Patrones distintivos de expresión génica y procesamiento postranscripcional durante la espermatogénesis

Abstract

La espermatogénesis es un proceso tremendamente complejo, e involucra la división meiótica (durante la cual ocurren el apareamiento de los cromosomas homólogos y la recombinación o crossing over) y la diferenciación terminal hacia espermatozoides, o espermiogénesis. A nivel transcriptómico, durante la espermatogénesis se expresan el mayor número de genes tejido-específicos de entre todos los tejidos y procesos estudiados, el mayor número de ARNs no codificantes largos (lncRNAs), y una de las más elevadas tasas de splicing alternativo. A pesar de los avances en las tecnologías de secuenciación masiva y anotación genómica, persiste una fracción significativa del transcriptoma espermatogénico que no ha sido caracterizada, lo que sugiere la existencia de genes y transcriptos con funciones potencialmente relevantes en la biología reproductiva. El presente trabajo se centró en la anotación de transcriptos y genes no anotados en el testículo del ratón adulto, un modelo ampliamente utilizado para estudiar la espermatogénesis. Se aplicaron enfoques bioinformáticos específicos para analizar datos de RNA-seq provenientes de cuatro poblaciones celulares testiculares representantes de etapas clave de la espermatogénesis en altísimo grado de pureza, obtenidas por citometría de flujo. Los datos fueron combinados con datos proteómicos para validar la expresión de proteínas derivadas de transcriptos no anotados. A través del análisis se identificaron un total de 33.002 transcriptos no anotados, de los cuales 13.471 correspondieron a lncRNAs no reportados; es posible que, al menos una fracción de ellos, posea funciones regulatorias durante la espermatogénesis. Por otro lado, 2.794 transcriptos presentaron alto potencial codificante, lográndose confirmar 1.949 mediante análisis proteómico. Entre éstos, encontramos 22 genes no anotados que codifican 36 proteínas no reportadas previamente, así como 1.913 variantes de splicing codificantes para “nuevas” isoformas proteicas. Los estudios de RT-PCR e inmunohistoquímica permitieron validar experimentalmente la expresión de variantes codificantes seleccionadas, como una isoforma no reportada de MSH5, que es una proteína esencial para la reparación de roturas de doble hebra y recombinación homóloga durante la meiosis. La localización citoplasmática y patrón de expresión sugieren para esta isoforma, una función diferente de la de su contraparte canónica. Un hallazgo importante es que las etapas de la profase meiótica temprana son particularmente ricas en transcriptos no anotados. Durante estas etapas tempranas, tienen lugar eventos únicos y fundamentales de la meiosis como el alineamiento y apareamiento de los cromosomas homólogos, cuyos fundamentos moleculares aún permanecen en gran parte desconocidos. La identificación de esta gran cantidad de transcriptos no anotados podría representar un paso significativo hacia el avance en la comprensión de estos procesos esenciales y de su regulación, proveyendo una fuente enorme de material para futuros estudios. En conclusión, este estudio amplía el conocimiento del transcriptoma testicular, identificando variantes de splicing y genes no anotados que podrían desempeñar funciones críticas en la espermatogénesis. Estos hallazgos no sólo contribuyen a una mejor comprensión de la biología reproductiva, sino que también abren nuevas perspectivas para investigar mecanismos subyacentes a la infertilidad masculina y otros desórdenes reproductivos.