por Nicolás Jouve de la Barreda y Jesús Romero-Samper
El pasado 13 de mayo la prestigiosa revista Nature (“Reproductive biology: Delivering spermatozoan RNA to the oocyte,” nº 429: 154) hacía público el descubrimiento del equipo del Dr. Ostermeier: la presencia de ARNm espermático en óvulos recién fecundados. Dicha así la cosa no parecería nada extraño. Permitámonos un pequeño repaso o introducción, pues las derivaciones de este hallazgo son inimaginables. Posteriormente iremos analizando el texto íntegro de este artículo.
Breve aproximación teórica
Es importante conocer que existen dos tipos de ácidos nucléicos, el ADN y el ARN.
El primero encierra la información genética, el segundo es intermediario de la misma para que se traduzca en proteínas. Lo que es importante conocer es que en el núcleo de toda célula existe el ADN completo.
Son dos los ácidos nucleicos, resultantes de la agregación de nucleótidos: ácido ribonucleico (ARN) y ácido desoxiribonucleico (ADN). Se trata de polímeros de elevado peso molecular constituidos por: ácido fosfórico; bases nitrogenadas púricas (adenina y guanina) y pirimidínicas (timina, citosina y uracilo); una pentosa (ribosa en el ARN, desoxirribosa en el ADN).
Caracteriza al ARN la presencia de la pirimidina uracilo en lugar de timina, y la estructura de cadena sencilla, en lugar de la doble hélice del ADN.
En todas las células están presentes tanto el ARN como el ADN, normalmente el primero en una mayor proporción. De ambos hay varios tipos. Por lo que respecta al ARN, entre las diversas variedades (ribosómico, soluble, de transferencia, nucleolar,...), se encuentra el ácido ribonucleico mensajero o ARNm (mRNA, en inglés).
El papel fundamental del ARNm es el de actuar de trasmisor o intermediario de la información genética para su trasferencia desde el ADN (núcleo celular) al citoplasma, donde se produce la biosíntesis de las proteínas, que son las moléculas destinatarias de la información.
Es decir, que cuando un gen (ADN) va a expresarse, y sólo en ese momento, se activa la síntesis de un ARNm, éste se traslada al citoplasma, y allí se sintetiza la proteína codificada por dicho gen. Por lo tanto, la presencia de ARNm en una célula implica actividad genética.
Esta se lleva a cabo en dos etapas: la transcripción (paso de ADN a ARNm ó tránscrito) y la traducción (del ARN-m a la proteína).
1.- La transcripción. Gracias a la complementaridad de las bases nitrogenadas, un mensaje genético (en sentido amplio) contenido en el ADN pasa a su ARNm., para que, finalmente, se transmita al citoplasma y se sintetice la proteína codificada. Primeramente se desespiraliza la estructura de doble hélice del ácido desoxiribonucleico en dos hebras. A continuación la ARN-polimerasa va transcribiendo una hebra. El producto primario de la transcripción (ANRm inmaduro o tránscrito primario) sufrirá una serie de modificaciones (adición de una cola de poli-Adeninas, eliminación de los intrones (regiones no codificantes), etc., para su procesamiento hacia el citoplasma, a fin de ser traducido en proteínas.
2.- La traducción conduce a la síntesis de la proteína, que es un polímero constituido por una secuencia de aminoácidos. La secuencia, el orden de los aminoácidos y el tamaño final de la proteína está determinado en el ARN-m, mediante la utlización del código genético (a cada tres bases nucleotídicas en el ARNm, lo que se llama un codon, se corresponde un aminoácido determinado). La traducción se realiza en tres etapas:
2.1.- Iniciación de la síntesis. El ARNm procedente del núcleo se sitúa sobre la superficie de la subunidad menor de los llamados ribosomas (orgánulos del citoplasma que sirven de soporte a la traducción). A continuación se asociará una molécula de ARNt (ARN de transferencia) que transporta el primer aminoácido (aminoacil-ARNt) quedando iniciada la síntesis de la proteína. Para ello se establece un reconocimiento de una parte de la molécula de cada ARNt (anticodon) con el primer codon del ARNm. Ulteriormente se asocia la subunidad ribosómica mayor constituyéndose el complejo ribosomal o complejo activo. El primer codon que se traducirá suele ser Adenina/Uracilo/Guanina, que corresponde al aminoácido metionina.
2.2.- Elongación de la cadena polipeptídica. A continuación se produce la lectura del resto de los codones del ARNm. El complejo ribosomal, tiene dos centros de actividad: el peptidil o P (receptor del primer aminoacil-ARNt) y el aceptor (de los subsiguientes aminoacil-ARNt). Cada vez que se une un aminoácido al anterior hay un ARNt sin aminoácido, que sale del ribosoma, y la cadenita de aminoácidos constituída se traslada de la región aceptora a la peptidil. A la aceptora llega el siguiente ARNt cargado del aminoácido que corresponda a la complementación de bases codon-anticodos, y se repite el proceso, una y otra vez mientras se va alargando la proteína.
2.3.- Terminación de la síntesis. El proceso termina cuando llegan al ribosoma alguno de los tres codones del ARNm llamados “sin sentido” (Uracilo/Uracilo/Adenina, Uracilo/Adenina/Guanina, Uracilo/Guanina/Adenina). Para estos codones no existe ningún ARNt con anticodon complementario. Esto hace que la biosíntesis se vea interrumpida, concluyéndose la formación de la cadena polipeptídica.
Si el ARNm es suficientemente largo, puede ser traducido por varios ribosomas a la vez.
Por lo que se refiere a la clonación, recordemos que un “clón” no es sino una estirpe celular derivada de una única célula primigenia.
Clonación sería también la producción eventual o intencionada de células, tejidos, embriones o individuos que tuviesen la misma información o identidad genética.
La llamada clonación reproductiva tiene por fin clonar seres idénticos.
Resultará fácil de comprender a quienes hayan -hace años- visto el film “Los niños del Brasil”, argumentada en una hipotética clonación de Adolf Hitler.
En los humanos de momento es una contingencia difícilmente cumplible a corto plazo.
Con ovinos ya se ha realizado: la conocida oveja “Dolly,” fue el primer mamífero clonado.
Partenogénesis: considerado un sistema de reproducción asexual y, en tanto, menos evolucionado.
Resumidamente consiste en la activación de un óvulo, en ausencia del espermatozoide, mediante tratamientos físicos o químicos no específicos. Se trata de una modalidad de reproducción habitual en bastantes invertebrados.
Se presenta también en algunos cordados superiores (no, desde luego, primates).
G.C. Ostermeier, D. Miller, J.D. Huntriss, M.P. Diamond & S.A. Krawetz. May 13 th , 2004, Nature, number-429, page-154: “Reproductive biology: Delivering spermatozoan RNA to the oocyte.”
E: Exposición original de Ostermeier et. al. (2004)
N.J.B.: Nicolás Jouve de la Barreda.
J.R.S.: Jesús Romero-Samper E
Analíticamente se ha identificado un juego de transcriptasas que son comunes en los test humanos y en los espermatozoides, y que están implicadas tanto en la fertilización como en el desarrollo del cigoto y en la embriogénesis.
El equipo del Dr. Ostermeier ha empleado la reacción en cadena de la polimerasa (o PCR) con una transcripción inversa, para determinar qué tráncritos (ARNm) están presentes en los espermatozoides, pero no en ovocitos aún no fecundados: encontrando seis.
Esto implica que los espermatozoides liberan estos tránscritos en el citoplasma del óvulo durante la fertilización.
Para investigar esta posibilidad emplearon un ensayo de “zona libre” de penetración de esperma humano en ovocito de hamster. Es este un ensayo clínico standard para testificar la viabilidad del esperma humano.
Paralelamente con técnicas de PCR en tiempo real se investigó transcripción en espermatozoides humanos, ovocitos de hamster y cigotos híbridos humano/hamster.
Las preparaciones de ARN estaban exentas de contaminación: es decir, no se detectó la pareja de bases 310 (el gen de la protamina-2).
Solamente se detectaron los tránscritos de protamina-2 y clusterina en los espermatozoides, cigotos y en control positivo, pero no en los ovocitos de hamster ni en el control negativo.
Estos resultados demuestran que el espermatozoide libera ARN en el óvulo al fertilizarlo.
J.R.S.: La creación de cigotos híbridos humano/hamster parece, un exceso más bioéticamente hablando: un paso más allá de “lo que se puede hacer” frente a “hasta donde se debe llegar.” Y seguramente esta clase de investigaciones (creando híbridos) no son infrecuentes. ¿Es, doctor Jouve, una práctica permitida en el Estado de Michigan, a cuya Wayne State University pertenecen tres de los cuatro coatures? O bien, este tipo de hibridaciones experimentales son permitidas en un marco más amplio... ¿En España, por ejemplo?
N.J.B.: La hibridación de células somáticas hombre-ratón, hombre-hamster y otra serie de cíbridos (híbridos celulares) ha sido la base de numerosas investigaciones relacionadas con la localización genética en cromosomas humanos, obtención de secuencias de utilidad en el proyecto genoma humano, etc. No existe ninguna dificultad ética en este tipo de prácticas, por cuanto no se forman embriones, ni estructuras celulares equivalentes a embriones, y son constitutívamente inviables. La Ley de Reproducción Asistida (Ley 35/ 1988, de 22 de noviembre), sobre técnicas de reproducción asistida), vigente en España, no prohibe estas prácticas, salvo para usos distintos a los de la investigación básica o experimental. Así, en el Artículo 14.3 se señala lo siguiente: “Los gametos utilizados en investigación o experimentación no se usarán para originar preembriones con fines de procreación”. Y en el 14.4 añade: “Se autoriza el test del hamster para evaluar la capacidad de fertilización de los espermatozoides humanos hasta la fase de división en dos células del óvulo del hamster fecundado, momento en el que se interrumpirá el test. Se prohiben otras fecundaciones entre gametos humanos y animales, salvo las que cuenten con el permiso de la autoridad pública correspondiente o, en su caso, de la Comisión Nacional multidisciplinar, si tiene competencias delegadas”. Al margen de las consideraciones que más abajo indicaré, sí debo señalar una vez más lo inapropiado del término preembrión, un artificioso término acientífico, prefabricado con la intención de establecer una etapa previa en la que poder manipular embriones. Sin embargo, el desarrollo de un ser humano tiene un único y preciso comienzo, que es el momento de la fecundación, cuando se reúne la información genética inédita del nuevo individuo que no le abandonará hasta la muerte.
J.R.S.: Desde luego, los que son capaces de crear tales cigotos híbridos, está claro que su concepción del ser humano no engloba al cigoto. N.J.B.: Por supuesto el cigoto debe considerarse ya el embrión en estado unicelular. Pero también es cierto que es impensable la viabilidad de un cíbrido interespecífico, un cigoto heterólogo, formado por la fusión de gametos de la especie humana y especies tan distantes como el hamster, ratón o cualquier otra de un mamífero inferior. Los híbridos celulares heterólogos, que se forman por fusión de los gametos de tan alejada procedencia, comienzan un proceso de pérdida de cromosomas durante las primeras divisiones celulares de segmentación, que los hacen inviables, y solo se pueden mantener algunas líneas celulares que han revertido a la condición de una dotación gamética de una de las dos especies, con la adición ocasional de algún cromosoma o región cromosómica de la otra. Ni el híbrido de partida, ni estas células, son equivalentes a un cigoto humano o a un embrión, en dotación cromosómica, ni deben considerarse como tal. No estamos ante embriones humanos viables como los que se obtienen de las fecundaciones in vitro, por lo que su obtención y manipulación no plantea los mismos problemas que los embriones humanos, sean finalmente congelados o utilizados para investigación.
E: ¿Cuál sería la razón por la que los ARN mensajeros del espermatozoide sean transferidos al ovocito? Los ARNm codifican proteínas que ligan ácidos nucleicos (la protamina-2, por ejemplo), muy probablemente son deletéreas y degradadas tras entrar (A. Ziyyat & A. Lefevre. 2001, Human Reproduction, 16, 1449-1456). Un similar destino podría esperarse de otros ARN que alcanzan el ovocitoplasma. Sin embargo, otras proteínas podrían tener un papel relevante en el desarrollo del cigoto, como -por ejemplo- la clusterina (o SGP-2: glicoproteína-2 sulfatada): que es liberada en el ovocito y está implicada en las interacciones célula/célula y célula/substrato, en el transporte de lípidos, reparación de membranas, estabilización del stress proteico, promoción o inhibición de la apoptosis. Todas estas funciones podrían ser necesarias para la activación del cigoto en sus primeras fases, pero innecesarias para el ovocito. Adicionalmente, estos y otras moléculas no identificadas (tales como pequeños ARN interfirientes), podrían intervenir en procesos tales como: la formación pronuclear, la orquestación de sucesos ligados a la activación del ovocito, la transición del control genético de la madre al embrión, y el establecimiento de huellas en embriones primarios.
J.R.S. Así pues, estos ARNm per se no son necesarios para el ovocito, pero si para el cigoto resultante de la concepción. Y no olvidemos que el ovocito, al igual que el espermatozoide, es uno de esos tipos de células que no proliferan, es decir: son, aisladamente, de vida muy corta y no prolongan su estirpe. Nos encontramos con unos ARNm de origen masculino presentes en el ovocitoplasma, resultantes de la penetración del espermatozoide en el óvulo, que por las funciones citadas por Ostermeier el al. (2004) serían activadores del cigoto, es decir: con unas moléculas específicamente destinadas a asegurar la perpetuación del genoma (la información contenida en el ADN) de ambos gametos. Realmente, desde este punto de vista, este hallazgo resulta fascinante, ¿no le parece, doctor Jouve?
N.J.B.: , Una vez se vaya sabiendo más sobre el papel de los ARNm en el cigoto recién constituido, alcanzaremos a valorar realmente la trasdencencia del descubrimiento. Pero lo que parece obvio es que la presencia de actividad genética de origen paterno (la materna ya era conocida) inmediatamente después de la fecundación, o incluso preparada desde antes de producirse ésta, añade más si cabe sobre el concurso de los genes de ambos parentales, es decir la nueva dotación genética del ser humano recién constituído, desde el instante inicial de la fecundación. Esto añade más argumentos a favor de la trascendencia de la identidad genética propia del embrión unicelular, como ser singular, diferente de ambos parentales, que empieza a valerse de la expresión de su propio programa de desarrollo genético.
E: Podría argumentarse que el éxito de las investigaciones en partenogénesis y transferencias somático-nucleocelulares exigirían el concurso de los ARN paternos. Se sabe que la activación partenogenética es un apoyo en el desarrollo hasta que el embrión alcanza unas 30 células. Muy reciéntemente el Dr. Kono (T. Kono et al., April 22 th 2004, “Birth of parthenogenetic mice that can be develop to adulthood”, Nature, 428: 860-864) ha conseguido el nacimiento del primer mamífero -un ratón- partenogenético, a partir de dos ovocitos diferentes. No obstante los éxitos de tales investigaciones son limitados, como es el caso de la producción de juegos de células embrionarias tras transferencias somático-nucleocelulares (W.S. Hwang et al. , 2004, Science, 303: 1669-1674). Ésto podría deberse a que el ARNm espermático es necesario durante el desarrollo temprano. Los tránscritos específicos de las células germinales masculinas, juegan un papel en la diferenciación de las células embrionarias (N. Geijsen et al. , 2004, Nature, 427: 148-154), y su función podría ser no-reemplazable.
J.R.S.: Sin embargo, el Dr. Kono ha llamado la atención sobre el extremo cuidado que se debe tener al decidir la función que deben tener esos ARN mensajeros. Añade el profesor Kono que muchos de esos ARNm podrían no ser útiles. A pesar de que las mitocondrias del espermatozoide penetran en el ovocito durante la fertilización, la mayoría son excluídas durante la primera división celular. Dr. Jouve, evidentemente la reproducción partenogenética resulta un proceso reproductivo menos evolucionado: ¿por qué procurar esta “involución” en el ser humano?, ¿coincide con la alarma lanzada por el doctor Kono?
N.J.B.: La producción de seres haploides (partenogénesis) es algo natural en grupos de especies inferiores. Es, por ejemplo, un sistema de determinación sexual en los machos de los Himenópteros (abejas) y otros grupos de insectos, en los que existen mecanismos especiales de desarrollo a partir de huevos no fecundados (arrenotoquia). No existe tal tipo de dotación cromosómica entre las especies superiores, ni tiene ningún sentido biológico crearlos artificialmente con fines reproductivos. En realidad, cuando lo realizado por el Dr. Kono sólo tiene parecido a una partenogénesis en la no-participación de los gametos masculinos, pero no en la dotación cromosómica que es diploide aunque aportada por dos gametos femeninos. La obtención de cigotos entre gametos procedentes de un mismo sexo, como los de estos experimentos, tan sólo resultan interesantes para aprender, o conocer más, sobre los determinantes genéticos del desarrollo, y no son éticamente rechazables, siempre que se realicen lejos de la especie humana.
E: Los resultados del equipo de Ostermeier indican que el ARNm espermático podría ser relevante en los desarrollos del cigoto temprano y del embrión. Asimismo podría ser la clave para más exitosas transferencias somático-nucleocelulares, o para la identificación de los factores que subyacen bajo la infertilidad idiopática.
J.R.S.: En este sentido, Serge Carreu (director del Instituto de Biología Fundamental y Aplicada de la Universidad de Caen Basse-Normandie, Francia), señala que estos ARNm servirán para evaluar la calidad y motilidad del esperma, así como la reacción acrosómica (aquélla que faculta al espermatozoide para flanquear la membrana del óvulo). Parece un cierto modo de eugenesia, más selectiva aún que recurrir a la cámara Bürker o al microscopio de contraste de fases para evaluar esos parámetros. Varias preguntas, Doctor: ¿Podría explicarnos, básicamente, en qué consiste la infertilidad idiopática?; si las actuales técnicas citadas posibilitan esa evaluación de la “calidad” espermática, ¿por qué recurrir a investigar con esos ARNm?... Y una última casi “aristotélica”: Si la evolución nos ha traído donde filogenéticamente estamos, ¿no resulta necio -por decir algo- procurar suplir los resultados de miles de años de selección y mejora por unos pocos de laboratorio?
N.J.B.: Se considera estéril una pareja que no es capaz de tener hijos después de un tiempo prolongado, que se suele cifrar en unos doce meses de relaciones sexuales sin ningún tipo de protección. Aproximadamente del 4 al 5 % de los varones sufren un tipo de infertilidad llamada idiopática (causa desconocida), que podría deberse a anomalías cromosómicas, microdeleciones (pérdidas) de regiones especificas del cromosoma Y, o alteraciones de genes (deficiencia o mutación del gen AZF), etc. El resultado es la falta de funcionalidad o carencia de espermatozoides (azoospermia). Básicamente, la investigación de las causas de este tipo de anomalías tiene un gran interés para avanzar en la solución del problema de la infertilidad, y en su caso habilitar soluciones. Resultan muy interesantes al respecto las investigaciones que se desarrollan con microarrays (chips de ADN) para la comprensión de los genes alterados y causas moleculares de esta patología, y que parten del análisis de las secuecias de los genes posibles implicados (SRY, AZF, etc.). Respecto a la última pregunta nada que decir más que estoy totalmente de acuerdo. No tiene sentido probar nuevos tipos de reproducción por sí mismos, sino en todo caso para conocer mejor la determinación genética del sexo, y la participación de genes en las primeras etapas del desarrollo.
J.R.S.: Doctor Jouve, una valoración final...
N.J.B.: Estaremos atentos al progreso de las investigaciones. Lo que hoy podemos decir, es que la presencia de ARNmensajero procedente del núcleo del espermatozoide en un ovocito recién fecundado, supone la existencia de expresión genética de los genes paternos, inmediata, ya en el cigoto. La actividad de estos genes se explica por la necesidad de atender a las primeras fases del desarrollo embrionario. Después de este descubrimiento, ¿quien podría dudar que desde el mismo momento de la concepción empieza el desarrollo de una nueva vida?
Nicolás Jouve de la Barreda y Jesús Romero-Samper
Fuente: http://www.arbil.org/