Un antiguo ADN vírico determina el desarrollo temprano del embrión
Elementos virales que se creían extinguidos se reexpresan en embriones de mamíferos
Más de la mitad de nuestro genoma está formado por miles de restos de antiguo ADN vírico, conocidos como elementos transponibles, muy extendidos en el árbol de la vida. Los investigadores de las universidades Helmholtz de Múnich y Ludwig-Maximilians-Universität (LMU), que antes los tachaban del "lado oscuro" del genoma, han revelado ahora su papel crucial en el desarrollo embrionario temprano.
Preguntas sin respuesta sobre el papel del ADN viral antiguo
Los elementos transponibles, restos de antiguo ADN vírico, se reactivan durante las primeras horas y días tras la fecundación. En este periodo dinámico del desarrollo temprano, las células embrionarias muestran una plasticidad notable, pero los mecanismos moleculares y los factores que regulan esta plasticidad siguen sin estar claros. La investigación en modelos como el ratón sugiere que los elementos transponibles desempeñan un papel crucial en la plasticidad celular, pero aún no se sabe con certeza si se trata de una característica universal en todas las especies de mamíferos. Los diversos orígenes evolutivos de estos restos virales plantean más interrogantes sobre su conservación en los genomas de mamíferos. Comprender los mecanismos reguladores que rigen la activación de los elementos transponibles es esencial para avanzar en la medicina reproductiva y descubrir los principios fundamentales de la regulación del genoma.
Elementos virales que se creían extinguidos se reexpresan en embriones de mamíferos
Un equipo de investigadores dirigido por la Profesora Maria-Elena Torres-Padilla en el Helmholtz de Múnich y la LMU se propuso explorar estas antiguas secuencias de ADN desarrollando un método novedoso para estudiar su transcripción. Crearon un atlas de un solo embrión comparando embriones de varias especies de mamíferos, como el ratón, la vaca, el cerdo, el conejo y el primate no humano macaco rhesus. Los resultados fueron sorprendentes: Los investigadores descubrieron que en los embriones de mamíferos se vuelven a expresar elementos víricos muy antiguos, que antes se creían extinguidos. También descubrieron que cada especie estudiada expresa distintos tipos de estos elementos.
Nuevas vías para la manipulación genética y la investigación de la plasticidad celular
Estas observaciones demuestran que la activación de los elementos transponibles se conserva en todas las especies, y la identificación de elementos específicos ofrece interesantes oportunidades para manipular miles de genes en las células al mismo tiempo. "Este enfoque ofrece una forma novedosa de influir en el destino celular, como dirigir la diferenciación de células madre, que normalmente requiere la manipulación simultánea de cientos de genes", afirma la Dra. Marlies Oomen, coautora del estudio. "Nuestro trabajo pone de relieve la importancia de comprender los principios reguladores que subyacen a los elementos transponibles".
El Prof. Torres-Padilla explica además: "Nuestra investigación descubrió que la activación de elementos transponibles es una característica distintiva de los embriones tempranos en varias especies de mamíferos. Este hallazgo es significativo porque estas células tempranas pueden diferenciarse en todos los tipos de células corporales. Al comprender cómo estas células regulan elementos virales antiguos, obtenemos información crucial sobre los mecanismos de la plasticidad celular. Este estudio sienta las bases para futuras investigaciones sobre elementos reguladores específicos, con amplias implicaciones para la salud, la enfermedad y el modo en que la manipulación de estos elementos podría repercutir en los procesos celulares."
Conjunto de datos sin precedentes sobre el desarrollo temprano en múltiples especies de mamíferos
Además de desarrollar una metodología novedosa que abre nuevas vías para los investigadores que trabajan con células individuales y embriones, este estudio ha generado un conjunto de datos sin precedentes. El desarrollo embrionario temprano es un proceso muy dinámico y de gran interés para los científicos, pero la mayoría de los estudios suelen centrarse en una sola especie, normalmente el ratón o el ser humano. Este estudio, sin embargo, adoptó un enfoque evolutivo al comparar múltiples especies de mamíferos, lo que permitió identificar vías reguladoras clave compartidas por todos los mamíferos. Los conocimientos biológicos adquiridos con esta investigación, combinados con el rico conjunto de datos, constituirán un valioso recurso para los investigadores en biología del desarrollo y reproductiva.
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Publicación original
Marlies E. Oomen, Diego Rodriguez-Terrones, Mayuko Kurome, Valeri Zakhartchenko, Lorenza Mottes, Kilian Simmet, Camille Noll, Tsunetoshi Nakatani, Carlos Michel Mourra-Diaz, Irene Aksoy, Pierre Savatier, Jonathan Göke, Eckhard Wolf, Henrik Kaessmann, Maria-Elena Torres-Padilla; "An atlas of transcription initiation reveals regulatory principles of gene and transposable element expression in early mammalian development"; Cell
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