Les interaccions moleculars de l’òvul-espermatozoide: la interacció Juno-Izumo en la fertilització murina

Biologia molecular: La base cel·lular de la fecundació consisteix en la fusió de dos cèl·lules (gàmetes) que donà lloc a una cèl·lula-ou (zigot), a partir de la qual es produirà, per segmentació cel·lular i creixement l’embrió. En el cas dels metazous, la fecundació és anisogàmica (en el sentit que els dos gàmetes que s’uneixen són molt diferents en grandària i estructura). Pròpiament, hom parla d’una fecundació ovogàmica, en el sentit que la fusió consisteix en l’absorció del gàmeta masculí (espermatozoide) per part del gàmete femení (òvul). A efectes pràctics, l’aportació de l’espermatozoide al zigot resultant es redueix a la dotació cromosòmica: la meitat dels cromosomes del zigot procedeixen de l’espermatozoide. En els tetràpodes amniotes, la fecundació és interna, és a dir que té lloc en l’interior de l’aparell reproductiu de la femella. La fecundació implica el reconeixement mutu entre l’òvul i l’espermatozoide, que desencadena la fusió de totes dues cèl·lules (és a dir, l’absorció de part de l’espermatozoide per l’òvul) i la fusió posterior dels dos nuclis cel·lulars (cariogàmia). La base molecular del reconeixement òvul-espermatozoide és objecte d’una recerca intensa, ja que pot fornir dianes moleculars per al desenvolupament d’anticonceptius i de tractament de problemes de fecunditat. Hom no disposa, però, d’una imatge completa d’aquest reconeixement molecular. Le Naour et al. (2000) descrigueren el rol de la proteïna CD9 en òvuls de ratolí per a la fecundació cel·lular. D’altra banda, Inoue et al. (2005) van determinar que la proteïna Izumo1, de la superfamília de les immunoglobulines, present en la membrana d’espermatozoides de ratolí és necessària per a la fusió de l’espermatozoide amb l’òvul. Ratolins defectius per al gen corresponent (Izumo-/-) presentaven esterilitat masculina: tot i produir espermatozoides normals, capaços de penetrar en la zona pellucida de l’òvul, no s’hi podien fusionar. Inoue et al. també comprovaren el rol d’Izumo1 en espermatozoides humans. Però, per exemple, hom no havia aclarit quin és el ligand d’Izumo1 en la membrana de l’òvul. Enrica Bianchi, Brendan Doe, David Goulding i Gavin J. Wright, del Wellcome Trust Sanger Institute, proposen a les planes de la revista Science que aquest paper el fa la proteïna Folr4, a la qual rebategen, amb un punt comercial, com a “Juno”, en honor de la dea de la fecunditat.

Electromicrografia d’escaneig que mostra el contacte entre un espermatozoide i un òvul

La recerca de l’Izumo1R

Les interaccions cèl·lula-cèl·lula són mitjançades, en part, per la interacció entre dominis extracel·lulars de proteïnes transmembrana de totes dues cèl·lules. Així doncs, hom esperava que la proteïna Izumo1, present a la membrana de l’espermatozoide, tingui un ligand o receptor en la membrana de l’òvul. Enrica Bianchi i Gavin J. Wright conceberen una estratègia per trobar aquest receptor. En el desenvolupament experimental comptaren amb el suport de Brendan Doe en la tècnica d’injecció intracitoplasmàtica d’espermatozoide (ICSI) i el de David Goulding en el microscopi electrònic.

Imatges de microscopia òptica (a dalt i a sota) i de microscopia electrònica de transmissió (en el centre) sobre el rol de la proteïna Juno. La proteïna Juno és identificada en les imatges òptiques a través d’un anticòs marcat amb un cromòfor verd. L’entrada del material genètic de l’espermatozoide a l’òvul és seguida a través del DAPI, un cromòfor blau de forta afinitat amb l’ADN

Els autors empraren la línia cel·lular HEK 293 (derivada de cèl·lules de ronyó embrionari humà, transformades fa 40 anys en el laboratori d’Alex van der Eb) per posar en contacte proteïna Izumo1 amb diferents clons HEK 293 que havien rebut una genoteca de cDNA d’òvul de ratolí. Una genoteca de cDNA reflecteix tots els gens expressats en un teixit. Els clons que interactuaven positivament amb Izumo1 foren estudiats. Un d’aquests clons, identificat com a B2, havia incorporat el gen Folr4, identificat originàriament per Spiegelstein et al. (2000) com un gen de receptor de folat (la vitamina B9).

La proteïna Folr4 o Juno

Amb tota una sèrie d’experiments, Bianchi et al. confirmen que la proteïna Folr4 fa efectivament de receptor de la proteïna Izumo1 en la interacció espermatozoide-òvul en ratolins. També comproven que aquesta interacció és present en diverses espècies de mamífers, inclosa la humana. Encara que la tendència actual és la d’acceptar les denominacions prèvies de les proteïnes i la d’estalviar sinònims, Bianchi et al. s’estimen més rebatejar la proteïna Folr4 com a “Juno”, en honor de la màxima dea romana, associada a la fecunditat i maternitat.

En humans, aquest gen rep les denominacions de FOLR4 i de Folbp3. La proteïna corresponent apareix en l’entrada A6ND01 de la base de dades Uniprot.

Ratolins Juno-/- mostren infertilitat femenina. Els òvuls deficients en la proteïna Juno, d’altra banda, no poden fusionar-se amb espermatozoides. Això rebla el caràcter essencial de la interacció Izumo1-Juno.

Després de produir-se la fecundació, l’expressió de Juno en la membrana de l’òvul decau ràpidament i es fa indetectable als 40 minuts. Bianchi et al. consideren que aquest és un mecanisme que contribueix a la prevenció de la polispèrmia (l’entrada de més d’un nucli cel·lular espermàtic en l’òvul).

No hi ha pas dubte que la interacció òvul-espermatozoide va molt més enllà de la interacció Juno-Izumo1. Pendent queda de trobar el lligand de CD9 en la membrana de l’espermatozoide, així com entendre la relació entre les diferents interaccions membrana-membrana i els diferents processos associats a la fecundació fins arribar a la cariogàmia i l’inici de la primera divisió cel·lular del zigot.

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari

L’oceà subsuperficial d’Encèlad

D’acord amb el paradigma actual, hom pensa que bona part dels planetes glacials que orbiten els gegants gasosos Júpiter i Saturn presenten, sota una coberta dominada pel glaç (H2O; CO2), bosses més o menys extenses d’aigua líquida. L’abast d’aquests enormes oceans subsuperficials i la seva composició és matèria de forta discussió. Per això, cal saludar tota nova dada en aquest sentit. Fa un parell de dies, la NASA emetia un comunicat sobre dades recollides per la sonda saturniana Cassini i la Deep Space Network al voltant d’Encèlad. Encèlad és el sisè satèl·lit més gran de Saturn, amb un diàmetre de 500 km. Des del 2005, hom té dades sobre fumaroles riques en vapor d’aigua que emergeixen en diferents punts de la regió polar austral del petit planeta.

Aquestes fumaroles feien pensar en l’existència, ni que fos en aquesta regió austral, d’una massa d’aigua líquida subterrània. El comunicat de la NASA fa referència a la recerca de Luciano Iess et al., publicada per la revista Science. L’article ens presenta dades sobre el camp gravitatori d’Encèlad, a partir de dades capturades en tres aproximacions fetes per la sonda Cassini. Les dades confirmen un tret ja conegut, l’asimetria entre els dos hemisferi, fenomen que explicaria per què les grans fumaroles han estat detectades en la regió polar austral i no pas en la septentrional. Destaca particularment la presència d’una anomalia negativa en el camp gravitatori situada en la regió polar austral. Aquesta anomalia negativa és compensada per una anomalia positiva subsuperficial. Les dues anomalies són compatibles amb l’existència d’una mar subsuperficial. Aquest oceà es trobaria a una fondària d’uns 10 km, amb un gruix d’entre 30-40 km, i s’estendria per tota la regió polar fins a una latitud de 50ºS. En algunes zones, fractures en l’escorça (formada per glaç d’aigua més o menys brut), permeten la sortida de vapor d’aigua i glaç a forta pressió. Les fractures i les fumaroles semblen dependre de les forces mareals que experimenta el planeta, condicionades per una òrbita força excèntrica al voltant de Saturn.

La reconstrucció del camp gravitatori quadrupolar d’Encèlad, ens mostra un planeta que no ha arribat completament a l’equilibri hidrostàtic. Això seria degut probablement a la diferenciació del mantell planetari. A més, de l’oceà austral, doncs, podrien haver-hi altres cossos d’aigua, potser més profunds.

En tot cas, com diu, Linda Spilker, del JPL, “aquesta descoberta expandeix la nostra visió de la ‘zona habitable’ del nostre sistema solar i en sistemes planetaris d’altres estels“. Cal recordar que els cosmobiòlegs consideren que l’aigua líquida és la condició necessària (i alguns, diuen, fins i tot, suficient) per al desenvolupament de formes de vida. De totes maneres, som lluny de poder realitzar cap estudi autènticament cosmobiològic sobre Encèlad. Futures sondes, però, podrien començar a fer estudis més exhaustius sobre la seva oceanografia.

Publicat dins de 1. L'Univers | Envia un comentari

El Premi Abel del 2014 recau en Iàcov Grigòrievitx Sinaï

Demà comença a Kabelvåg (Lofoten, Noruega), el “Simposi Abel 2014″. Dedicat a l’anàlisi estatística de dades d’alta dimensionalitat, com les que apareixen en les tecnologies d’alt processament de la biologia molecular contemporània, el Simposi coincideix, com ja és habitual, amb l’anunci del Premi Abel d’enguany. El guardonat del 2014 és Yakov G. Sinai (Я́ков Григо́рьевич Сина́й), “per contribucions fonamentals en sistemes dinàmica, teoria ergòdica i física matemàtica“. El premi du el nom de Niels Henrik Abel (1802-1828).

Iàcov G. Sinaï

Yakov Sinai (*Moscou, 21.09.1935) va nàixer en una família hebrea. Els seus pares, Grigori Sinaï i Nadezda Kagan, eren tots dos microbiòlegs. L’avi matern, Veniamin Fedorovitx Kagan (1869-1953), era, des del 1923, catedràtic de geometria de la Universitat Estatal de Moscou, i dirigia el Departament de Geometria Diferencial. Kagan fou durant anys director del departament de matemàtiques i ciències naturals de la Gran Enciclopèdia Soviètica. Yakov Sinaï va fer el graduat i el mestratge a la Universitat Estatal de Moscou. També al mateix centre i, sota la direcció del reconegut Andrei Kolmogorov (1903-1987), va fer la tesi doctoral, que defensà reeixidament el 1960. D’aquesta època, és l’anomenada entropia mètrica, o “entropia de Kolmogorov-Sinaï“, que descriu el nivell d’impredictibilitat dels sistemes dinàmics no-predictibles.

Ja doctorat, Sinaï treballà com a investigador en el Laboratori de Mètodes Probabilístics i Estatístics de la Universitat Estatal de Moscou. Es va casar amb la matemàtica i física Elena B. Vul. El 1971 esdevingué professor, i passà a fer recerca en l’Institut Landau de Física Teòrica (Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау). El 1993, sense abandonar la posició en l’Institut Landau, esdevingué també professor de matemàtiques en la Universitat de Princeton, on establí el lloc de residència principal. En tots dos centres, Sinaï ha supervisat més de 50 alumnes de doctorat. Entre els seus llibres, destaquen Introduction to Ergodic Theory (Princeton, 1976) i Теория фазовых переходов: строгие результаты (Наука, 1980).

Els billards dinàmics

A partir del 1963, Sinaï introdueix l’anomenat “billar dinàmic” (o “billar de Sinaï“), un sistema matemàtic en el qual una partícula rebota, bé en les parets rectangulars exteriors de la taula o bé en un mur circular col·locat al mig de la taula. Sinaï forní una demostració de com aquest sistema era ergòdic, és a dir que presenta el mateix comportament general en el temps que la mitjana de tots els estats (posicions de la bola o partícula) possibles del sistema.

La bibliografia completa de Sinaï compta amb més de 250 publicacions, dedicades als sistemes dinàmics, la mecànica estatística (camí aleatori de Sinaï), la teoria de la probabilitat i la física estatística (mesures de Sinaï-Ruelle-Bowen, teoria de Pirogov-Sinaï). En certa manera, el seu treball és un pont entre els sistemes dinàmics (que, predictibles o no, són sistemes deterministes) i els sistemes probabilístics o estocàstics.

Publicat dins de 1. L'Univers | Envia un comentari

Un cromosoma eucariòtic sintètic… basat en el cromosoma III de “Saccharomyces cerevisiae”

La distinció natural/artificial és una oposició que cal contextualitzar finament. La premsa mundial es fa ressò en les darreres hores d’un article publicat a la revista Science (Annaluru et al., 2014), i que du per títol “Síntesi total d’un cromosoma eucariòtic de disseny funcional”. Alguns comentaristes han exagerat les coses i han dit que es tracta de la “primera vegada que hom sintetitza ADN”. Més modestament, uns altres diuen que és un pas cap a la síntesi de vida artificial. Tota reacció de síntesi parteix d’uns reactius i arriba a uns productes que, en principi, són, per alguna raó, més complexos que els reactius originaris. Què us imagineu vosaltres per vida artificial? Realment, és una qüestió complexa si atenyem a la dificultat de definir, ja d’entrada, la “vida”. Com aquell famós jutge que afirmava que no li calia definir la pornografia per poder reconèixer si una peça era una obra d’art o una obra pornogràfica, la majoria dels biòlegs ha renunciat a una “definició”. La història de la ciència ha confirmat repetides vegades la sentència segons la qual “la natura no fa salts”. La diferència radical, per exemple, entre química inorgànica i orgànica comença a esquinçar-se l’any 1823, per posar un exemple, quan Friedrich Wohler sintetitzà urea a partir de compostos inorgànics. L’explosió de la biologia molecular a partir dels anys 1950 ha modificat genèticament organismes (virus, bacteris, plantes, animals). En gran mesura, tot plegat queda més ben definit amb el terme “semisíntesi” (o “hemisíntesi”) en el sentit que hom parteix de productes de la natura i se’ls modifica de manera més o menys deliberada. Una síntesi completa podria consistir en la construcció d’un sistema biològic a partir de molècules orgàniques simples o, fins i tot, de compostos inorgànics. No cal dir que si els sistemes biològics, en la natura, poden créixer és perquè se sintetitzen ells mateixos a través d’aquests maons inorgànics (H2, CO2, N2, PO43+, SO42+, etc.). El programa Synthetic Yeast té com a objectiu “la construcció del primer genoma eucariòtic sintètic“. De moment, han aconseguit substituir en una soca de llevat el cromosoma III originari per un d’artificial. Els hi queden 15 més. En efecte, el genoma del llevat comú del pa i de la cervesa, Saccharomyces cerevisiae consta de 16 cromosomes que, globalment, presenten 6275 gens, amb una longitud global de més de 12 milions de parells de nucleòtids. Com que l’objectiu comercial és l’obtenció de soques de llevat que tinguin algun interès tecnològic particular, és possible que la introducció d’un únic cromosoma artificial sigui suficient per a aquesta finalitat.

El cromosoma synIII

Saccharomyces cerevisiae és un fong ascomicet, si bé se’ns presenta bàsicament com un llevat unicel·lular. Les cèl·lules haploides (16 cromosomes desaparellats) i les cèl·lules diploides (16 parells de cromosomes) són en tots dos casos capaces de proliferar asexualment per gemmació. Alhora, la fusió de dues cèl·lules haploides de signe complementari pot donar lloc a una cèl·lula diploide i, inversament, una cèl·lula diploide pot entrar en un cicle meiòtic i donar lloc a quatre cèl·lules haploides.

La dotació haploide consta, com hem dit, de 16 cromosomes. Els cromosomes són identificats per un numeral romà (I, II, III, etc.), substituïble en alguns casos per una lletra llatina (A, B, C, etc.). El cromosoma III o cromosoma C és a la base del cromosoma sintètic “synIII”, que és el protagonista de l’article citat.

Els primers cromosomes artificials de llevat daten de fa més de trenta anys (Murray & Szostak, 1983). La finalitat d’aquests YACs (el seu acrònim en anglès) era el de servir de vectors de replicació (i, eventualment, d’expressió) per a material genètic recombinant. Per definició, però, eren uns cromosomes nans, i no substituïen pas cap dels 16 cromosomes originaris del llevat.

En canvi, synIII és un cromosoma artificial “complet”. La longitud genètica del cromosoma III nadiu de S. cerevisiae és de 316.617 parells de nucleòtids. L’estructura general del cromosoma III és respectada pel synIII, si bé inclou més de 500 canvis d’enginyeria genètica: substitució dels codons de terminació per a la síntesi proteica (TAG/TAA), deleció de material (regions subtelomèriques, introns, ARN de transferència, transposons, gens silenciats d’aparellament) i addició.

SynIII és el resultat d’una feina de set anys. La longitud completa és inferior a la del cromosoma III nadiu (273.871 parells de nucleòtids). La reducció no afecta la reproducció i creixement del cromosoma. El cromosoma III és un dels més petits dels 16 cromosomes nadius, però realitza una important funció en les tasques d’aparellament abans citades. SynIII compleix amb les funcions bàsiques que realitza el cromosoma III nadiu. Després de 125 divisions cel·lulars, el clon originari havia donat lloc a 30 colònies diferents, totes les quals mantenien l’estructura intacta del synIII, per bé que amb una taxa de pèrdua de 1·10-6, tan sols una mica superior a les taxes de pèrdua del cromosoma III nadiu.

Els cromosomes artificials de llevat, tant en el disseny clàssic, com en el de synIII permeten la inserció d’una bona quantitat de gens exògens. Així esdevé possible la introducció simultània de múltiples gens implicats en vies metabòliques senceres. El temps dirà si synIII és realment útil per a aquesta finalitat.

Cèl·lules de llevat al microscopi

Lligams:

- Synthetic Yeast 2.0.

- Saccharomyces Genome Database.

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari

“Pithovirus sibericum”: un virus gegant del permaglaç rescatat després de 30.000 anys

El grup de recerca de Jean-Michel Claverie, del Laboratori d’Informació Estructural i Genòmica de la Universitat d’Ais-Marselha, s’ha fet una nom amb els seus estudis sobre els virus gegants, dels quals hem parlat amb anterioritat. Els virus gegants ho són tant en virtut de la mida i complexitat de les partícules viriòniques (que depassen la micra de longitud) com pel que fa a la mida i complexitat dels seus genomes (ADN bicatenari de fins a 2,8 milions de parells de nucleòtids). L’estudi d’aquests virus ens pot ajudar a entendre les relacions filogenètiques entre els virus i els organismes cel·lulars. Els virus, tècnicament, no són éssers vius, sinó més aviat éssers viscuts. Els virus, en major o menor grau, han d’emprar la maquinària de síntesi proteica (ribosomes) d’un organisme cel·lular, al qual diem que “infecten”, per tal de “reproduir-se”. Alternativament, podríem dir que els virus són partícules genètiques transmissibles intercel·lularment. Quan el grup de Claverie parla de “virus gegants” es defineix a dos grans grups: 1) els megavírids; 2) els pandoravirus. Tant els uns com els altres són virus que infecten amebes del gènere Acanthamoeba i similars. Per conèixer les relacions entre aquests dos grups de virus gegants i recercar sobre l’origen darrer d’aquests grups de virus, els investigadors provençals s’han fet amb mostres del permaglaç siberià. En una d’aquestes mostres, amb una antiguitat de 30.000 anys d’acord amb la datació del carboni-14, han aconseguit aïllar un virus que han batejat com a Pithovirus sibericum. Aquest virus gegant supera encara els seus congèneres actuals. És remarcable, alhora, haver pogut cultivar partícules víriques que, després de 30.000 anys, encara servaven capacitat infectiva. Legendre et al., a les pàgines del PNAS, ens expliquen els detalls d’aquest virus d’amebes pleistocèniques.

Mostres ambientals per a la percaça de virus gegants

La immensa majoria de les espècies microbianes existents en el present o que, existents en el passat, hagin pogut deixar rastre en el present, ens són desconegudes. Les tècniques modernes d’anàlisi genètica i genòmica de mostres ambientals, però, ens permeten conèixer, si més no, patrons generals de la microbiota planetària. El grup de Claverie empra aquestes tècniques en les seves recerques sobre virus gegants. Emprant com a pistes les característiques dels grups que han identificat fins ara (megavírids, pandoravirus) analitzen mostres ambientals de tota mena on puguin habitar els hostes d’aquest grup, amebes com Acanthamoeba.

Mostres de permaglaç siberià, classificades d’acord amb l’antiguitat del glaç (a través de la prova del carboni-14 aplicada a matèria orgànica atrapada en aquestes mostres glacials), han estat també estudiades. Concretament en mostres procedents del Pleistocè tardà (de 30.000 anys d’antiguitat) han aconseguit identificar un tercer grup de virus gegants. L’espècie aïllada ha estat identificada com a Pithovirus sibericum.

Pithovirus sibericum

Les tècniques aplicades pel grup de Claverie permeten una anàlisi global del viroma (conjunt de virus) d’una mostra ambiental. En tot cas, ells s’adreçaven a trobar virus gegants que siguin capaços d’infectar algunes soques d’Acanthamoeba.

En un principi, esperaven trobar virus que encaixessin en els dos grans grups que han identificat fins ara:
- els megavírids. Aquesta és la família del Mimivirus, descrit fa poc més de 10 anys. Es caracteritzen per unes partícules víriques pseudo-icosaèdriques de dimensions considerables (fins 0,7 micres). Aquestes partícules contenen un genoma víric de 1,25 milions de parells de nucleòtids, que codifica per a un miler de proteïnes. Alguns bacteris tenen mides corporals i una complexitat genòmica i proteòmica inferiors. En l’interior de l’ameba infectada, la producció de noves partícules víriques té lloc en el citoplasma.
- els pandoravirus. Són encara més grossos. Les partícules víriques tenen forma d’àmfora, amb una llargada d’1 micra. El genoma dels pandoravirus és encara més gran (2,8 milions de parells de nucleòtids), com també ho és el proteoma (2500 proteïnes). El genoma dels pandoravirus difereix considerablement dels megavírids (per exemple, el %GC dels pandoravirus supera el 50%, mentre que el dels megavírids no hi arriba). A diferències dels megavírids, la infecció del pandoravirus requereix que el material genètic viral arribi al nucli, on es produeixen les noves partícules víriques.

Pithovirus sibericum té una partícula vírica encara més gran que els dos grups anteriors (1,5 micres de longitud). Morfològicament, la partícula vírica té la forma d’àmfora descrita entre els pandoravirus. El genoma, però, és de dimensions més modestes (600.000 parells de nucleòtids). Es tracta d’un genoma de baix %GC, amb un nombre de gens similar al dels virus “convencionals”. Com els megavírids, la replicació de les partícules víriques en les cèl·lules infectades té lloc en el citoplasma.

Aquestes característiques, aparentment quimèriques, del Pithovirus sibericum, ens mostren les dificultats d’associar morfologia, genòmica i comportament replicatiu per tal de fer classificacions entre els grans grups de virus. També veiem com una gran partícula vírica no sempre s’associa a un genoma més gran o més complex.

Electromicrografia de transmissió d’un tall transversal d’una partícula vírica de Pithovirus sibericum. L’obertura superior compta amb un complex mecanisme, que permet l’ejecció del material genòmic viral a l’interior d’una cèl·lula infectable.

Un pensament inquietant

Paga la pena reproduir ací, una reflexió de Legendre et al.: “El reviscolament d’un virus d’amebes tan antic, emprat com un indicador de la possible presència de virus patogènics d’ADN, suggereix que la fusió del permaglaç, bé pe l’escalfament mundial o per l’explotació industrial de regions circumpolars, pot no ésser exempt de futures amenaces per a la salut humana o animal“.

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari

El rol de les serpines en la supervivència i angiogènesi de metàstasis cerebrals

Des de fa anys, el grup de Joan Massagué treballa en les bases moleculars i cel·lulars de la metàstasi, la capacitat que tenen les cèl·lules tumorals d’establir-se en òrgans allunyats del focus primari a través del sistema circulatori. En el darrer número de la revista Cell, Manuel Valiente et al. ens presenten una recerca sobre mecanismes que regulen el destí de cèl·lules tumorals que s’infiltren en el cervell i decideixen si la metàstasi falla o si la metàstasi creix.

Infiltració i metàstasi

La recerca la signen Manuel Valiente, Anna C. Obenauf, Xin Jin, Qing Chen, Xiang H.-F. Zhang, Derek J. Lee, Jamie E. Chaft, Mark G. Kris, Jason T. Huse, Edi Brogi i Joan Massagué. Són membres del Memorial Sloan Kettering Cancer Center, i participen en diversos dels seus departaments (Cancer Biology and Genetics Program, Department of Medicine, Human Oncology and Pathogenesis Program, Brain Tumor Center, Department of Pathology, Mestastasis Research Center) i del Howard Hughes Medical Institute.

Les metàstasis cerebrals són una de les complicacions de pitjor pronòstic en molts tipus de càncer

La metàstasi requereix que el tumor primari tingui una capacitat d’invasivitat i, a més, que pugui, a través del sistema circulatori (sanguini o limfàtic), infiltrar-se en altres teixits. Ara bé, aquestes capacitats no són suficients. La majoria de cèl·lules tumorals que s’infiltren en el cervell no prosperen. Conèixer els mecanismes vinculats a la mortalitat d’aquestes cèl·lules tumorals infiltrades ofereix perspectives terapèutiques adreçades a la prevenció de metàstasis cerebrals.

En condicions normals, la plasmina actua com un mecanisme de defensa contra la invasió metastàtica. Les serpines que produeixen algunes cèl·lules tumorals inhibeixen l’activador del plasminògen, essencial per a la síntesi de plasmina, sense la qual es facilita l’establiment i creixement de la metàstasi

Valiente et al. remarquen el paper protector de la plasmina contra la invasió metastàtica. Contra aquesta defensa, les cèl·lules tumorals amb capacitat metastàtica compten amb serpines, les quals inhibeixen la síntesi de plasmina (a través de la inhibició de l’activador de plasminògen, PA). La plasmina actua alliberament el FasL de la membrana dels astròcits, i el sFasL resultant estimula els mecanismes de mort en les cèl·lules tumorals infiltrades. Alhora la plasmina inactiva la L1CAM, proteïna que empra la cèl·lula infiltrada per difondre’s al llarg dels capil·lars sanguinis cerebrals. Encara que Valiente et al. exposen les dificultats de traduir aquests coneixement en dianes terapèutiques efectives, l’estudi ajuda a entendre millor les diferents fases per les quals han de passar els focus inicials fins a esdevindre tumors secundaris.

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari

Anàlisi genòmica d’un individu de la cultura paleoamericana de Clovis en referma l’origen siberià i la continuïtat amb les poblacions nadiues americanes actuals

Fa unes setmanes parlàvem de com les anàlisis genètiques i genòmiques il•luminaven els orígens de les poblacions europees actuals. En certa manera, resulta força artificial definir geogràficament els límits d’unes poblacions europees, quan en termes de biogeografia humana, el supercontinent d’Afràsia forma una unitat general. No ho és tant, per contra, quan enfoquem la qüestió al poblament de les Amèriques. Deixant de banda els contactes transoceànics, el gros del poblament de les Amèriques es va fer a través de Beríngia, el pont de terra que comunica en determinats períodes l’Afràsia Nord-Oriental amb l’Amèrica Nord-Occidental. El primer poblament humà de les Amèriques pot haver tingut lloc en dates molt reculades. No obstant, la primera cultura material ben estesa i reconeguda a Nord-Amèrica és la definida per les troballes del jaciment de Clovis. Rasmussen et al. (2014) presenten a la revista Nature l’anàlisi genòmica de restes d’un individu procedent d’un jaciment adscrit a aquesta cultura, a Anzick (Montana occidental).

Puntes de fletxa característica de la cultura de Clovis, procedents del jaciment de Rummells-Maske Cache, a Iowa. La similitud entre aquestes puntes de fletxa i les de la cultura solutriana han empès a proposar un origen hespero-europeu per a la cultura de Clovis. La distribució de l’haplogrup X d’ADN mitocondrial ha estat una dada genètica a favor d’aquesta hipòtesi “solutriana”. No obstant, l’anàlisi genòmica completa d’un individu de Clovis, Anzick-1, remarca com a hipòtesi més creïble un origen siberià per als ancestres directes de Clovis

La cultura de Clovis

Entre el 1932 i el 1937, sota la direcció d’Edgar Billings Howard, hom excavà diversos jaciments arqueològics a Clovis (New Mexico), particularment la cova Burnet. Les troballes serviren per definir una cultura lítica que remuntaria al Pleistocè. La cultura de Clovis fou el resultat de l’evolució de cultures anteriors, situades en els territoris que quedaven al sud dels inlandsis, les enormes glaceres, que cobrien bona part de Nord-Amèrica.

De totes formes, el complex arqueològic de Clovis continua com la cultura material extensa més antiga de les que hom ha pogut definir. Les dades de carboni-14, la daten en 11.100-10.700 anys, corresponents en termes de calendari, amb les correccions oportunes a la primera meitat de l’XI mil•lenni a.C.

La hipòtesi més acceptada és que les cultures pre-Clovis arriben a Amèrica a través d’un corredor entre els inlandsis que hauria comunicat en determinats períodes Sibèria amb Nord-Amèrica. No obstant, J. D. Stanford i B. A. Bradley han proposat que la cultura de Clovis s’originà a partir de la cultura solutriana de l’Europa sud-occidental, en una migració a través de les cobertes glacials nord-atlàntiques. Una altra matèria de controvèrsia la relació entre la cultura de Clovis i les cultures epipaleolítiques posteriors i, en general, amb les poblacions aborígens nord-americanes actuals.

En aquest debats, les anàlisis genètiques fa temps que hi juguen un paper. Eske Willerslev ha coordinat un projecte, presentat ara per la revista Nature, sobre restes òssies procedents del jaciment d’Anzick (Montana occidental).

El genoma d’Anzick-1

Morten Rasmussen i Sarah L. Anzick encapçalen la llarga llista d’autors. Sarah L. Anzick pertany a la família que dóna nom a un jaciment en el qual es trobaren les restes òssies corresponent a un infant de sexe masculí (Anzick-1). D’acord amb la datació de carboni, hom obté un valor de 10.705±37 anys d’antiguitat que, corregit, ens porta a una situada entre els anys 10760-10600 a.e.c. La inhumació d’Anzick-1 anà acompanyada d’eines tipificades de la cultura de Clovis.

El genoma d’Anzick-1 ha estat seqüenciat de manera completa, amb una fondària mitjana de 14,4x. L’anàlisi genòmica ha estat contextualitzada amb altres anàlisis genètiques de restes humanes associades a poblacions paleoamericanes i paleosiberianes. Estudis anteriors havien trobat vincles genètics entre restes de la cultura paleosiberiana de Mal’ta (definides pel jaciment descobert, en els anys 1970, en aquesta localitat del riu Angara, prop del Llac Baical) i les primeres nacions nord-americanes. Aquest flux genètic paleosiberià també és present a l’Anzick-1. Així doncs, l’influx genètic paleosiberià ja devia present a la cultura de Clovis.

Més interessant encara és la comparació d’Anzick-1 amb les poblacions humanes modernes. Anzick-1 és més proper a les poblacions indígenes de les Amèriques que no pas a cap altre grup humà.

Rasmussen et al., d’acord amb les dades obtingudes, s’inclinen envers “la hipòtesi que Anzick-1 pertanyia a una població directament ancestral a molts nadius americans contemporanis”. Això no vol dir exactament que les persones de la cultura de Clovis siguin “els” ancestres de les poblacions aborígens de les Amèriques, ja que la divergència entre elles hauria arrencat amb anterioritat a l’època en què va viure Anzick-1.

Publicat dins de 6. La Civilització | Envia un comentari

La reprogramació de cèl·lules somàtiques diferencials en cèl·lules pluripotencials mitjançant estrès àcid

La consecució de cèl·lules pluripotencials (cèl·lules troncals o mare) a partir de teixits adults és un dels focus principals d’interès per a la medicina regenerativa. La transferència nuclear total o la introducció de factors de transcripció poden, efectivament, reprogramar una cèl·lula somàtica diferenciada en una cèl·lula pluripotencial indiferenciada. Encara més atractiva resultaria una reprogramació basada en un estímul exterior relativament simple. En aquest sentit, Haruko Obokata et al. mostren una tècnica d’adquisició de pluripotència desencadenada per estímul (STAP, en l’acrònim anglès). L’estímul consisteix en un bany àcid (pH 5,7) durant 30 minuts. La tècnica ha estat aplicada a preparacions purificades de limfòcits, i n’han comprovat la pluripotència a través de marcadors genètics i de transplantament a embrions.

Un estímul per a adquirir la pluripotència

En la recerca han participat el Laboratori d’Enginyeria Tissular i Medicina Regenerativa, de la Harvard Medical School (Boston) i el Centre RIKEN per a la Biologia del Desenvolupament (Japó). El projecte fou dissenyat per Haruko Obokata, Teruhiko Wakayama, Yoshiki Sasai, Hitoshi Niwa i Charles A. Vacanti. Martin P. Vacanti i Masayuki Yamato contribuïren a l’avaluació del projecte. Els experiments anaren a càrrec d’Obokata, Wakayama i Sasai. El transplantament de les cèl·lules pluripotents obtingudes a embrions de ratolins el realitzà Obokata amb l’ajut de Koji Kojima. La redacció de l’article la feren Obokata i Sasai.

Com a material empraren limfòcits, purificats a partir de sang de ratolí. La majoria de cèl·lules d’aquesta preparació són limfòcits T. Els limfòcits T juguen un paper cabdal en la immunitat cel·lular específica i, en aquest sentit, mostren un grau notable de diferenciació o especialització cel·lulars.

L’estímul exterior que cercaven els investigadors havia de ser relativament senzill. Ho provaren amb un bany àcid. La concentració d’ions H3O+ es troba altament regulada en la sang, i oscil·la entre entre 35-46 nM (equivalent a un pH entre 7,34 i 7,45). El bany àcid emprat per Obokata presenta unes concentracions d’ions H3O+ cinquanta vegades superiors (pH de 5,7). Han fixat en 30 minuts, el temps òptim per a la reprogramació de les cèl·lules.

Comprovació de la pluripotència

Per seguir la pluripotència, Obokata et al. seguiren l’expressió de la proteïna Oct-4, un factor de transcripció característic de les cèl·lules mare embrionàries. El bany a pH 5,7 durant 30 minuts és certament tòxic per a les cèl·lules: només hi sobreviuen el 25%. De les cèl·lules supervivents, però, un 30% comencen a expressar Oct-4. La taxa global d’adquisició de pluripotència és de vora un 8% de les cèl·lules inicials.

Aquestes xifres podrien fer pensar en l’existència d’un procés de selecció entre la població inicial de limfòcits. No obstant, els experiments d’Obokata et al. mostren que hi ha una reprogramació real. Analitzant les regions reguladores de diversos gens implicats en la pluripotència cel·lular, les cèl·lules reprogramades hi mostren una disminució dels nivells de metilació.

Quan les cèl·lules reprogramades són injectades a embrions en l’estadi de blastocist, i aquests embrions són transferits a l’úter de ratolí, les cèl·lules reprogramades són capaces de reproduir-s’hi. Els llinatges cel·lules resultants s’integren a l’embrió en desenvolupament, tant a teixits somàtics com a la mateixa línia germinal.

Les cèl·lules reprogramades mitjançant el bany àcid també són capaces de donar lloc a cultius cel·lulars estables i expandibles en el laboratori.

Els investigadors treballen ara amb limfòcits humans per si poden reproduir els resultats obtinguts en ratolins.

Lligams:

- Stress turns ordinary cells pluripotent, comunicat de RIKEN.

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari

Algunes característiques genètiques d’un esquelet de fa 7.000 anys trobat a La Braña-Arintero (Lleó)

Fa un mes comentàvem un estudi de Lazaridis et al. sobre la composició genètica de les poblacions europees actuals a la llum de les dades que ens ofereix la paleogenòmica. Era tan sols una de les investigacions publicades sobre un camp que creix a mesura que s’incorporen a les bases de dades més seqüències genòmiques antigues. Aquestes dades permeten avaluar les idees que s’han fet els prehistoriadors sobre com es realitzà a Europa la transició de societats caçadores-recol·lectores a societats ramaderes. Fins a quin punt es tracta d’una “immigració de ramaders” procedents de l’Àsia Sud-Occidental o si bé es tracta d’una “difusió cultural” procedent d’aquesta mateixa regió. El significat de la transició del paleolític superior al mesolític (o epipaleolític) i del mesolític al neolític ha estat matèria d’intensos debats. Fins i tot si hom assum l’absència d’un flux migratori associat a la transició neolítica, canvis tan profunds en el sistema productiu (agricultura, ramaderia, sedentarització) s’han acompanyat o no de canvis genètics de caire adaptatiu? Olalde et al. (2014) ens diuen a les pàgines de Nature que, per respondre aquesta qüestió, caldrà augmentar les dades paleogenètiques sobre les poblacions caçadores-recol·lectores europees i, en aquest sentit, han aconseguit la seqüència completa d’un individu que va viure fa 7000 anys a la Península Ibèrica. Les restes esquelètiques analitzades procedeixen del jaciment mesolític de La Braña-Arintero (en la capçalera del riu Curueño, tributari de Porma-Esla-Duero, en l’actual municipi de Valdelugueros, a la província de Lleó).

Els investigadors, coordinats per Eske Willerslev i Carles Lalueza-Fox, remarquen l’existència d’una mena de “signatura genòmica” antiga, compartida per aquest individu i d’altres mostres procedents de poblacions caçadores-recol·lectores de l’Euràsia Central i Occidental, tant del període mesolític (ja entrat en l’era interglacial) com del període paleolític superior (encara sota els efectes de la glaciació würmiana).

En les dades que remarquen Olalde et al. (2014) és la presència en l’individu de La Braña-Arintero d’al·lels associats a una pigmentació fosca de la pell. D’això dedueix que la pell relativament clara que hom troba en les poblacions indígenes europees actuals no era tan ubícua en l’Europa mesolítica.

Els canvis adaptatius associats al neolític haurien d’haver afectat fonamentalment a gens associats amb la immunitat i la dieta. El canvi alimentari d’una banda i l’impacte sanitari del creixement de les comunitats humanes i la convivència amb animals domesticats haurien d’haver afavorit canvis genètics per un procés de selecció natural. Olalde et al., no obstant, mostren com l’individu de La Braña-Arintero presenta diversos al·lels associats a resistències contra patògens que encara trobem en les poblacions europees actuals. De vegades, alguns d’aquests al·lels han estat associats a una adaptació a la vida post-neolítica, cosa que no encaixa amb el fet que ja siguin presents en un individu del període mesolític.

En l’època que va viure l’individu que analizen, devers l’any 5000 a.C., el neolític ja s’havia difós a l’Àfrica del Nord i a l’Europa central i del nord. A l’Àsia Sud-Occidental, de fet, on la transició neolítica ja s’havia fet quatre o cinc mil·lennis abans, tot just començava l’era del coure.

Publicat dins de 6. La Civilització | Envia un comentari

PSN J09554214+6940260: una supernova de tipus Ia a la Galàxia del Cigar (M82)

En la Galàxia del Cigar (Messier 82) hom ha descrit en les darreres hores una probable supernova (denominació provisional PSN J09554214+6940260). La matinada de dimecres, Cao et al. classificaven l’objecte com una supernova de tipus Ia, jove i enrogida. L’objecte havia estat descobert per S. J. Fossey, però ara hom ha pogut rastrejar-lo en imatges de la setmana passada. Messier 82, per a la nostra latitud, és un objecte circumpolar, és a dir permanentment situat per damunt de l’horitzó. És relativament fàcil de localitzar-lo per la proximitat amb el Carro (Óssa Major):

Amb una magnitud aparent de +8,41, i difosa en una àrea aparent de 11,2×4,3 minuts d’arc, la Galàxia del Cigar no és visible a ull nu. K. Itagaki ha recollit una sèrie d’imatges dels darrers dies, que mostren l’evolució de la supernova:

La supernova apareix en aquestes imatges com el punt de lluminositat creixent situat a la part dreta del “cigar” de l’M82

El telescopi orbital Hubble va prendre imatges detallades de l’M82. Tendulkar et al. les han emprades per investigar l’estel progenitor de la supernova:

L’única supernova confirmada que ha estat detectada en l’M82 fou l’SN2004am. L’abundant material interestel·lar particulat d’aquesta galàxia va interferir en la confirmació com a supernoves d’altres candidates (SN2008iz; juny del 2009). Però, mentre l’SN2004am era una supernova de tipus II, la PSN J09554214+6940260 és de tipus Ia.

La supernova encara es troba en fase d’augment de lluminositat. La Unió Astronòmica Internacional publica reports de seguiment. També podeu seguir les novetats publicades en forma de telegrames.

PD. L’objecte ja ha rebut la denominació de SN 2014J

Publicat dins de 1. L'Univers | Envia un comentari