Nuevo método para estudiar la meiosis humana

La reproducción sexual en muchos seres vivos depende de un proceso llamado meiosis. Este proceso ayuda a crear células especializadas llamadas Gametos, que son necesarias para la reproducción. Aunque muchos estudios han investigado la meiosis en animales como los ratones, los científicos han enfrentado desafíos para estudiarla en humanos. Esto se debe a que no hay muchas formas confiables de observar la meiosis humana en un laboratorio y porque puede ser difícil y a veces poco ético obtener células humanas para el estudio. Encontrar una forma de generar células meióticas a partir de células humanas cultivadas en un laboratorio podría mejorar nuestra comprensión de este proceso reproductivo importante y podría llevar a nuevos tratamientos para la infertilidad.

#Perspectivas de Estudios en Animales

La investigación en animales ha mostrado aspectos clave de cómo funciona la meiosis en los mamíferos. Por ejemplo, los científicos han descubierto que ciertas señales y cambios en el ADN son necesarios para el proceso. En ratones, los investigadores han podido iniciar la meiosis en entornos de laboratorio e incluso crear crías sanas a partir de esos gametos. Sin embargo, en el caso de las células humanas, los intentos similares no han tenido tanto éxito. Estudios previos se centraron principalmente en medir estados celulares específicos, utilizando técnicas que podrían no reflejar con precisión el proceso meiótico real en los óvulos humanos.

#Presentando un Nuevo Enfoque

En este trabajo, presentamos un método para estudiar la meiosis utilizando células humanas que pueden desarrollarse en varios tipos celulares, conocidas como células madre pluripotentes inducidas (HiPSCs). A través de pruebas cuidadosas de diferentes condiciones, hemos encontrado maneras de activar la expresión de genes necesarios para la meiosis. Al inhibir ciertos procesos y alentar la actividad de factores específicos, logramos iniciar la meiosis en hiPSCs humanas tanto masculinas como femeninas. Nuestra investigación muestra que este nuevo enfoque produce con éxito células en diferentes etapas de la meiosis, similares a las que se encuentran en organismos vivos. Este método podría ser especialmente valioso para investigadores que se centran en la meiosis humana y podría llevar a la creación de gametos humanos en el laboratorio en el futuro.

#Filtrando Factores Clave

Para identificar los factores importantes necesarios para la meiosis, analizamos datos existentes sobre células de gónadas fetales humanas, que contienen una variedad de tipos celulares involucrados en el desarrollo reproductivo. Confirmamos Marcadores específicos que indican células meióticas tempranas y tardías. Usando líneas de hiPSC diseñadas que brillan bajo ciertas condiciones, probamos numerosos factores para encontrar aquellos que promueven la meiosis. Esto implicó evaluar qué tan bien estos factores activaban la Expresión Génica relacionada con la meiosis.

#Encontrando Condiciones Óptimas

Reducimos nuestra búsqueda a un conjunto más pequeño de factores basándonos en hallazgos previos. Algunos de estos factores influyeron ligeramente en la expresión génica, pero descubrimos que una combinación de unos pocos factores clave mejoró significativamente la activación de los genes relacionados con la meiosis. Notablemente, un tipo particular de medio que usamos, junto con tratamientos específicos, aumentó notablemente la expresión génica vinculada a la meiosis. Por otro lado, algunos tratamientos fueron perjudiciales para las células y redujeron la expresión génica esperada.

#El Papel de la Inhibición de DNMT1

A través de la aplicación de nuestros factores principales, logramos inducir una alta tasa de células que expresan marcadores meióticos tempranos. Sin embargo, la expresión de marcadores meióticos tardíos aún faltaba. Hipotetizamos que simplemente promover los factores adecuados podría no ser suficiente; también podríamos necesitar disminuir los efectos de los factores que inhiben la meiosis. Probar esta idea nos llevó a descubrir que inhibir una enzima específica llamada DNMT1 resultó en niveles aumentados de marcadores meióticos tardíos. Estudios previos han mostrado que reducir la metilación del ADN, un proceso beneficioso para la expresión génica, es clave para establecer el entorno adecuado para que ocurra la meiosis.

#Identificando Células Meióticas

A continuación, queríamos explorar más a fondo los patrones de expresión génica en las células tratadas con los factores identificados. Integramos vectores de expresión para varios factores candidatos en nuestras hiPSCs y seguimos los cambios en la expresión génica a lo largo del tiempo. Al clasificar y analizar estas células, confirmamos que la mayoría de ellas estaban en un estado pre-meiótico, con algunos progresos observados hacia células completamente meióticas.

#Entendiendo las Etapas de la Meiosis

Para entender qué etapas de la meiosis estaban presentes en nuestras células tratadas, utilizamos técnicas de tinción fluorescente para visualizar varios marcadores asociados con diferentes fases de la meiosis. Observamos que, después de un período específico, podíamos identificar claramente tres etapas de la meiosis en las células tratadas. La visualización mostró patrones distintos que indican un progreso exitoso a través del proceso meiótico.

#Progresión a lo Largo del Tiempo

Monitoreamos las células durante un período de 15 días, evaluando su desarrollo en intervalos regulares. Los primeros signos de meiosis comenzaron a aparecer alrededor del sexto día, y para el duodécimo día, las células mostraban claramente características de una etapa de meiosis más avanzada. A lo largo de este período de monitoreo, notamos cómo el número de células aumentó inicialmente, pero se estabilizó después de una semana. También se rastreó la expresión de varios marcadores meióticos, apareciendo primero los marcadores de meiosis temprana, seguidos por los vinculados a etapas posteriores.

#Cambios en la Expresión Génica

Al analizar los datos de expresión génica colectiva de las células tratadas, vimos que las células cambiaron gradualmente de un estado pluripotente a uno más cercano a la línea celular germinal. En las primeras etapas, muchas células aún tenían altos niveles de un marcador asociado con la pluripotencia. Sin embargo, a medida que pasaba el tiempo, los niveles de este marcador disminuyeron, mientras que los niveles de expresión de genes asociados con la meiosis aumentaron en consecuencia.

#Comparando con Células In Vivo

Para ver cómo se comparaban nuestras células inducidas con células meióticas naturales, creamos un modelo de referencia usando datos de tejidos gonadales fetales y adultos. Luego, verificamos dónde encajaban nuestras células tratadas en este modelo. Resultó que la mayoría de nuestras células se asemejaban más a células meióticas de los ovarios que a las de los testículos, lo cual era algo esperado dado la naturaleza de las hiPSCs utilizadas.

#Conclusión

Nuestro enfoque ofrece una manera confiable y rápida de inducir la meiosis en células humanas dentro de un entorno controlado. El enfoque del método en sobreexpresar factores específicos junto con reducir los efectos inhibitorios ha demostrado ser eficaz para generar células meióticas. Aunque logramos resultados prometedores, la eficiencia de producción de células meióticas en etapas tardías sigue siendo un desafío. El trabajo futuro podría implicar técnicas más precisas en el control de la expresión génica o integrar células inducidas en sistemas que imiten mejor el entorno natural de los germinativos en el cuerpo.

Al facilitar el estudio de la meiosis humana, esta técnica abre numerosas posibilidades para la investigación y aplicaciones en medicina, incluidos tratamientos potenciales para la infertilidad y la comprensión de variaciones genéticas en la reproducción humana. A medida que la investigación avanza, hay esperanza de que estos avances iluminen aún más las complejidades de la reproducción humana y lleven a nuevos avances médicos.