Crean el atlas más completo del proceso de formación de los espermatozoides del pez cebra

La revista Molecular Systems Biology  publica en un artículo el atlas más completo hasta la fecha de la espermatogénesis del pez cebra; esto es, del proceso de formación de los espermatozoides desde las células germinales iniciales hasta su maduración final.

La  investigación ha sido desarrollada por un equipo liderado por investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CABD; centro mixto CSIC, Junta de Andalucía y Universidad Pablo de Olavide), que ha contado además con la contribución de equipos científicos de la Universidad de Barcelona y el Instituto Garvan (Australia).

Ejemplar de pez cebra (Danio rerio) / Foto: iStock

El atlas no solo identifica con precisión todos los tipos de células germinales masculinas que participan en la espermatogénesis de esta especie (desde las células madre espermatogoniales hasta los espermatozoides completamente maduros), sino que caracteriza los alrededor de 160 genes clave que dirigen cada etapa del proceso.

Para ello, los investigadores han usado una combinación de tres tecnologías para observar de forma simultánea tres tipos de variables: la actividad génica (qué genes están activos en cada célula individual), la regulación de estos genes (la forma en que algunas regiones del ADN inducen la expresión de los genes en lugares y momentos precisos) y los patrones de metilación del ADN (que señalan la existencia de alteraciones epigenéticas, producidas por factores ambientales).

Este enfoque ha permitido, además, identificar un posible mecanismo de trasmisión epigenética intergeneracional, un proceso por el que las modificaciones que determinados factores ambientales (dieta, tóxicos, estrés) causan en el ADN paterno se transmiten al embrión temprano, influyendo en su desarrollo inicial.

“Existe cada vez más evidencia de que, en humanos, ciertos estados epigenéticos del esperma pueden influir en el desarrollo del embrión y en la salud de la descendencia. Este fenómeno es muy difícil de estudiar en mamíferos, así que el pez cebra actúa como un modelo experimental muy valioso, ya que se reproduce rápidamente, es transparente
en sus primeras fases de desarrollo y permite realizar experimentos que no serían viables en humanos”, explica Ozren Bogdanovic, investigador del CSIC en el CABD y uno de los autores del estudio.

Una llave para descifrar la herencia genética

Aunque la espermatogénesis está bien estudiada en humanos y ratones, el pez cebra aporta un punto de vista complementario muy valioso, especialmente para el estudio de la herencia epigenética transgeneracional, por la que determinadas modificaciones genéticas provocadas por el ambiente (que dejan “marcas” en el ADN aunque sin
modificar su secuencia) pueden transmitirse a la descendencia.

Este tipo de herencia es muy difícil de estudiar en mamíferos, ya que, tras la fecundación, se produce un borrado global muy intenso de estas alteraciones epigenéticas, lo que dificulta estudiar aquellas que sí logran escapar a ese reinicio. En el pez cebra, donde este borrado no ocurre, muchas regiones regulatorias permanecen accesibles y potencialmente activas entre generaciones. De hecho, este estudio identifica miles de regiones que permanecen abiertas incluso cuando el ADN está altamente compactado en las fases finales del esperma, y que además coinciden con regiones reguladoras posiblemente implicadas en el desarrollo embrionario.

Por esta razón, “el pez cebra actúa como un modelo experimental ideal para entender los principios básicos de la herencia epigenética, que luego pueden ayudarnos a interpretar mejor fenómenos similares en humanos”, manifiesta el también investigador del CSIC y autor del estudio Juan Tena.

Posibles aplicaciones en medicina reproductiva y biotecnología

El estudio abre la puerta a nuevas perspectivas para la medicina reproductiva y la biotecnología, tanto en acuicultura como en otros animales y humanos. “Comprender cómo se organiza y regula el genoma durante la formación de los espermatozoides podría ayudar a identificar cuáles son los procesos implicados en ciertos tipos de infertilidad masculina que carecen de una causa genética evidente”, detalla Ana María Burgos, primera autora del trabajo.

“Asimismo, el trabajo abre la posibilidad de evaluar la calidad espermática analizando no solo su morfología o movilidad, sino también su estado epigenético, lo que puede ayudar a explicar por qué espermatozoides aparentemente normales presentan diferentes capacidades reproductivas”, añade Juan Tena.

“Todo este conocimiento puede contribuir a mejorar las técnicas que se utilizan para la selección y conservación de esperma, de manera que se preserven mejor sus características funcionales”, concluye Ozren Bogdanovich.