En biología y genética , la línea germinal es la población de células de un organismo multicelular que transmiten su material genético a la progenie ( descendencia ). En otras palabras, son las células que forman el óvulo , el esperma y el óvulo fecundado . Por lo general, se diferencian para realizar esta función y se segregan en un lugar específico lejos de otras células corporales. [1]
Por regla general, esta transmisión ocurre a través de un proceso de reproducción sexual ; típicamente es un proceso que incluye cambios sistemáticos en el material genético, cambios que surgen durante la recombinación , la meiosis y la fertilización, por ejemplo. Sin embargo, existen muchas excepciones en los organismos multicelulares, incluidos procesos y conceptos como diversas formas de apomixis , autogamia , automixis , clonación o partenogénesis . [2] [3] Las células de la línea germinal comúnmente se denominan células germinales . [4] Por ejemplo, los gametos como el esperma o el óvulo son parte de la línea germinal. También lo son las células que se dividen para producir los gametos, llamados gametocitos , las células que los producen, llamados gametogonios , y hasta el cigoto , la célula a partir de la cual se desarrolló el individuo. [4]
En los organismos que se reproducen sexualmente, las células que no están en la línea germinal se denominan células somáticas . Según este punto de vista, las mutaciones , recombinaciones y otros cambios genéticos en la línea germinal pueden transmitirse a la descendencia, pero un cambio en una célula somática no lo será. [5] No es necesario que esto se aplique a los organismos que se reproducen somáticamente, como algunas Porifera [6] y muchas plantas. Por ejemplo, muchas variedades de cítricos , [7] plantas en las Rosáceas y algunas en las Asteraceas , como Taraxacum, producen semillas apomícticamente cuando las células diploides somáticas desplazan el óvulo o el embrión temprano. [8]
En una etapa anterior del pensamiento genético, la distinción entre la línea germinal y la célula somática estaba clara. Por ejemplo, propuso y señaló August Weismann , una célula de la línea germinal es inmortal en el sentido de que forma parte de un linaje que se ha reproducido indefinidamente desde el comienzo de la vida y, salvo accidente, podría continuar haciéndolo indefinidamente. [9] Sin embargo, ahora se sabe con cierto detalle que esta distinción entre células somáticas y germinales es en parte artificial y depende de circunstancias particulares y mecanismos celulares internos como telómeros y controles como la aplicación selectiva de telomerasa en células germinales, células madre y similares. [10]
No todos los organismos multicelulares se diferencian en líneas somáticas y germinales, [11] pero en ausencia de intervención humana técnica especializada, prácticamente todos, excepto las estructuras multicelulares más simples, lo hacen. En tales organismos, las células somáticas tienden a ser prácticamente totipotentes , y durante más de un siglo se sabe que las células de las esponjas se vuelven a ensamblar en nuevas esponjas después de haberlas separado forzándolas a través de un tamiz. [6]
La línea germinal puede referirse a un linaje de células que abarca muchas generaciones de individuos; por ejemplo, la línea germinal que une a cualquier individuo vivo con el hipotético último ancestro común universal , del cual descienden todas las plantas y animales .
Evolución
Las plantas y los metazoos basales como las esponjas (Porifera) y los corales (Anthozoa) no secuestran una línea germinal distinta, lo que genera gametos a partir de linajes de células madre multipotentes que también dan lugar a tejidos somáticos ordinarios. Por lo tanto, es probable que el secuestro de la línea germinal haya evolucionado por primera vez en animales complejos con planes corporales sofisticados, es decir, bilaterales. Hay varias teorías sobre el origen de la distinción estricta entre la línea germinal y el soma. Dejar de lado una población de células germinales aislada al principio de la embriogénesis podría promover la cooperación entre las células somáticas de un organismo multicelular complejo. [12] Otra teoría reciente sugiere que el secuestro temprano de la línea germinal evolucionó para limitar la acumulación de mutaciones deletéreas en genes mitocondriales en organismos complejos con altos requerimientos de energía y tasas rápidas de mutación mitocondrial. [11]
Daño, mutación y reparación del ADN
Las especies reactivas de oxígeno (ROS) se producen como subproductos del metabolismo. En las células de la línea germinal, las ROS son probablemente una causa importante de daños en el ADN que, tras la replicación del ADN , conducen a mutaciones . La 8-oxoguanina , un derivado oxidado de la guanina , se produce por oxidación espontánea en las células de la línea germinal de los ratones, y durante la replicación del ADN de la célula causa mutaciones de transversión de GC a TA . [13] Tales mutaciones ocurren en todos los cromosomas del ratón , así como durante las diferentes etapas de la gametogénesis .
Las frecuencias de mutación de las células en diferentes etapas de la gametogénesis son aproximadamente de 5 a 10 veces más bajas que en las células somáticas, tanto para la espermatogénesis [14] como para la ovogénesis . [15] Las frecuencias más bajas de mutación en las células de la línea germinal en comparación con las células somáticas parecen deberse a una reparación más eficiente del ADN de los daños del ADN, en particular la reparación recombinacional homóloga , durante la meiosis de la línea germinal . [ cita requerida ] Entre los seres humanos, alrededor del cinco por ciento de la descendencia nacida en vivo tiene un trastorno genético, y de estos, alrededor del 20% se debe a mutaciones de la línea germinal de reciente aparición. [14]
Alteraciones epigenéticas
Las alteraciones epigenéticas del ADN incluyen modificaciones que afectan la expresión génica, pero no son causadas por cambios en la secuencia de bases del ADN. Un ejemplo bien estudiado de tal alteración es la metilación del ADN citosina para formar 5-metilcitosina . Esto suele ocurrir en la secuencia de ADN CpG, cambiando el ADN en el sitio CpG de CpG a 5-mCpG. La metilación de citosinas en sitios CpG en regiones promotoras de genes puede reducir o silenciar la expresión génica. [16] Aproximadamente 28 millones de dinucleótidos CpG se encuentran en el genoma humano, [17] y aproximadamente 24 millones de sitios CpG en el genoma del ratón (que es un 86% del tamaño del genoma humano [18] ). En la mayoría de los tejidos de los mamíferos, en promedio, del 70% al 80% de las citosinas CpG están metiladas (formando 5-mCpG). [19]
En el ratón, entre los días 6,25 y 7,25 después de la fertilización de un óvulo por un espermatozoide, las células del embrión se separan como células germinales primordiales (PGC). Posteriormente, estas CGP darán lugar a espermatozoides u óvulos de la línea germinal. En este punto, las PGC tienen altos niveles típicos de metilación. Luego, las células germinales primordiales del ratón se someten a la desmetilación del ADN de todo el genoma , seguida de una nueva metilación posterior para restablecer el epigenoma y formar un óvulo o esperma. [20]
En el ratón, las PGC se someten a desmetilación del ADN en dos fases. La primera fase, que comienza alrededor del día embrionario 8.5, ocurre durante la proliferación y migración de PGC, y da como resultado una pérdida de metilación en todo el genoma , que involucra casi todas las secuencias genómicas. Esta pérdida de metilación se produce por desmetilación pasiva debido a la represión de los componentes principales de la maquinaria de metilación. [20] La segunda fase ocurre durante los días embrionarios 9.5 a 13.5 y causa la desmetilación de la mayoría de los loci específicos restantes, incluidos los genes específicos de la línea germinal y de la meiosis. Esta segunda fase de desmetilación está mediada por las enzimas TET TET1 y TET2, que realizan el primer paso de la desmetilación al convertir 5-mC en 5-hidroximetilcitosina (5-hmC) durante los días embrionarios 9,5 a 10,5. Es probable que a esto le siga una dilución dependiente de la replicación durante los días embrionarios 11,5 a 13,5. [21] En el día embrionario 13.5, los genomas de PGC muestran el nivel más bajo de metilación global del ADN de todas las células en el ciclo de vida. [20]
En el ratón, la gran mayoría de genes expresados diferencialmente en PGC desde el día embrionario 9.5 al 13.5, cuando la mayoría de los genes están desmetilados, están regulados positivamente tanto en PGC masculinos como femeninos. [21]
Tras el borrado de las marcas de metilación del ADN en las PGC de ratón, las células germinales masculinas y femeninas experimentan una nueva metilación en diferentes puntos de tiempo durante la gametogénesis. Mientras experimenta expansión mitótica en la gónada en desarrollo, la línea germinal masculina comienza el proceso de remetilación en el día embrionario 14.5. El patrón de metilación específico de los espermatozoides se mantiene durante la expansión mitótica. Los niveles de metilación del ADN en los ovocitos primarios antes del nacimiento permanecen bajos y la remetilación ocurre después del nacimiento en la fase de crecimiento de los ovocitos. [20]
Ver también
- Agosto Weismann
- Epigenética
- Desarrollo de la línea germinal
- Tecnología de elección germinal
- Barrera de Weismann
Referencias
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