Una característica evolutiva dels humans i la majoria dels animals és que hereten l'ADN mitocondrial exclusivament de la mare, encara que els espermatozoides del pare posseeixin mitocondris. Si els espermatozoides tenen mitocondris, per què no transmeten ADN mitocondrial?
Un equip internacional ha respost aquesta pregunta a un estudi publicat a Nature Genetics, amb la contribució d'investigadors de l'Institut de Recerca Biomèdica de Barcelona del CSIC (IIBB). Després de diversos anys de recerca, han aconseguit demostrar que els espermatozoides no tenen ADN mitocondrial i que, a més, els seus mitocondris no tenen el factor de transcripció mitocondrial A (TFAM), essencial per a la replicació de l'ADN mitocondrial humà.
Sense ADN mitocondrial
"En moltes espècies, incloent-hi la humana, els mitocondris de l'espermatozoide s'introdueixen a l'òvul durant la fecundació, per la qual cosa una de les hipòtesis existents era que l'ADN mitocondrial arribava a l'oòcit, però s'eliminava durant el procés de fecundació", explica Ramon Trullàs, investigador de la Unitat de Investigació Biomèdica a la Xarxa de Malalties Neurodegeneratives (CIBERNED). Ramón Trullás és un dels autors de l'estudi, realitzat amb el seu equip, Anna Calderon, Margalida Puigròs i Petar Podlesniy, juntament amb l'equip de Shoukhrat Mitalipov (Universitat de Salut i Ciències d'Oregon, EUA) i coordinat per Dmitry Temiakov i el seu equip, William Lee, Angélica Zamu EUA).
Per determinar si els espermatozous tenen ADN mitocondrial, els investigadors de l'IIBB-CSIC van desenvolupar una tècnica de PCR digital, més precisa que la PCR convencional, que permet quantificar la quantitat absoluta d'ADN en diferents tipus cel·lulars en una mateixa mostra. Les anàlisis es van fer amb mostres de clíniques d'Oregon (EUA).
Els resultats mostren que els espermatozous no tenen ni una sola molècula completa d'ADN mitocondrial, i que l'ADN mitocondrial residual trobat probablement ni tan sols els pertany. "Cada espermatozoide conté entre 50 i 70 mitocondris, cosa que correspon a menys de 0,01 molècules d'ADN mitocondrial per mitocondri. Encara que extremadament baixa, aquesta quantitat probablement explica l'ADN mitocondrial de fons detectat en algunes cèl·lules contaminants (principalment leucòcits)".
Els investigadors van descobrir que l'absència d'ADN als mitocondris dels espermatozoides es deu a la reubicació del factor de transcripció TFAM, una molècula essencial que penetra als mitocondris per replicar l'ADN mitocondrial. Durant l'espermatogènesi, l'espermatozoide modifica el senyal de localització mitocondrial de TFAM, impedint-ne l'entrada als mitocondris i dirigint-lo al nucli espermàtic, cosa que impedeix la replicació de l'ADN mitocondrial.
"El nostre treball demostra que la modificació de TFAM durant l'espermatogènesi és l'eliminació de l'ADN mitocondrial i explica la seva herència materna. Un procés fascinant, producte de l'evolució, que impedeix l'herència de l'ADN patern", afegeix Ramon Trullas.
Aquest descobriment de la reubicació de TFAM té importants implicacions per als camps de la fertilitat humana i la teràpia amb cèl·lules germinals, ja que podria explicar alguns casos d'oligospèrmia i oligoastenospermia, trastorns que afecten el recompte i la motilitat dels espermatozoides, causant infertilitat masculina. De fet, segons els investigadors, s'han trobat nivells elevats d'ADN mitocondrial a l'esperma d'homes infèrtils amb oligoastenospermia greu.
Article de referència:
Molecular basis for maternal inheritance of human mitochondrial DNA, William Lee, Angelica Zamudio-Ochoa, Gina Buchel, Petar Podlesniy, Nuria Marti Gutierrez, Margalida Puigròs, Anna Calderon, Hsin-Yao Tang, Li Li, Aleksei Mikhalchen, Amy Koski, Ramon Trullas, Shoukhrat Mitalipov & Dmitry Temiakov. Nature Genetics, doi: https://doi.org/10.1038/s41588-023-01505-9
