Contexto: ¿Por qué se distribuyen los genomas parentales en dos pronúcleos?

Un estudio publicado en Nature indica que la competencia por los recursos del citoplasma entre los pronúcleos materno y paterno del cigoto de ratón limita el crecimiento pronuclear excesivo y favorece la regulación de las marcas epigenéticas y el potencial de desarrollo. Los resultados muestran que mantener los genomas parentales en pronúcleos separados cumple una función en el desarrollo.

En los cigotos de mamíferos, los cromosomas maternos y paternos se encuentran en pronúcleos distintos hasta que comienza la primera división celular. La ventaja de este estado de dos pronúcleos (2PN) no estaba clara. En reproducción asistida también se observan cigotos con un solo pronúcleo (1PN), algunos diploides y con ambos genomas parentales. El equipo generó en ratones cigotos con los dos genomas parentales en un solo pronúcleo y los comparó con cigotos 2PN normales. Este estudio de investigación básica combinó manipulación del citoplasma, análisis cuantitativo de imágenes y modelización teórica.

Hallazgos principales: al desaparecer la competencia, los pronúcleos crecieron y disminuyeron las marcas

El volumen del pronúcleo en cigotos 1PN biparentales producidos mediante inyección intracitoplasmática de espermatozoides (ICSI) fue casi igual a la suma de los volúmenes de los dos pronúcleos de los cigotos normales. En esos pronúcleos agrandados disminuyeron las señales de fluorescencia totales de H3K4me3 y H3K27me3, marcas de trimetilación de proteínas histónicas. La cuantificación de las señales de estas marcas en relación con la histona H3 en regiones cromosómicas maternas también confirmó la disminución de ambas. En cambio, la señal total de H3K9me3 no se redujo de forma significativa.

Al reducir a la mitad o duplicar la cantidad de citoplasma, los volúmenes de los dos pronúcleos también disminuyeron o aumentaron, respectivamente. Los niveles de H3K4me3 y H3K27me3 eran menores en los pronúcleos maternos agrandados y mayores en los más pequeños. El análisis de imágenes y la modelización teórica respaldaron la explicación de que ambos pronúcleos crecen incorporando a su interior componentes limitados del citoplasma que comparten. Los investigadores interpretan que la competencia frena la expansión excesiva de los pronúcleos y contribuye a regular las marcas epigenéticas.

El equipo introdujo temporalmente un pronúcleo competidor durante la fase de crecimiento pronuclear de los cigotos 1PN biparentales y después lo retiró. Esto frenó la expansión del pronúcleo biparental y restauró H3K4me3 y H3K27me3 en las regiones maternas. La reducción del citoplasma también restauró ambas marcas en esas regiones. Sin embargo, la marca H3K27me3 paterna permaneció sin restaurar en su mayor parte tras introducir el pronúcleo competidor. Los investigadores plantearon que la mezcla de componentes internos de los núcleos materno y paterno podría contribuir a la disminución de esta marca.

También hubo diferencias en los resultados del desarrollo. Las proporciones de embriones derivados de 1PN que alcanzaron la mórula o el blastocisto in vitro fueron similares a las de los controles, pero la proporción que llegó a término tras transferir embriones de dos células fue significativamente menor. La introducción temporal de un pronúcleo competidor mejoró la tasa de desarrollo a término. El tratamiento con el inhibidor de las histonas desacetilasas tricostatina A (TSA) también elevó los niveles de H3K4me3 en las regiones maternas y restauró parcialmente la capacidad de llegar a término. En los cigotos 2PN normales, la TSA no mejoró significativamente el desarrollo.

Significado y perspectivas: hay que distinguir la llegada al blastocisto del desarrollo posterior

Estos resultados aportan evidencia de que la separación espacial de los genomas parentales interviene en la regulación del tamaño de los pronúcleos y en la regulación epigenética. Sin embargo, aún se desconocen la identidad de los componentes limitados por los que compiten y el mecanismo molecular que conecta el volumen pronuclear con la regulación de las marcas. Explicaciones como la dilución de determinadas proteínas reguladoras en los pronúcleos agrandados siguen siendo hipótesis que requieren verificación adicional.

Las características de los cigotos humanos y la seguridad y eficacia de estas manipulaciones también deben evaluarse por separado. La recuperación parcial observada en ratones no demuestra eficacia en la selección de embriones humanos ni en tratamientos, y el estudio no evaluó la prevención de enfermedades genéticas. El diseño también presenta limitaciones: los experimentos y análisis no se realizaron a ciegas y el tamaño de las muestras no se calculó estadísticamente de antemano.

El diseño y los resultados del estudio se describen en el texto completo público del artículo de Nature proporcionado.