1 de junio de 2023

ALTERACIONES EN EL EPIGENOMA DE LAS CÉLULAS GERMINALES MASCULINAS INDUCIDAS POR LA COCAÍNA Y SU POSIBLE ROL EN LA HERENCIA EPIGENÉTICA

Dra. CANDELA GONZALEZ, Investigadora Adjunta CONICET, y Dr. GASTON BARBERO, Investigador Asistente CONICET. LABORATORIO: EPIGENÉTICA DE GAMETAS Y TOXICOLOGÍA TRANSGENERACIONAL – ININFA-UBA-CONICET. https://ininfa-uba.conicet.gov.ar/laboratorio-de-epigenetica-y-genomica-funcional/

Resumen del seminario
 El estilo de vida paterno como el consumo de drogas de abuso, la dieta o distintos tipos de traumas, se manifiesta en cambios epigenéticos transportados por los espermatozoides que inducen una reprogramación del desarrollo de la progenie, modificando parámetros neuroconductuales, metabólicos y de respuesta al estrés. En particular, el consumo de cocaína ha sido asociado con procesos de toxicidad testicular y alteraciones de la función reproductiva masculina, pero poco se conoce sobre su mecanismo de acción en el testículo y la posible generación de alteraciones epigenéticas funcionales que podrían ser transmitidas a la descendencia. Por lo anterior, surge la necesidad de estudiar el efecto de la cocaína y el rol del sistema dopaminérgico local sobre el epigenoma de la línea germinal paterna, y analizar las modificaciones post-traduccionales (PTMs) específicas de H3/H4 y enzimas claves encargadas de su balance.

Resultados discutidos

  • En la histología testicular de ratones adultos jóvenes de la cepa C57BL/6 tratados con 3 inyecciones de cocaína durante 14 días, se observaron cambios en los parámetros morfométricos como disminución en el volumen de los túbulos seminíferos y aumento en los intersticios. En estos ratones tratados con cocaína se observó una disminución de las espermatogonias basales (células DAZL positivas) y un aumento en la peroxidación lipídica a nivel testicular.
  • Mediante inmunohistoquímica en el modelo animal anterior, se observó un aumento en la expresión de la tirosina hidroxilasa (TH) dentro de los túbulos seminíferos de las células germinales meióticas tras el tratamiento con cocaína.
  • Se observó la expresión del receptor de dopamina tipo 1 (DRD1A) en células de Leydig, en el intersticio y en espermatogonias basales en el túbulo seminífero, y del receptor de dopamina tipo 2 (DRD2) en células de Leydig y en el intersticio. El tratamiento con cocaína en este modelo animal disminuyó la expresión de DRD1A y DRD2 a nivel testicular.
  • Análisis bioinformáticos permitieron plantear la acción de las catecolaminas como posibles mediadores entre las respuestas de estrés paterno y las alteraciones de las marcas epigenéticas durante la espermatogénesis.
  • A partir de ratones de la cepa C57BL/6 tratados con 3 inyecciones de cocaína durante 14 días, se aislaron las células germinales mediante swim-up. En estas células se encontró una disminución en las siguientes Histonas Deacetilasas Clase I (HDACI): Hdac1, Hdac2, Hdac3, Hdac8 y un aumento en la acetilación de las histonas 3 y 4 (H3ac y H4ac; respectivamente).
  • La cocaína generó un desbalance entre las enzimas metilasas y desmetilasas en las células germinales. En ratones tratados con cocaína se observó un aumento de la enzima Dnmt3b (importante para establecer patrones nuevos de metilación durante la espermatogénesis), y una disminución en Tet1. También se observó un aumento de la concentración de 5-mC en el ADN de células germinales y de los espermatozoides.
  • Mediante análisis de perfiles de RNA-seq de células germinales masculinas, transcriptomas de espermatozoides maduros y Ribo-seq del embrión de una célula, obtuvieron los perfiles principales de enzimas epigenéticas (HATs y HDACs) a lo largo de la espermatogénesis. Este estudio sugiere que el ARNm de enzimas derivadas del padre coopera con factores maternos para el ensamblaje de la cromatina del embrión. Señala que hay varias enzimas modificadoras de histonas aún no descritas en la espermatogénesis. Finalmente, plantea que las enzimas epigenéticas no solo pueden responder a los factores estresantes ambientales, sino que también podrían funcionar como vectores de información epigenética y participar en la organización de la cromatina durante la transición materno-cigótica.

Relevancia Patológica
 Hábitos en el estilo de vida del padre como el alcoholismo, tabaquismo y consumo de drogas, tienen consecuencias sobre la fertilidad, el desarrollo embrionario y la salud de la descendencia.

  • Distintos estresores ambientales pueden inducir alteraciones epigenéticas, las cuales son transportadas por los espermatozoides al momento de la fertilización, tienen la capacidad de persistir durante la embriogénesis y así inducir una reprogramación en el desarrollo de la progenie, modificando parámetros metabólicos y neuroconductuales.
  • El estrés crónico, los hábitos alimenticios, la edad, el abuso de drogas y bebidas alcohólicas están relacionados con el desarrollo de diabetes, obesidad, síndromes metabólicos, enfermedades cardiovasculares, desórdenes mentales; entre otros, no solo en el progenitor, sino también en la progenie.
  • Existe una alta prevalencia del consumo de cocaína en hombres en edad reproductiva a nivel mundial, y se ha observado que esta droga altera el epigenoma testicular, teniendo efectos negativos en la progenie.

 

Papers relevantes

Psychostimulant-Induced Testicular Toxicity in Mice: Evidence of Cocaine and Caffeine Effects on the Local Dopaminergic System. Candela R. González,# 1 Betina González,# 2 María E. Matzkin, 3 Javier A. Muñiz, 2 Jean Lud Cadet, 4 Edgar Garcia-Rill, 5 Francisco J. Urbano, 6 Alfredo D. Vitullo, 1 and Veronica Bisagno 2

Transcriptome profiling of histone writers/erasers enzymes across spermatogenesis, mature sperm and pre-cleavage embryo: Implications in paternal epigenome transitions and inheritance mechanisms. Gastón Barbero 1, Maximiliano G de Sousa Serro 2, Camila Perez Lujan 2, Alfredo D Vitullo 1, Candela R González 1, Betina González 2.

Dopamine Receptor D1 Contributes to Cocaine Epigenetic Reprogramming of Histone Modifications in Male Germ Cells. Betina González 1, Samanta N Gancedo 1, Sahira A Janeir Garazatua 2, Eduardo Roldán 3, Alfredo D Vitullo 2, Candela R González 2

Cocaine alters the mouse testicular epigenome with direct impact on histone acetylation and DNA methylation marks. Betina González 1, Camilo R Gambini Pantoja 1, Maximo H Sosa 1, Alfredo D Vitullo 2, Verónica Bisagno 1, Candela R González 3

Exploring the Stress Impact in the Paternal Germ Cells Epigenome: Can Catecholamines Induce Epigenetic Reprogramming?. Candela R. González1 and Betina González2*