La meiosis es uno de los eventos más importantes, altamente rígidos y conservados evolutivamente en los organismos eucariotas, y es esencial para la gametogénesis, la reproducción sexual, la integridad del genoma y la diversidad genética 1,2,3. En los mamíferos, las células germinales experimentan dos divisiones celulares sucesivas, meiosis I y II, después de una sola ronda de replicación del ADN. A diferencia de las cromátidas hermanas en la mitosis, los cromosomas homólogos duplicados se emparejan y segregan en dos células hijas durante la meiosis I 4,5. En la meiosis II, las cromátidas hermanas se separan y segregan para formar gametos haploides sin replicación del ADN6. Los errores en cualquiera de las dos divisiones meióticas, incluyendo defectos de ensamblaje del huso y segregación cromosómica, pueden resultar en la pérdida de gametos, esterilidad o síndromes de aneuploidía 7,8,9.
Los estudios acumulados han demostrado que los motores de la familia de las quinesinas desempeñan un papel crucial en la regulación de la alineación y segregación cromosómica, el ensamblaje del huso, la citocinesis y la progresión del ciclo celular en células mitóticas y meióticas10,11,12. La quinesina-7 CENP-E (proteína Centromérica E) es un motor cinetocoro dirigido al extremo adicional requerido para el congreso cromosómico, el transporte y la alineación de cromosomas, y la regulación del punto de control del ensamblaje del huso en la mitosis 13,14,15,16,17,18. Durante la meiosis, la inhibición de CENP-E por el inhibidor específico GSK923295 conduce a la detención del ciclo celular, desalineación cromosómica, desorganización del huso e inestabilidad del genoma en células espermatogénicas19. Los patrones de localización y la dinámica de CENP-E en los centrómeros de los espermatocitos en división indican que CENP-E interactúa con las proteínas cinetocoros para el ensamblaje secuencial de centrómeros durante la meiosis I20,21. En ovocitos, CENP-E es necesario para la alineación cromosómica y la realización de la meiosis I13,22,23. La inyección de anticuerpos o morfolino de CENP-E da como resultado cromosomas desalineados, orientación anormal del cinetocoro y detención de la meiosis I tanto en ovocitos de ratón como de Drosophila 23. En comparación con las funciones esenciales de CENP-E en la mitosis, las funciones y mecanismos de CENP-E en la meiosis siguen siendo en gran parte desconocidos. Los mecanismos detallados de CENP-E en el congreso cromosómico y la estabilidad del genoma en células meióticas masculinas aún no se han aclarado.
La espermatogénesis es un proceso fisiológico complejo y duradero, que implica la proliferación secuencial de espermatogonias, la meiosis y la espermiogénesis. Por lo tanto, todo el proceso es extraordinariamente difícil de reproducir in vitro en mamíferos y otras especies24,25. Es imposible inducir la diferenciación de los espermatocitos después de la etapa de paquiteno in vitro. Los estudios sobre las divisiones meióticas masculinas se han limitado generalmente a análisis experimentales de la profase meiótica temprana25,26. A pesar de muchos esfuerzos tecnológicos, incluyendo el cultivo a corto plazo de espermatocitos27,28 y los métodos de cultivo de órganos25, existen pocos métodos efectivos para estudiar la división meiótica masculina. Además, la eliminación genética de genes esenciales generalmente resulta en una detención del desarrollo y letalidad embrionaria. Por ejemplo, los embriones de ratón que carecen de CENP-E no se implantan y no pueden desarrollarse más allá de la implantación29, lo que es un obstáculo en los estudios mecanicistas de CENP-E en la meiosis. En conjunto, el establecimiento de un sistema práctico y factible para estudiar la división meiótica masculina puede promover en gran medida el campo de investigación de la meiosis.
El inhibidor permeable a las células pequeñas es una herramienta poderosa para estudiar los motores de quinesina en la división celular y los procesos de desarrollo. El inhibidor alostérico, GSK923295, se une específicamente al dominio motor CENP-E, bloquea la liberación de ADP (difosfato de adenosina) y finalmente estabiliza las interacciones entre CENP-E y los microtúbulos30. En este estudio, se presenta un modelo de ratón de inhibición in vivo mediante cirugía abdominal e inyección testicular de GSK923295. La inhibición de CENP-E da lugar a una desalineación cromosómica en la metafase I de los espermatocitos primarios. Además, la inhibición de CENP-E conduce a la detención meiótica de los espermatocitos y la interrupción de la espermatogénesis. Se describen una serie de protocolos para el análisis de espermatocitos y se pueden aplicar para observar microtúbulos fusiformes meióticos, cromosomas homólogos y orgánulos subcelulares en espermatocitos. Nuestro método de inhibición in vivo es un método eficaz para los estudios de división meiótica y espermatogénesis.