Los genomas paterno y materno permanecen separados en la primera división del zigoto

Amparo Tolosa, Genética Médica News

 

Investigadores del EMBL acaban de dar una vuelta de tuerca a lo que se creía hasta el momento que ocurría durante la primera división del embrión al proporcionar un mecanismo que explica por qué los genomas materno y paterno permanecen separados y por qué se producen tantos errores  durante esta división.

Óvulo fecundado, antes de la primera división. Imagen: Stan Beyler, Ph.D. UNC A.R.T. laboratory.

Tras la fecundación del óvulo por parte del espermatozoide, la primera división de la célula resultante marca el principio de lo que será el embrión así como los comienzos de un organismo nuevo caracterizado por un genoma  que es el resultado de combinar el material hereditario paterno con el materno.

Hasta el momento se pensaba que en esa primera división del zigoto se producía el primer encuentro entre los cromosomas del padre y los de la madre e intervenía un único huso mitótico (el sistema de microtúbulos que rodea a los cromosomas y organiza su separación en las células hijas resultantes de la división). Sin embargo, una técnica de análisis e imagen, diseñada especialmente para el estudio de embriones, ha permitido detectar que, a diferencia de lo que ocurre en el resto de divisiones, en la primera división del futuro embrión de ratón, no interviene un  único huso mitótico, sino que intervienen dos, uno para cada conjunto de cromosomas.

 

Células en división. Los cromosomas, en morado, se han duplicado y la separación de los dos juegos hacia las correspondientes células hijas es dirigida por las fibras del citoesqueleto (en verde). Imagen: Nasser Rusan, National Heart, Lung, and Blood Institute, National Institutes of Health.

 

Desde hace años, los investigadores habían observado que en la primera división del zigoto el material hereditario procedente del padre y el procedente de la madre ocupaban compartimentos nucleares separados en los embriones de dos células. Además, en esta división se producían errores con cierta frecuencia, que llevaban a la aparición de células con doble núcleo. Sin embargo, nadie había proporcionado un mecanismo que explicara esta situación.

El objetivo inicial de los investigadores era observar el comportamiento del genoma materno y paterno tras la fecundación para intentar determinar por qué se producen tantos errores. Para ello, utilizaron una avanzada técnica microscópica que reduce la cantidad de luz a la que el embrión es expuesto y proporciona imágenes precisas sin comprometer su viabilidad. Media esta técnica el equipo observó embriones de ratón en los que la parte central de los cromosomas paternos había sido teñida  con un color diferente al de los maternos y en los que los microtúbulos estaban marcados con un color distinto a los anteriores. De este modo, podían observar la dinámica de los cromosomas paternos y maternos, al tiempo que la del huso mitótico.

Al analizar diferentes embriones los investigadores encontraron que tras la ruptura de la cubierta nuclear e inicio de la primera división del zigoto se organizan dos husos mitóticos alrededor de los genomas parentales, que funcionan de forma independiente y mantienen separados ambos genomas durante la primera división.

“Primero miramos el movimiento de los cromosomas parentales únicamente y no podíamos explicar la causa de la separación”, señala Judith Reichmann, primera autora del trabajo e investigadora en el EMBL (European Molecular Biology Laboratory). “Solo cuando nos enfocamos en los microtúbulos, las estructuras dinámicas de las que los husos están hechos, pudimos ver los husos dobles por primera vez. Esto nos permitió proporcionar una explicación a un misterio de 20 años de edad”.

 

huso mitótico zigoto

Representación de los dos husos mitóticos en el zigoto de mamífero. Imagen: Cartasiova/Hoissan/Reichmann/Ellenberg/EMBL.

 

Los resultados del trabajo explican la observación de la separación de los genomas materno y paterno en los embriones de dos células, así como la elevada frecuencia de errores en la primera división del zigoto que derivan en la interrupción del desarrollo.

 

Si se confirma que ocurre lo mismo en humanos que en ratón, los resultados  podrían tener importantes repercusiones en medicina reproductiva, especialmente en el ámbito legal, ya que la fusión de los pronúcleos marca el inicio de la protección de la vida del embrión en algunos países. En la actualidad se estima que la fusión del genoma materno y paterno ocurre en la primera división. No obstante, si también se forman dos husos mitóticos en el zigoto humano, habría que considerar que la combinación del material hereditario de los progenitores se produce después y no antes de esta primera división.

Referencia: Reichmann J, et al. Dual-spindle formation in zygotes keeps parental genomes apart in early mammalian embryos. Science. 2018. Doi: http://dx.doi.org/10.1126/science.aar7462

Fuente:  Parental chromosomes kept apart during embryo’s first division. https://news.embl.de/science/parental-chromosomes-kept-apart-during-embryos-first-division/?_ga=2.203032978.202733615.1531727036-1164920691.1531727036

 

 

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