que distingue moléculas por masa les permitió rastrear estas etiquetas. Más ARN marcado llegó a los embriones cuando las fibras estaban presentes.
El equipo probó si el ARN entregado podría funcionar utilizando ARN que llevaba instrucciones para una proteína que emite luz verde. Esta proteína sirvió como marcador que mostraba que se habían utilizado las instrucciones.
Los embriones se formaron a partir de espermatozoides a los que se les dio ARN con fibras que contenían al menos diez veces más proteína que los embriones formados a partir de espermatozoides a los que se les dio el mismo ARN sin fibras.
Pruebas de laboratorio independientes mostraron que una proteína llamada clusterina aceleraba la liberación de ARN de las fibras. La clusterina también estaba presente en los embriones, aunque aún no se ha confirmado su papel en la liberación de ARN en su interior.
Los hallazgos revelan una ruta por la cual el ARN puede viajar desde el líquido seminal al espermatozoide y luego al embrión. Comprender esa ruta también podría ayudar a los investigadores a diseñar nuevas herramientas para administrar ARN.
“Hay trastornos metabólicos como la resistencia a la insulina que artículos recientes han demostrado que pueden transmitirse a través de la línea paterna en ratones, y se cree que el ARN es la forma”, explica Mallen.
“Al aprender cómo funcionan los trastornos basados en la epigenética, podemos acercarnos más a cómo tratarlos o prevenirlos”.
Los experimentos de entrega de embriones utilizaron ratones, fibras fabricadas en laboratorio y ARN añadido. Fitzpatrick dijo que el equipo aún no ha demostrado si las fibras naturales, junto con su carga habitual de ARN, cambian algo en un embrión.
No se probaron embriones humanos ni concepciones naturales, y las estimaciones de aceptación variaron según los métodos de medición.
Aún no está claro qué sucede con las fibras después de que llegan al embrión.
“No sabemos qué pasa con ellos en el embrión, si se eliminan, se dejan en su lugar o se siembran para una mayor agregación”, dijo Fitzpatrick.
La investigación ha sido publicada en Molecular Cell.
Este artículo fue verificado por Rebecca Dyer y editado por Rebecca Dyer. Si bien nos enorgullecemos de nuestro proceso, somos humanos. Si detecta un error, háganoslo saber.