Por qué heredamos parte del ADN solo de la madre biológica

El ADN contenido en el núcleo de las células de cada individuo – el que determina algunos de los rasgos básicos de esa persona - se hereda en partes iguales del padre y de la madre biológicos. Sin embargo, hay ADN en otra parte de la célula que sólo se hereda de la madre y no del padre. Este se encuentra en las mitocondrias, unos orgánulos que actúan de fábrica de energía de la célula y que causan enfermedades raras y degenerativas cuando no funcionan.

 Hasta ahora, no se entendía cómo era posible que eso ocurriera. Pero un estudio publicado en 'Nature Genetics' ha desvelado el mecanismo que impide que se herede el ADN mitocondrial paterno.

Las mitocondrias son unos orgánulos de la célula que jugaron un papel crucial en la evolución. Hace dos mil millones de años la Tierra sufrió un cambio climático que modificó su atmósfera: pasó de estar saturada de azufre a estarlo de oxígeno. Muchos organismos no podían vivir con este gas, pero había unas bacterias que sí lo podían explotar.

Estas bacterias penetraron en otras células y les proporcionaron la energía necesaria para agregarse y formar organismos pluricelulares. Las mitocondrias son lo que queda de esas bacterias en las células actuales. Hoy, siguen monopolizando la producción de energía de la célula.

Enfermedades raras y neurodegenerativas

Disfunciones en el ADN mitocondrial producen enfermedades raras graves, que pueden llevar a la muerte en los primeros años de vida. Y hay pruebas sólidas de que también funcionan mal en las neuronas de pacientes con enfermedades neurodegenerativas.

 Las mitocondrias han mantenido en su interior algo del ADN de las antiguas bacterias de las cuales derivan. Este ADN se transmite por herencia junto al del núcleo, pero eso ocurre solo de la madre al hijo biológico.

 De hecho, el ADN mitocondrial, que se suele conservar bien, se ha usado para identificar las familias de desaparecidos en América Latina o de víctimas del franquismo, pero sólo en la línea materna.

 Que en los hijos no quede traza del ADN mitocondrial de sus padres biológicos era hasta poco un misterio. Tanto los óvulos como los espermatozoides tienen mitocondrias, así que ¿por qué se hereda sólo la contribución de los primeros?

 El último trabajo ha revelado algo inesperado: los espermatozoides no tienen ADN en sus mitocondrias. Ello ha sido posible gracias a una técnica puesta a punto por los autores (la PCR digital, que permite contar el número absoluto de copias de ADN presentes en una célula, al contrario de la PCR tradicional).

 “Repetimos la prueba siete u ocho veces, porque no nos podíamos creer el resultado”, relata Ramon Trullàs, investigador del Institut d’Investigacions Biomèdiques de Barcelona (IIBB-CSIC) y coautor del trabajo. La ausencia de este ADN crucial para generar energía podría explicar por qué los espermatozoides viven durante tan poco tiempo, entre dos y cuatro días.

La proteína TFAM

 Después, los autores dieron con el mecanismo con el cual el ADN desaparece de las mitocondrias de los espermatozoides. En las otras células, se produce una proteína (llamada TFAM) que penetra en las mitocondrias y replica su ADN.

 Pero durante la producción de los espermatozoides, esta molécula sufre una sutil modificación química que impide que penetre en las mitocondrias. En consecuencia, a medida que se van formando los espermatozoides, su ADN mitocondrial va desapareciendo del todo.

 “Es un hallazgo sorprendente. Se sabía que el material genético mitocondrial se hereda sólo de la madre pero no se sabía cómo ocurría”, comenta Yolanda Cámara, investigadora en enfermedades mitocondriales de Vall d’Hebron Institut de Recerca (VHIR), no implicada en el trabajo.

 ¿Por qué la evolución habría seleccionado un mecanismo tan refinado para evitar la herencia paterna? “No se sabe. La hipótesis es que la mezcla de dos tipos de ADN mitocondrial puede ser fatal”, explica Trullàs. Este ADN se replica muchísimo, lo que aumenta la probabilidad de que sufra mutaciones. Si además de ello las células contuvieran dos patrones distintos, el número de mutaciones sería demasiado alto.

Óvulo versus espermatozoide

 Y ¿por qué la evolución ha optado por transmitir el ADN de la madre y no el del padre? También en este caso, solo se barajan hipótesis. “El óvulo tiene una cantidad enorme de copias de ADN mitocondrial, en comparación con el espermatozoide, probablemente porque necesita mucha energía para generar el embrión”, explica Trullàs. Eso podría explicar por qué la simetría se rompió a favor de la madre.

 De hecho, podría ser que los espermatozoides más exitosos en la fecundación fueran precisamente aquellos que mejor eliminan su ADN mitocondrial.

 El hallazgo aclara una pregunta básica sobre el funcionamiento de la vida, pero también podría tener aplicaciones. Por ejemplo, algunos casos de infertilidad masculina están asociados precisamente con niveles elevados de ADN mitocondrial en el esperma.

 “La función mitocondrial está asociada con el envejecimiento y las enfermedades degenerativas. Es tentador pensar que el mecanismo analizado en este estudio tenga algo que enseñar sobre ello”, afirma Cámara. Ahora Trullàs trabaja en la hipótesis de que la neurodegeneración estaría asociada precisamente a fallos en las fábricas de energía de las neuronas.

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