Estudio sobre la influencia del mecanismo de inducción de la línea germinal en la capacidad de reprogramación celular de los ortólogos Pou5f1 y Pou5f3

Abstract

[ES] Los genes Pou5f1 y Pou5f3, los cuales juegan un papel fundamental en el desarrollo embrionario temprano, se originaron por un proceso de duplicación génica. Todas las especies de vertebrados estudiados hasta la fecha contienen en su genoma estos dos ortólogos o, como mínimo, uno de los dos. En ratón, el gen Pou5f1 se expresa en tejidos pluripotentes y en las células germinales. Además, Pou5f1 es clave para reprogramar células somáticas en células pluripotentes inducidas y para mantener el estado pluripotente tanto in vitro como in vivo. La inducción de la línea germinal en metazoos se puede realizar mediante el mecanismo de epigénesis o preformación. Recientemente, un estudio ha sugerido que los genes que participan en el desarrollo embrionario temprano evolucionan más rápidamente en especies con preformación que en especies con epigénesis. A su vez, los autores propusieron que una mayor evolución génica correlacionaba con la adquisición de nuevas funciones y/o pérdida de funciones previas. En el presente Trabajo Final de Grado hemos decidido testar funcionalmente esta hipótesis teórica. Estudios preliminares muestran una mayor tasa de evolución entre los ortólogos Pou5f1 y Pou5f3 presentes en especies con preformación que en aquellos que se expresan en especies con epigénesis. Sin embargo, se desconoce si esta mayor tasa de evolución tiene alguna repercusión funcional. Por ello, nos propusimos investigar si la capacidad de inducción y mantenimiento de la pluripotencia de los ortólogos Pou5f1 y Pou5f3 en vertebrados ha variado durante la evolución en función del mecanismo de inducción de la línea germinal. En este estudio se ha seleccionado una especie representativa de cada clase de vertebrados y, en algunas clases, se han seleccionado especies de varias subclases u órdenes. En total, la capacidad de reprogramación, así como la capacidad de mantenimiento del estado pluripotente, se ha analizado para 26 ortólogos Pou5f1 y Pou5f3. Nuestros resultados demuestran que la mayor tasa de evolución de los ortólogos en especies con preformación conlleva una pérdida del potencial pluripotente en comparación con los ortólogos de especies con epigénesis. Por tanto, podemos concluir que, basándonos en los resultados obtenidos con los genes Pou5f1 y Pou5f3, el mecanismo de especificación de la línea germinal ha sido clave en determinar la capacidad en inducir y mantener pluripotencia durante la evolución de las especies. Esta conclusión debe ser validada con más genes en futuros experimentos.

[EN] The genes Pou5f1 and Pou5f3, which play a central role in early embryonic development, arose from an ancient ancestor through a gene duplication event. Interestingly, some vertebrate lineages have retained both genes in their genomes while in other vertebrates one or the other gene has become extinct. In the mouse model, Pou5f1, that is expressed in pluripotent tissues and in the germ cells, is critical to maintain pluripotency in vitro and in vivo. Furthermore, Pou5f1 is essential for reprogramming somatic cells into induced pluripotent stem cells. In metazoan, there are two germline specification mechanisms, namely epigenesis and preformation. Recently, a study has suggested that genes involved in early embryonic development evolve more rapidly in species with preformation than in species with epigenesis. Furthermore, the authors claimed that an accelerated sequence evolution correlated with the acquisition of new functions and/or loss of previous functions. In the present bachelor’s thesis, we have decided to functionally test this theoretical hypothesis. Preliminary results show that Pou5f1 and Pou5f3 exhibit a faster evolution rate in species with preformation than in species with epigenesis. However, it is unknown whether this faster evolution rate has any functional impact. To this end, we proposed to investigate whether Pou5f1 and Pou5f3 ability to induce and maintain pluripotency has evolved based on the germline specification mechanism. In this study we have selected a representative species from each class of vertebrates and, in some classes, we have selected species from several subclasses or orders. In total, we have assessed 26 Pou5f1 and Pou5f3 orthologs for their potential to reprogram and to maintain pluripotency. Our results show that the higher evolution rate in the preformation orthologs correlates with a loss in their ability to induce and maintain pluripotency in comparison with the epigenesis orthologs. Therefore, we conclude that, based on the study of Pou5f1 and Pou5f3, the germline specification mechanism has been key to define the pluripotency potential during species evolution. Future experiments are required to validate with more genes this conclusion.