La formación de un embrión humano comienza con la fertilización del ovocito por la célula espermática. Esto produce el cigoto, la célula primordial que lleva una copia de cada uno de los genomas maternos y paternos. Sin embargo, esta información genética comienza a expresarse solo después deel cigoto se divide un par de veces. Pero lo que desencadena este proceso, llamado "activación del genoma cigótico", era desconocido hasta ahora. Los científicos de la EPFL acaban de descubrir que los miembros de la familia de proteínas DUX son responsables de encender el programa de expresión génica del nacienteembrión. Publicado en Genética de la naturaleza , este descubrimiento es un hito para la biología del desarrollo.
Alberto de Iaco, un postdoc en el laboratorio de Didier Trono en EPFL, se basó en un estudio aparentemente irrelevante de pacientes que sufren una forma de distrofia muscular donde las mutaciones conducen a la producción en las células musculares de una proteína llamada DUX4, que normalmente esdetectado solo en la etapa más temprana del desarrollo embrionario humano.
De Iaco también descubrió que cuando DUX4 se produce por la fuerza en las células musculares, activa un conjunto completo de genes que se expresan durante la activación del genoma cigótico. Esto fue lo que sugirió primero que DUX4 podría ser el regulador clave de este evento seminal.
Para confirmar esto, los investigadores analizaron datos disponibles públicamente para determinar qué componentes del genoma humano se expresan durante los primeros días de desarrollo embrionario. Descubrieron que DUX4 es uno de los primeros genes expresados en esta etapa, liberando un altoconcentración de su producto proteico justo antes de la activación del genoma cigótico.
En línea con esta guía, los científicos podrían demostrar que la proteína DUX4 se une a la región reguladora de los genes que se inducen durante la activación del genoma cigótico, estimulando su expresión.
Luego, observaron las células madre embrionarias de ratón, que contienen la versión de ratón del gen DUX4 llamado simplemente DUX. Cuando en cultivo, una pequeña fracción de estas células exhiben en cualquier momento el patrón de expresión génica de 2 célulasembriones en etapa, antes de volver a las características de las células embrionarias más avanzadas. Pero cuando los investigadores de EPFL eliminaron el gen DUX, este proceso se detuvo, se suprimió la aparición de la subpoblación similar a la etapa de 2 células.
La evidencia final se produjo cuando los científicos de EPFL eliminaron el gen DUX de los ovocitos de ratón fertilizados utilizando la edición del genoma CRISPR / Cas9. Esto evitó la activación del genoma cigótico por completo y evitó el crecimiento de embriones más allá de las primeras dos divisiones celulares.
El estudio apunta a DUX4 y, por extensión, a la familia de proteínas DUX, como el regulador maestro responsable de iniciar la expresión del genoma en la etapa más temprana de la vida embrionaria en humanos, ratones y probablemente todos los mamíferos placentarios.
"Un viejo enigma está resuelto", dice Didier Trono. "El estudio arroja luz sobre lo que desencadena el programa genético que finalmente nos convierte en lo que somos. También puede ayudarnos a comprender ciertos casos de infertilidad y quizás guiar el desarrollo de nuevostratamientos para distrofias musculares relacionadas con DUX ".
Él y su equipo ahora tienen curiosidad sobre lo que podría desencadenar, en las primeras horas de nuestra vida embrionaria, la producción efímera pero tan crucial de este regulador maestro.
Este trabajo fue financiado por la Swiss National Science Foundation, la Gebert-Rüf Foundation y el European Research Council.
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Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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