CAMINANDO ENTRE BLASTÓMERAS Estudio del retroelemento LINE-1 en embriones humanos José Luis Cortés 1 Martín Muñoz-López 2 Santiago Morell 2 José Luis García-Pérez 2 1 Eppendorf Iberica SLU 2 Centro Pfizer-Universidad de Granada-Junta de Andalucía de Genómica e Investigación Oncológica (GENYO) Cuando en noviembre de 1998, el grupo estadounidense liderado por James Thomson publicó los datos sobre la derivación de una línea de células madre embrionarias humana (hescs, siglas inglesas de human embryonic stem cells) a partir de un blastocisto en fase de preimplantación, se abrió una puerta de esperanza para la curación de enfermedades hasta ahora incurables (Thomson y cols. 1998). Pero no sólo se postularon este tipo de expectativas, también se abría una puerta a la utilización de los embriones congelados sobrantes de las técnicas de fecundación in vitro (FIV), en las clínicas de reproducción, tanto en el ámbito público como el privado. Este hallazgo hizo que en nuestro país, España, se necesitara de una legislación que regulara el uso de estos embriones congelados para la investigación. La legislación en España respecto al uso de embriones humanos sobrantes de ciclos de FIV está actualmente regulada por la Ley 14/2006 sobre técnicas de reproducción asistida, y por la Ley 14/2007, sobre investigación biomédica. En nuestra interpretación de estas leyes, la pareja sometida a un ciclo de FIV puede dar destino final a aquellos embriones sobrantes que se encuentren crioconservados en nitrógeno líquido, independientemente del tiempo de congelación, siempre bajo consentimiento informado de la pareja, o mujer en su caso. Entre los destinos que se publican en estas leyes está la utilización de los embriones para investigación.
Durante estos últimos diez años, el Banco Nacional de Líneas Celulares (BNLC), apoyado por el Instituto de Salud Carlos III, ha depositado numerosas líneas hesc derivadas en diferentes centros de investigación españoles. Actualmente, la Comunidad Científica está de acuerdo en que el número de líneas de hesc es ya considerable para poder hacer proyectos en investigación biomédica, y se han interrumpido los programas de derivación de este tipo de líneas celulares a partir de embriones sobrantes de ciclos FIV. Además, con el descubrimiento de las células pluripotentes inducidas (ipscs, siglas inglesas de induced pluripotent stem cells), ya no es necesaria la utilización de estos embriones sobrantes para obtener células indiferenciadas que se comportan como la hescs (Takahashi y Yamanaka. 2006). Por tanto, actualmente, las clínicas de reproducción vuelven a tener problemas con el almacenaje de un gran número de embriones sobrantes de los ciclos FIV. En estas páginas queremos explicar brevemente un destino alternativo a estos embriones, muy diferente al campo de las células madre, como ejemplo de que este material biológico es fuente y materia prima para poder investigar más sobre nuestro genoma y nuestra embriología. Nosotros, en nuestro proyecto de investigación, estamos estudiando el papel del retroelemento LINE-1 en estos embriones humanos. Una de las mayores sorpresas encontradas tras la finalización de la secuenciación del genoma humano, fue que tan solo un 3% de nuestro genoma codifica genes (Lander et al., 2001). De hecho, la mayoría de nuestro ADN carece de capacidad codificante, aunque es clave para la regulación del funcionamiento del genoma. Dentro del 97% del genoma no codificante, un 50% está formado por secuencias repetidas. Algunas de estas secuencias repetidas poseen la capacidad de moverse y replicarse dentro del genoma, y son denominadas Elementos Genéticos Móviles o TE (Transposable Elements). Los únicos elementos genéticos móviles activos en la actualidad son los retrotransposones no-ltr (sin secuencias terminales repetidas, Long Terminal Repeats) (Beck et al., 2011). Su movilidad se produce a través de un ARN intermediario mediante la actividad de una enzima Reverso Transcriptasa (RT) (Beck et al., 2011).
De acuerdo con la teoría de Darwin, se especuló que la presencia de los elementos móviles en los genomas podía aportar alguna ventaja a los organismos. Anteriormente, en los años 80, se propuso que la expansión de estos elementos podía deberse únicamente a su capacidad para replicarse dentro de los genomas. Su capacidad de replicarse les proporciona una ventaja con respecto a otros genes a la hora de transmitirse de una generación a otra, lo que hizo que se empezaran a considerar como DNA egoísta y parásito, que carecía de utilidad para el hospedador y de importancia en su evolución. En definitiva, fueron considerados como DNA basura ( junk DNA ). Entre los retrotransposones no-ltr activos en humanos nos encontramos con los elementos LINE-1 (Long INterspersed Elements 1) o L1, que constituyen un 17% del genoma. Una sola célula humana posee 500.000 elementos LINE-1, aunque tan solo una pequeña fracción de estos es activa en la actualidad. De hecho, mediante el uso de un genoma de referencia humano se ha determinado que cada individuo posee entre 80 y 100 elementos LINE-1 activos en su genoma. Los elementos activos LINE-1 tienen la capacidad de replicarse activamente y están distribuidos en todos los cromosomas (Lander et al., 2001). Dada su movilidad, tienen capacidad de integrarse dentro de genes, lo que puede resultar en la aparición de enfermedades como Hemofilia, Distrofia, Cáncer, etc. (Beck et al., 2011). Profundizando en estos aspectos, todas estas características han hecho de los elementos móviles unos aliados valiosos para la evolución de los seres vivos; sin embargo, son estas mismas capacidades las que los convierten en un riesgo para los individuos, ya que su movilización en áreas críticas para el funcionamiento correcto de la célula pueden conducir a la muerte de ésta, o a la pérdida de capacidades necesarias para el desarrollo adecuado del individuo. Precisamente es este último aspecto el que da una gran relevancia a su estudio en el campo de la Biomedicina, ya que la actividad de estos elementos puede ser la causa de una enfermedad genética. En humanos, el primer investigador que describió este fenómeno fue el Dr. Haig Kazazian en el año 1988; encontró que una inserción del retrotransposón LINE-1 en un exón del gen del factor VIII era causante de
hemofilia A (Kazazian, 1988). Otro ejemplo de patología humana que puede ser causada por la inserción de un retrotransposón lo encontramos en la distrofia muscular de Duchenne (Miciak, 1992). Desde entonces, se han caracterizado cerca de 100 enfermedades genéticas en seres humanos asociadas a la movilidad de LINE-1. Se estima que uno de cada 35 individuos posee en su genoma una nueva inserción de LINE-1 (Ewing y Kazazian, 2010), y nuestro grupo de investigación recientemente demostró que estas inserciones se acumulan en estadios tempranos del desarrollo (van den Hurk y cols. 2007). Sin embargo, no se conoce cuando exactamente LINE-1 comienza a remodelar el genoma humano (Muñoz- López y García-Pérez. 2010). En nuestro proyecto, nosotros estamos intentando averiguar la expresión endógena y la movilización durante el periodo preimplantacional de los embriones humanos. Nosotros queremos demostrar que el RNAm del L1 y sus proteínas están expresadas en los estadios de la embriogénesis preimplantacional (del embrión de 2 blastómeras hasta el blastocisto). En nuestro proyecto nosotros queremos también desarrollar una metodología de secuenciación para caracterizar eventos nuevos de retrotransposición en embriones humanos, así como un estudio de análisis de las blastómeras y células de la masa celular interna, biopsiadas individualmente, con ayuda de un sistema completo de micromanipulación (Eppendorf, Germany). Estamos en vías de demostrar que el cuerpo humano está constituido por un mosaico de genomas debido a la actividad de los elementos LINE-1, empezando esta actividad de forma muy temprana tras la fertilización. La intención de estos párrafos no es profundizar en algo tan complejo como es comprender el mecanismo de actuación de estos elementos LINE-1. Quizás, para un embriólogo, ginecólogo, o demás especialistas de reproducción quede muy lejos de su entendimiento. El motivo es poder dar algo de luz al gran problema que sigue existiendo en los centros de reproducción asistida, con la búsqueda de un destino final a los embriones congelados, que se van acumulando en los tanques de nitrógeno líquido de estos centros.
El destino de los embriones a la investigación es, junto con la crioconservación de los mismos hasta el fin de la edad fértil de la mujer, los dos más elegidos por los pacientes cuando son consultados por el especialista y firman el consentimiento informado. Desde aquí queremos hacer un llamamiento a los vocales y responsables de la Comisión de Reproducción Asistida en España, para que agilicen los trámites para poder comenzar proyectos de investigación con embriones humanos sobrantes de técnicas de FIV, lejos de tener que ver con las células madre o la clonación, que tanta controversia ética generan en la sociedad, pero que durante los últimos años han sido muy mediatizadas, por su futura aplicación en biomedicina. Con proyectos de esta índole buscamos conocimientos sobre el embrión preimplantatorio en sí, estructura biológica de la que queda mucho por conocer, y que podrían tener su aplicación en el estudio de diversas enfermedades congénitas, y por qué no, también en la mejora de las técnicas actuales de FIV.
BIBLIOGRAFIA - Beck CR, Garcia-Perez JL, Badge RM, Moran JV. 2011. LINE-1 elements in structural variation and disease. Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. 12:187 215. - Ewing AD, Kazazian HH Jr. 2010. High-throughput sequencing reveals extensive variation in humanspecific L1 content in individual human genomes. Genome Res. 20:1262 70. - Kazazian HH. 1998. Mobile elements and disease. Jr Curr. Opin. Genet. Dev. 8, 343 350. - Lander ES, Linton LM, Birren B, Nusbaum C, Zody, MC, Baldwin J, Devon K, Dewar K, Doyle M, Fitz-Hugh W et al. 2001. Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature 409, 860 921. - Miciak A, Keen A, Jadayel D, Bundey S. 1992. Multiple mutation in an extended Duchenne muscular dystrophy family. J Med Genet. 29(2):123-6. - Muñoz-López M, García-Pérez JL. 2010. DNA transposons: nature and applications in genomics. Curr Genomics. 11(2):115-28. - Nouaud D, Anxolabéhère D. 1997. P element domestication: a stationary truncated P element may encode a 66-kDa repressor-like protein in the Drosophila montium species subgroup. Mol Biol Evol. 14(11):1132-44. - Takahashi K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell 2006; 126: 663-76. - Thomson JA, Itskovitz-Eldor J, Shapiro SS, Waknitz MA, Swiergiel JJ, Marshall VS, Jones JM. Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts. Science. 1998; 282: 1145-47. - van den Hurk JA, Meij IC, Seleme MC, Kano H, Nikopoulos K, et al. 2007. L1 retrotransposition can occur early in human embryonic development. Hum. Mol. Genet. 16:1587 92.