Una característica evolutiva de los humanos y la mayoría de los animales es que heredan el ADN mitocondrial exclusivamente de la madre, aunque los espermatozoides del padre posean mitocondrias. Si los espermatozoides tienen mitocondrias, ¿por qué no transmiten ADN mitocondrial?
Un equipo internacional ha respondido a esta pregunta en un estudio publicado en Nature Genetics, con la contribución de investigadores del Instituto de Investigación Biomédica de Barcelona del CSIC (IIBB). Tras varios años de investigación, han logrado demostrar que los espermatozoides no poseen ADN mitocondrial y que, además, sus mitocondrias carecen del factor de transcripción mitocondrial A (TFAM), esencial para la replicación del ADN mitocondrial humano.
Sin ADN mitocondrial
"En muchas especies, incluyendo la humana, las mitocondrias del espermatozoide se introducen en el óvulo durante la fecundación, por lo que una de las hipótesis existentes era que el ADN mitocondrial llegaba al ovocito, pero se eliminaba durante el proceso de fecundación", explica Ramón Trullás, investigador de la Unidad de Neurobiología del IIBB-CSIC-IDIBAPS y del Centro de Investigación Biomédica en la Red de Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED). Ramón Trullás es uno de los autores del estudio, realizado con su equipo, Anna Calderon, Margalida Puigròs y Petar Podlesniy, junto con el equipo de Shoukhrat Mitalipov (Universidad de Salud y Ciencias de Oregón, EE. UU.) y coordinado por Dmitry Temiakov y su equipo, William Lee, Angélica Zamudio-Ochoa y Gina Buchel (Universidad Thomas Jefferson, EE. UU.).
Para determinar si los espermatozoides poseen ADN mitocondrial, los investigadores del IIBB-CSIC desarrollaron una técnica de PCR digital, más precisa que la PCR convencional, que permite cuantificar la cantidad absoluta de ADN en diferentes tipos celulares en una misma muestra. Los análisis se realizaron con muestras de clínicas de Oregón (EE. UU.).
Los resultados muestran que los espermatozoides no poseen ni una sola molécula completa de ADN mitocondrial, y que el ADN mitocondrial residual encontrado probablemente ni siquiera les pertenece. "Cada espermatozoide contiene entre 50 y 70 mitocondrias, lo que corresponde a menos de 0,01 moléculas de ADN mitocondrial por mitocondria. Aunque extremadamente baja, esta cantidad probablemente explica el ADN mitocondrial de fondo detectado en algunas células contaminantes (principalmente leucocitos)", explican los autores en el artículo.
Los investigadores descubrieron que la ausencia de ADN en las mitocondrias de los espermatozoides se debe a la reubicación del factor de transcripción TFAM, una molécula esencial que penetra en las mitocondrias para replicar el ADN mitocondrial. Durante la espermatogénesis, el espermatozoide modifica la señal de localización mitocondrial de TFAM, impidiendo su entrada en las mitocondrias y dirigiéndola al núcleo espermático, lo que impide la replicación del ADN mitocondrial.
"Nuestro trabajo demuestra que la modificación de TFAM durante la espermatogénesis resulta en la eliminación del ADN mitocondrial y explica su herencia materna. Un proceso fascinante, producto de la evolución, que impide la herencia del ADN paterno", añade Ramon Trullas.
Este descubrimiento de la reubicación de TFAM tiene importantes implicaciones para los campos de la fertilidad humana y la terapia con células germinales, ya que podría explicar algunos casos de oligospermia y oligoastenospermia, trastornos que afectan el recuento y la motilidad de los espermatozoides, causando infertilidad masculina. De hecho, según los investigadores, se han encontrado niveles elevados de ADN mitocondrial en el esperma de hombres infértiles con oligoastenospermia grave.
Artículo de referencia:
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
