Nuove scoperte sul DNA circolare nello sperma

Studi recenti mostrano che alcuni filamenti di DNA chiamati DNAs extrachromosomici (ecDNAs) possono esistere al di fuori della normale struttura dei cromosomi nelle cellule, soprattutto nelle cellule tumorali. Questi filamenti possono autocollegarsi, il che significa che possono formare forme circolari. Di solito si trovano in dimensioni grandi e possono provenire da diverse parti del genoma. Alcuni studi suggeriscono che questi ecDNAs possano trasportare geni che aiutano i tumori a crescere, creare varietà cellulari che aiutano nella resistenza ai farmaci, o addirittura reintegrarsi nel DNA lineare, causando più mutazioni.

È interessante notare che il DNA circolare è stato trovato anche nelle cellule sane, ma in questi casi vengono chiamati DNAs circolari extrachromosomici (EccDNAs) per differenziarli dagli ecDNAs presenti nelle cellule tumorali. Tuttavia, sappiamo meno sugli eccDNAs, specialmente nelle cellule germinali umane, che si sviluppano in spermatozoi e ovuli.

#Nuovo Metodo per Studiare gli eccDNAs

Per saperne di più su questi eccDNAs, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo chiamato PEAR-seq. Questo permette loro di sequenziare sia gli eccDNAs che l'RNA dalle stesse cellule allo stesso tempo. Hanno usato campioni di spermatozoi umani per testare questo metodo. Il DNA degli spermatozoi è stato separato dall'RNA usando una tecnica di purificazione specifica. Poi, il DNA circolare è stato isolato digerendo il DNA lineare con enzimi. Questo aiuta i ricercatori a concentrarsi sulle forme circolari.

Dopo aver preparato i campioni, hanno usato tecniche speciali per esaminare la dimensione e la distribuzione degli eccDNAs. I risultati hanno mostrato che gli eccDNAs provengono da tutto il genoma umano e variano ampiamente in dimensione. Sono stati notati anche alcuni schemi tipici nel DNA.

#Attività Trascrizionale degli eccDNAs negli Spermatozoi

I ricercatori hanno esaminato se questi eccDNAs potessero anche creare RNA, un processo noto come Trascrizione. Hanno scoperto che circa il 19% degli eccDNAs negli spermatozoi conteneva almeno parte di un gene, con quasi il 5% che portava un gene intero. Nelle cellule tumorali, gli ecDNAs possono produrre RNA che aiuta la crescita del cancro, quindi i ricercatori si sono chiesti se lo stesso potesse valere per gli spermatozoi.

Hanno adottato due approcci per vedere se gli eccDNAs negli spermatozoi generassero prodotti RNA unici. Il primo approccio prevedeva la creazione di geni ibridi da due diverse regioni geniche collegate dall'eccDNA. Hanno trovato esempi di questi trascritti genici ibridi nei campioni di spermatozoi, confermando che gli eccDNAs negli spermatozoi possono effettivamente produrre prodotti RNA unici.

Il secondo approccio prevedeva un esame sistematico dell'RNA di due campioni di spermatozoi. I risultati hanno rivelato più eventi di trascrizione, suggerendo che alcuni eccDNAs negli spermatozoi sono effettivamente in grado di produrre RNA.

#Rilevanza Clinica degli eccDNAs negli Spermatozoi

Lo studio ha anche esaminato come la presenza di eccDNAs negli spermatozoi si relaziona a condizioni di salute. Hanno trovato che le persone con Condizioni croniche come l'ipertensione o il diabete avevano più eccDNAs nei loro spermatozoi rispetto agli individui sani. Per assicurarsi che l'età non influenzasse i dati, sono stati confrontati solo campioni di uomini di età compresa tra 30 e 55 anni.

Guardando da vicino, hanno scoperto che gli spermatozoi che subivano una forma di morte cellulare chiamata Apoptosi avevano più eccDNAs rispetto agli spermatozoi sani. Questo suggerisce che un aumento del segnale di apoptosi potrebbe portare a più eccDNAs negli uomini con malattie croniche.

#Meccanismi Dietro la Formazione degli eccDNAs negli Spermatozoi

Per capire perché le malattie croniche portano a più eccDNAs negli spermatozoi, i ricercatori hanno esaminato vari fattori. Hanno trovato che l'apoptosi stava influenzando significativamente la qualità degli spermatozoi nei pazienti diabetici. Esaminando i campioni di testicolo, hanno notato che le vie di segnalazione apoptotiche erano più attive nello spermatozoo dei pazienti diabetici.

Dalle loro analisi, hanno osservato che alcune proteine responsabili della riparazione del DNA erano alterate nei pazienti diabetici. Questo squilibrio potrebbe contribuire alla formazione di più eccDNAs a causa di un aumento del danno al DNA.

#Trasferimento Orizzontale di eccDNAs negli Spermatozoi

I ricercatori si sono anche posti domande su come spermatozoi sani potrebbero acquisire eccDNAs oltre ai processi coinvolti con l'apoptosi. Hanno inizialmente visto che gli spermatozoi sani contenevano alcuni eccDNAs, ma in quantità minori rispetto a quelli che avevano subito apoptosi.

Hanno ipotizzato che la meiosi, un tipo di divisione cellulare necessaria per la produzione di spermatozoi, potesse essere un meccanismo che contribuisce a questa acquisizione. Per esplorare ulteriormente, hanno isolato cellule spermatiche pre-meiotiche e hanno trovato che contenevano quantità simili di eccDNAs rispetto agli spermatozoi maturi.

Questa scoperta suggerisce che ci potrebbe essere un altro modo in cui spermatozoi sani potrebbero ottenere questi DNAs circolari. In particolare, hanno ipotizzato che gli spermatozoi apoptotici potrebbero rilasciare eccDNAs nell'ambiente, che gli spermatozoi sani potrebbero poi assorbire. Per testare questo, hanno condotto esperimenti di co-incubazione. Hanno trovato che gli spermatozoi vivi potevano attivamente assorbire DNA circolare etichettato fluorescentemente, ma solo quando a una temperatura normale, suggerendo un processo dipendente dall'energia.

#Conclusioni e Direzioni Future

In sintesi, questa ricerca getta luce su come funzionano e si formano gli eccDNAs negli spermatozoi umani. La capacità di questi eccDNAs di produrre RNA indica che potrebbero svolgere un ruolo nello sviluppo degli spermatozoi e possibilmente nello sviluppo dell'embrione dopo la fertilizzazione. Inoltre, il legame tra un aumento degli eccDNAs negli spermatozoi e problemi di salute cronici presenta il potenziale per questi marcatori di fungere da indicatori della salute riproduttiva maschile.

Future indagini potrebbero esplorare se gli eccDNAs presenti negli spermatozoi potrebbero essere trasferiti alle generazioni future. Il ruolo degli eccDNAs nel mantenimento della salute degli spermatozoi e le loro implicazioni per la fertilità necessitano anche di ulteriori esami. Espandere la ricerca per includere una gamma più ampia di condizioni di salute e background genetici migliorerà la nostra comprensione del significato degli eccDNAs nella riproduzione umana.