Un treball a Nature Genetics, amb participació de l’IIBB-CSIC, revela els mecanismes moleculars que impedeixen que l’ADN mitocondrial s’hereti dels pares. L‘equip descobreix que els espermatozoides no tenen ADN mitocondrial perquè bloquegen l’accés al mitocondri del factor de transcripció imprescindible perquè l’ADN mitocondrial es repliqui
Un tret evolutiu dels humans i de la majoria d’animals és que hereten l’ADN mitocondrial exclusivament de la mare, malgrat que els espermatozoides del pare tenen mitocondris. Si els espermatozoides tenen mitocondris, per què no transmeten ADN mitocondrial?
Respondre a aquesta pregunta és el que ha fet un equip internacional en un treball publicat a Nature Genetics i que compta amb la participació d’investigadors de l’Institut d’Investigacions Biomèdiques de Barcelona del CSIC (IIBB). Després de diversos anys de recerca, han pogut demostrar que els espermatozoides no tenen ADN mitocondrial i que, a més, els seus mitocondris no tenen un factor de transcripció A (o TFAM, de l’anglès Transcription Factor A mitocondrial), que és imprescindible perquè l’ADN mitocondrial humà es repliqui.
Sense ADN mitocondrial
“En moltes espècies, inclosa la humana, els mitocondris de l’espermatozoide s’introdueixen a l’òvul durant la fecundació, així que una de les hipòtesis existents era que l’ADN mitocondrial sí que arribava a l’ovòcit però s’eliminava en el procés de fecundació”, detalla l’investigador Ramón Trullás, professor de recerca del CSIC a la Unitat de Neurobiologia de l’IIBB-CSIC-IDIBAPS i del Centre de Recerca Biomèdica en Xarxa de Malalties Neurodegeneratives (CIBERNED).
Ramón Trullás és un dels autors del treball, realitzat amb el seu equip, Anna Calderon, Margalida Puigròs i Petar Podlesniy, juntament amb l’equip de Shoukhrat Mitalipov (Oregon Health & Science University, EUA) i coordinat per Dmitry Temiakov i el seu equip William Lee, Angèlica Zamudio-Ochoa i Gina Buchel (Thomas Jefferson University, EUA).
Per esbrinar si els espermatozous tenen ADN mitocondrial, els investigadors de l’IIBB-CSIC han desenvolupat una tècnica de PCR digital, més precisa que el PCR convencional i que permet quantificar en una mateixa mostra el nombre absolut d’ADN en diferents tipus de cèl·lules. Les anàlisis s’han fet amb mostres procedents de clíniques d’Oregon (EUA).
Els resultats mostren que els espermatozous no tenen ni una sola molècula completa d’ADN mitocondrial, i que l’ADN mitocondrial residual trobat probablement ni tan sols és dels espermatozous. “Cada espermatozoide conté entre 50 i 70 mitocondris, que corresponen a menys de 0,01 molècules d’ADN mitocondrial. Encara que extremadament baix, aquesta xifra probablement s’explicaria per unes poques cèl·lules que contaminaven les mostres (concretament leucòcits)”, expliquen els autors a l’article.
Els investigadors han descobert que el que explica l’absència d’ADN als mitocondris de l’espermatozoide és un procés de relocalització del factor de transcripció TFAM, una molècula que penetra en els mitocondris per a la replicació de l’ADN mitocondrial. Durant la formació dels espermatozoides, aquests modifiquen el senyal de localització de TFAM i no permeten que penetri als mitocondris sinó que el dirigeixen al nucli del espermatozoides, cosa que evita la replicació de l’ADN mitocondrial.
“El nostre treball demostra que la modificació de TFAM durant l’espermatogènesi és l’eliminació de l’ADN mitocondrial i explica la seva herència materna. Un procés fascinant, producte de l’evolució, que impedeix l’herència de l’ADN patern”, afegeix Ramon Trullás.
Aquest descobriment de la relocalització de TFAM té importants implicacions per als camps de la fertilitat humana i la teràpia de cèl·lules germinals, ja que podria explicar alguns casos d’oligospèrmia i d’oligoastenospermia, una alteració en què es dóna un recompte baix i una baixa mobilitat d’espermatozoides. De fet, s’han trobat nivells elevats d’ADN mitocondrial a l’esperma d’homes infèrtils amb oligoastenospermia greu, diuen els investigadors.
Article de referència:
Molecular basis for maternal inheritance of human mitochondrial DNA, William Lee, Angelica Zamudio-Ochoa, Gina Buchel, Petar Podlesniy, Nuria Marti Gutierrez, Margalida Puigròs, Anna Calderon, Hsin-Yao Tang, Li Li, Aleksei Mikhalchen, Amy Koski, Ramon Trullas, Shoukhrat Mitalipov & Dmitry Temiakov. Nature Genetics, doi: https://doi.org/10.1038/s41588-023-01505-9
Mercè Fernández / CSIC Comunicación Cataluña
La investigació demostra que els espermatozoides no tenen ADN mitocondrial ni tampoc el factor de transcripció A, que és imprescindible per a la replicació de l’ADN mitocondrial. Imatge de Freepik.