Descubren el papel clave del ADN 'egoísta' en el desarrollo humano temprano
MADRID 16 Oct. (EUROPA PRESS) -
Una transición fundamental en el desarrollo humano temprano no está regulada por nuestros propios genes, sino por elementos de ADN llamados transposones que pueden moverse alrededor del genoma, tal y como han descubierto investigadores de Sinai Health (Canadá). El estudio, publicado en publicado en la revista 'Developmental Cell' desafía nuestra comprensión previa de estos esquivos segmentos de ADN y arroja nueva luz sobre el papel que desempeñan en el desarrollo y la enfermedad humanos.
"La gente tiende a pensar que los transposones son algo similar a los virus que secuestran nuestras células con el único propósito de propagarse", cuenta el coautor principal del estudio, el doctor Miguel Ramalho-Santos, investigador principal del Instituto de Investigación Lunenfeld-Tanenbaum (LTRI), parte de Sinai Health, y profesor del Departamento de Genética Molecular de la Universidad de Toronto. "Pero aquí hemos descubierto que estos elementos no son meros parásitos genómicos, sino que son esenciales para el desarrollo temprano", añade el doctor Ramalho-Santos.
Su estudio indica que los elementos transponibles son fundamentales para garantizar que las células embrionarias humanas progresen normalmente a través del desarrollo temprano, en lugar de retroceder en el tiempo.
Los investigadores se centraron en los elementos transponibles conocidos como LINE-1, por sus siglas en inglés , long interspered nuclear element - 1 ( elemento nuclear intercalado largo). A diferencia de nuestros propios genes, que componen menos del 2% de nuestro genoma, los elementos LINE-1 comprenden un asombroso 20% del material genético de nuestras células. Algunos de los elementos LINE-1 pueden amplificarse y moverse por el genoma, insertándose en nuevas ubicaciones. Debido a que se propagan por sí solos de una manera que puede alterar las funciones normales de los genes, esto les ha valido el apodo de "ADN egoísta".
Durante años, los científicos creyeron que estos elementos eran en su mayoría dañinos, que en ocasiones causaban estragos en el genoma y contribuían a una variedad de enfermedades, desde la hemofilia hasta los trastornos neurológicos y el cáncer.
El doctor Juan Zhang, coautor principal y becario postdoctoral que dirigió la investigación, inicialmente encontró intrigante que los mensajes de ARN de LINE-1 sean abundantes en el embrión temprano. Las moléculas de ARN mensajeras se transcriben a partir de partes del genoma que están activas, lo que indica que los elementos de LINE-1 se activan en estas etapas tempranas críticas.
"Si los transposones son malos y peligrosos, ¿por qué los vemos activos en el embrión temprano? Se trata de un embrión que recién está comenzando su formación. Cualquier inserción peligrosa en el genoma en este punto se propagará a lo largo del resto del desarrollo del individuo", detalla el doctor Zhang.
Cuando Zhang inhibió la expresión de LINE-1 en células madre embrionarias humanas cultivadas, se produjo una reversión, llevándolas de nuevo a la etapa más primitiva de 8 células. En este punto, cada una de las ocho células es idéntica y totipotente, capaz de desarrollarse tanto en el embrión como en la placenta. Sin embargo, más allá de esta etapa, si bien las células madre embrionarias aún pueden formar todas las células fetales, se vuelven cada vez menos capaces de contribuir a la placenta, a través de la cual el embrión recibe nutrientes de la madre.
Experimentos posteriores demostraron que estas moléculas mensajeras LINE-1 actúan como un andamiaje para organizar el ADN en el espacio tridimensional del núcleo de la célula. Ayudan a trasladar el cromosoma 19 (que alberga genes cruciales para la etapa de ocho células) a una región del núcleo que silencia genes, lo que garantiza que el embrión pueda avanzar a las etapas posteriores sin problemas.
"Hemos demostrado que LINE-1 regula la expresión genética en un momento crucial en el que el embrión empieza a especializar sus células para diversas funciones. Nuestros resultados indican que no se trata de un hecho accidental, sino de un mecanismo evolutivo vital", declara el doctor Zhang.
Para colmo de sorpresas, esta nueva función de los elementos LINE-1 se aparta de su comportamiento típico de saltar a nuevas ubicaciones genómicas y, por lo tanto, causar mutaciones potencialmente dañinas. En cambio, en este contexto crítico, los elementos LINE-1 fomentan exclusivamente la progresión del desarrollo, una acción única que subraya su importancia en el crecimiento humano temprano.
Esta investigación fundamental tiene implicaciones importantes para los tratamientos de fertilidad y el uso de células madre en la medicina regenerativa. Además, este trabajo revela nuevas funciones para LINE1 que ahora pueden explorarse en los contextos patológicos en los que se ha visto implicada, desde trastornos neurológicos hasta cáncer".