Cinco o seis días después de que el espermatozoide fecunda al óvulo, se suscita un fenómeno genético que asegura que los embriones del sexo femenino se desarrollen en forma sana: la desconexión de una de las dos copias del cromosoma X. Pese a su importancia para la viabilidad de los embriones femeninos, era poco lo que se sabía acerca del momento en que se desencadenaba ese proceso, sobre todo en los seres humanos. En un estudio publicado en el mes de septiembre en la revista Scientific Reports, las genetistas Lygia da Veiga Pereira y Maria Vibranovski, ambas del Instituto de Biociencias de la Universidad de São Paulo (IB-USP), ensayan una nueva explicación sobre el inicio de este fenómeno. A partir del análisis de secuencias de ARN de células embrionarias humanas disponibles en un banco de datos públicos, las investigadoras verificaron que la desactivación del cromosoma X ocurre en los primeros días después de la fecundación, antes de lo que se pensaba.
Las células humanas poseen 46 cromosomas, cada una con 22 pares de cromosomas somáticos, idénticos en varones y mujeres, y un par de cromosomas sexuales: en las mujeres son dos cromosomas X y en los hombres, un X y un Y. Con una dosis doble de los genes presentes en el cromosoma X, las mujeres podrían producir el doble de proteínas relacionadas a esos genes que los hombres. Esto no sucede, porque durante el desarrollo embrionario, uno de los dos cromosomas X es anulado, evitando que sus genes sean sobreexpresados. “La desactivación de una copia del cromosoma X es un importante mecanismo epigenético que se encarga de calibrar la actividad de los genes relacionados con esas secuencias del ADN femenino”, explica Da Veiga.
En las últimas dos décadas, se plantearon diversas hipótesis en un intento por explicar ese fenómeno sin que se llegara a una conclusión acerca de cómo y cuándo se producía. La explicación más reciente la propuso en marzo de 2016 un grupo de científicos suecos en un estudio publicado en la revista Cell. Contrariamente a casi todo lo que se había propuesto hasta entonces, éstos descartaron la existencia de un mecanismo de anulación del cromosoma X en los albores del desarrollo embrionario. Según ellos, la equiparación de los niveles de la actividad genética ocurriría mediante la reducción de los niveles de expresión génica en los dos cromosomas X de los embriones femeninos.
Los primeros indicios sobre el proceso de desactivación del cromosoma X fueron identificados en la década de 1940 por el médico canadiense Murray Llewellyn Barr (1908-1995), quien detectó un pequeño ovillo de ADN junto a la cara interna de la membrana del núcleo de las células femeninas que no se desenrollaba durante la mitosis. En los años 1960, a partir de los trabajos de la genetista inglesa Mary Lyon (1925-2014), se constató que esa estructura era un cromosoma X desactivado, y que esto era una característica propia de las células de las hembras de los mamíferos que garantizaba un desarrollo adecuado del embrión. En los años posteriores, se verificó que ese proceso ocurría de modo distinto en otros organismos. En los helmintos, la expresión de los genes en los dos cromosomas X de la hembra se reducía a la mitad. En tanto, en las moscas, los machos duplicaban la expresión de los genes de su único cromosoma X.
En los mamíferos, la neutralización del cromosoma X fue estudiada particularmente en células embrionarias de ratones, en los cuales ese proceso se suscita ni bien el embrión en su fase de blastocisto o blástula se implanta en la pared del útero y las células comienzan a diferenciarse. Ahora se sabe que esa desactivación puede ocurrirle tanto al cromosoma X paterno como al materno y que, una vez definido el X inactivo, sus genes dejan de ser expresados, característica que se mantiene en las células descendientes. Hasta entonces, se pensaba que el proceso en humanos sería igual al observado en ratones. Sin embargo, en los últimos años, con el descubrimiento de las células madre embrionarias humanas y el desarrollo de una nueva técnica de reconocimiento del ADN capaz de secuenciar el genoma completo de una única célula fue posible realizar un mejor estudio de este fenómeno y debido a ello, muchos grupos empezaron a estudiar la desactivación del cromosoma X humano.
El grupo de Da Veiga y Vibranovski resolvió abocarse a esa línea de investigación en 2013. Junto a la bióloga Joana Carvalho Moreira de Mello, ellas comenzaron a trabajar en la secuenciación del ARN de células aisladas de embriones humanos. Esa estrategia permite la identificación de aquellos genes que se encuentran activos, o bien, determinar en qué momento se tornan activos. “Nos proponíamos analizar la actividad de los genes ligados al cromosoma X en embriones en diferentes estadios de desarrollo”, explica Vibranovski. Empero, durante ese mismo año, un grupo de investigadores chinos publicó un artículo analizando el cambio de expresión génica en embriones a partir de los mismos experimentos que ellas se proponían realizar
En la especie humana, la inactivación del cromosoma ocurre antes de que el embrión se fije a la pared del útero
Un atajo inesperado
Los chinos habían hecho todo el trabajo de laboratorio: consiguieron los embriones humanos, separaron las células, extrajeron y secuenciaron el ARN, pero no repararon en la desactivación del cromosoma X. Ellos también dejaron a disposición todas las informaciones en bancos de datos genómicos. “De tal modo que no necesitamos perder tiempo con los experimentos, sino tan sólo con el análisis de los datos que ya se encuentran a disposición”, comenta Da Veiga, que también es la jefa del Laboratorio Nacional de Células Madre Embrionarias e investigadora principal del Centro de Terapia Celular de la USP, uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (Cepid) de la FAPESP. Ellas abandonaron la secuenciación del ARN y comenzaron a analizar los datos valiéndose de estrategias de bioinformática, determinando el sexo de los embriones con base en datos de ARN y evaluando la expresión de los genes en el cromosoma X.
En el estudio, las científicas monitorearon la dinámica de expresión de los genes del cromosoma X al comienzo del desarrollo embrionario humano. Así comprobaron que el gen XIST, responsable del inicio de la inactivación, estaba expresado en los embriones femeninos a partir de la fase de ocho células y que su expresión se estabilizaba en la fase de blastocisto, seis días después de la fertilización. Los resultados sugieren que el proceso de desactivación del cromosoma X en los embriones humanos comienza en una fase anterior a la que ocurre en los embriones de ratones. “La adecuación de la actividad génica en humanos se produce por la desactivación de uno de los cromosomas X, al igual que en los ratones”, explica Da Veiga. “La diferencia radica en que en los humanos, este proceso comienza a tallar antes de que el embrión se fije a las paredes del útero, mientras que en los ratones eso ocurre cuando las células están comenzando a especializarse”.
A juicio de la genetista Anamaria Camargo, del Centro de Oncología Molecular del Hospital Sirio-Libanés de São Paulo, el trabajo se destaca por su rigurosidad científica y por el análisis minucioso de los datos. “El modelo de expresión observado es compatible con el estándar de inactivación de uno de los cromosomas X y permite refutar el modelo propuesto por los científicos suecos”, comenta la investigadora, que no intervino en el estudio publicado en la Scientific Reports. “Se trata de un aporte valioso para una mejor comprensión del mecanismo de ajuste de la actividad de los genes ligados al cromosoma X en los seres humanos”.
Según Da Veiga, el paso siguiente es estudiar cómo ocurre la selección del cromosoma que será silenciado, es decir, si se trata de un proceso aleatorio o no. Para ello, se proponen evaluar el proceso de desactivación del cromosoma X inmediatamente después de la fertilización. Las investigadoras también pretenden seguir monitoreando las etapas siguientes a la inactivación del cromosoma X en cuestión, para estudiar en detalle ese mecanismo.
Proyectos
1. Centro de Terapia Celular – CTC (nº 13/08135-2); Modalidad Centros de Investigación, Innovación y Difusión (Cepid); Investigador responsable Dimas Tadeu Covas (FMRP-USP); Inversión R$ 25.560.734,64 (para todo el proyecto).
2. El rol de la gametogénesis en el origen y evolución de los genes nuevos (nº 15/20844-4); Modalidad Ayuda a la Investigación – Joven Investigador; Investigadora responsable Maria Dulcetti Vibranovski (IB-USP); Inversión R$ 394.581,10
3. Análisis in silico del estado epigenético del cromosoma X en embriones humanos en fase de preimplantación (nº 15/03610-0); Modalidad Beca de Posdoctorado; Investigadora responsable Maria Dulcetti Vibranovski (IB-USP); Becaria Joana Carvalho Moreira de Mello; Inversión R$ 233.872,74
Artículos científicos
MELLO, J. C. et al. Early X chromosome inactivation during human preimplantation development revealed by single-cell RNA-sequencing. Scientific Reports. sept. 2017.
LANNER, F. et al. Single-cell RNA-Seq reveals lineage and X chromosome dynamics in human preimplantation embryos. Cell. v. 165, n. 4, p. 1012-26. may. 2016.
