Més enllà de la barrera de Weismann: la regulació somàtica de l’expressió gènica en oòcits de ratolí

Des del 1883, amb una conferència titulada “Über die Vererbung” August Weismann refusà la idea de l’herència dels caràcter adquirits i defensà la teoria del plasma germinal per explicar l’herència genètica. La “barrera de Weismann” postula la separació, en els organismes pluricel·lulars, entre les línies cel·lulars somàtiques i les línies cel·lulars germinals. Dit d’una altra manera, la informació genètica flueix unidireccionalment des dels gens a les cèl·lules corporals (o somàtiques) i mai en sentit contrari, una expressió que es complementaria mig segle després en el “dogma central de la biologia molecular”, que postula un flux unidireccional d’informació ADN -> ARN -> proteïna. Tota línia cel·lular somàtica, evidentment, deriva evidentment d’una línia cel·lular germinal, però el camí invers topa amb la “barrera de Weismann”. Les cèl·lules germinals per excel·lència són els gàmetes, òvuls i espermatozoides. La fusió de l’òvul i l’espermatozoide dóna lloc al zigot que, tècnicament, també és una cèl·lula germinal. A partir del zigot sorgiran els llinatges cel·lulars que donaran lloc, d’una banda, a les cèl·lules corporals (somàtiques) i als nous gàmetes (germinals). Les cèl·lules germinals, precursores de les cèl·lules gamètiques, es divideixen i diferencien en un microambient local del cos, determinat alhora per les cèl·lules somàtiques adjacents. La divisió cel·lular meiòtica, que condueix a la formació dels gàmetes, és desencadenada, de fet, per senyals procedents de cèl·lules somàtiques que arriben a la cèl·lula germinal. Iniciada la meiosi, d’acord amb el concepte de la barrera de Weismann, hom ha assumit que la línia germinal esdevé completament autònoma en el seu funcionament. L’expressió gènica a partir d’aquest moment dependria exclusivament del genoma, transcriptoma i proteoma del gàmeta i, en el cas de l’òvul, això s’estendria ja a l’òvul fecundat i a les primeres fases embrionàries (l’anomenada “herència materna”). En un article publicat al darrer número de Nature Cell Biology, Chen et al. ens mostren com l’autonomia no és completa, i com en l’oòcit postmeiòtic, senyals procedents de les cèl·lules somàtiques adjacents regulen la traducció d’ARNm de manera essencial per garantir la competència posterior de l’oòcit. En tant que aquesta regulació no modifica la seqüència genètica de l’oòcit, la barrera de Weismann resta preservada, però en tot cas mostra com el flux d’informació entre línia somàtica i línia germinal persisteix fins a la pròpia fase de gàmeta.

Chen et al. (2013) mostren com les cèl·lules del cúmul oòfor vehiculen la senyalització AREG/EGF, essencial per a un programa de traducció de l’ARNm en l’oòcit que permeti el desenvolupament ulterior de l’oòcit i de l’embrió que en pugui resultar

L’amfiregulina (AREG)

Marco Conti és membre del Center for Reproductive Sciences de la University of California at San Francisco. Com els altres autors de l’article té vincles també amb altres institucions de la universitat, com l’Eli and Edythe Broad Center of Regeneration Medicine and Stem Cell Research, el Departament of Obstetrics and Gynecology and Reproductive Sciences i l’Institute of Human Genetics. Des de fa 15 anys, el laboratori de Conti treballa en l’elaboració d’una carta de les vies de senyalització que controlen la maduració meiòtica i postmeiòtica de l’oòcit, sense la qual no és possible que l’oòcit sigui “competent” per desenvolupar-se, després de la fertilització (fusió amb l’espermatozoide) en un embrió. Tota una sèrie de problemes de fecunditat es vinculen a aquesta maduració i és comprensible els esforços que diferents grups de recerca hi dediquen (pensem els diners que mouen les tècniques de fertilització assistida).

El model animal d’estudi del grup de Conti és el ratolí (Mus musculus) i, més concretament, models genètics que comprometen la competència de l’oòcit i/o el desenvolupament inicial de l’embrió. Un d’aquests models són els ratolins deficients en amfiregulina (AREG), que mostren una disminució de la fecunditat associada a una disminució de la competència de desenvolupament de l’oòcit.

El gen AREG es troba en el cromosoma 5 del ratolí. El gen homòleg en humans es troba en el cromosoma 4. La proteïna AREG pertany a la família de proteïnes de l’EGF. És ligand de diversos receptors de membranes, entre ells l’EGFR. El nom d’amfiregulina l’hi van donar els seus descobridors, que mostrà que mentre és un inhibidor del creixement en certs tipus cel·lulars tumorals, és un estimulador de la proliferació de fibroblasts i d’altres tipus cel·lulars (normals i tumorals) (Shoyab et al., 1988).

La preparació biològica que empra el grup de Conti és l’oòcit envoltat del cumulus oophorus (preparació CEO). La preparació permet mantindre in vitro el microambient cel·lular en el qual es desenvolupa l’oòcit.

Esquema, extret de l’anatomia de Gray, que mostra les estructures que envolten la vesícula germinal que donarà lloc a l’oòcit. La preparació CEO consta de l’oòcit i de les cèl·lules que l’envolten del “discus proligerus”

En l’estudi que presenten a Nature Cell Biology, concebut per Mario Conti, el desenvolupament de l’assaig de traducció en la preparació CEO fou realitzat per Jing Cheng, que també realitzà els experiments d’expressió gènica (microarray) i els assaigs d’AKT. La caracterització del fenotip dels ratolins deficients en AREG la va fer Simona Torcia. Fang Xie, a més dels estudis d’expressió proteica (western blot), feia l’aïllament dels oòcits per a les microinjeccions que realitzava Federica Franciosi. Els experiments d’immunotinció, a més d’altres col·laboracions, els feia Chih-Jen Lin. Hakan Camak realitzà els experiments sobre secreció de proteïnes. Kathleen Horner feia la preparació dels reportadors de traducció basats en la luciferasa. L’anàlisi bioinformàtica de les dades d’expressió gènica els feren Courtney Onodera i Jun S. Song. Marcelle I. Cedars i Miguel Ramalho-Santos intervingueren en l’anàlisi i interpretació de les dades.

Senyalitzacions somàtiques per a una correcta traducció de l’ARNm matern de l’oòcit

La deficiència en AREG no produeix problemes en l’entrada en meiosi per part de la cèl·lula precursora de l’oòcit. Les limitacions apareixen després de la meiosi i es vinculen a la traducció del transcriptoma de l’oòcit en proteïnes.

Fins i tot, en preparacions d’oòcits de ratolins sense problemes de fertilitat, hi ha una diferència en els patrons de traducció d’ARNm d’acord si aquestes preparacions es fan amb les cèl·lules cumulars del “discus proligerus” o sense. Hi ha tot un seguit d’ARNm que es tradueixen amb més intensitat si l’oòcit rep senyals procedents d’aquestes cèl·lules somàtiques.

L’oòcit normal no expressa receptors per a la proteïna AREG, però sí ho fan les cèl·lules cumulars que l’envolten. En ratolins deficients en AREG, les cèl·lules cumul·lars ja no transfereixen part dels senyals externs cap a l’oòcit, i és això el que n’explica els problemes de fecunditat.

El grup de Mario Conti no ha esclarit encara tots els mecanismes moleculars vinculats als senyals transferits a través de l’AREG de les cèl·lules cumulars. Es desconeix amb detall quines vies de senyalització actuen en les cèl·lules cumul·lars. L’AREG estimula les cèl·lules cumulars a través del receptor EGFR i, en aquest sentit, té una acció anàloga a l’EGF. Tampoc no es coneix com es transfereix el senyal des de la cèl·lula cumular a l’oòcit. Sí se sap, però, que aquest senyal és transferit, ja dins de l’oòcit per la via de senyalització PI(3)K -> AKT -> mTOR.

Esquema generalitzat de la via de senyalització de PI(3)K-AKT-mTOR

En tot cas, i a l’espera de més detalls, Chen et al. i·lustren amb aquesta recerca com la programació molecular de l’oòcit no queda tancada després de la meiosi i que admet, i fins i tot necessita, senyals posteriors d’ajustament.

Aquesta entrada ha esta publicada en 3. La Vida. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *