El genoma es troba altament organitzat (empaquetat) dins les cèl·lules. Aquesta organització tridimensional (3D) és fonamental, ja que determina la regulació de l’expressió gènica.

Un estudi liderat per investigadores de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) ha demostrat en ratolins que l'organització 3D del genoma és extremadament dinàmica durant la formació de les cèl·lules germinals masculines (precursores dels espermatozoides) i que alteracions d'aquesta estructura afecten la fertilitat.

La recerca, publicada en Nature Communications, descriu l’organització 3D del genoma en cèl·lules germinals de poblacions salvatges de ratolí domèstic (Mus musculus domesticus) amb reorganitzacions cromosòmiques, alteracions del genoma que canvien l'estructura dels cromosomes. El treball suposa un avanç significatiu en l'estudi dels mecanismes que generen i regulen l'estructura i funció del genoma durant la formació dels gàmetes (òvuls i espermatozoides). 

Els organismes amb reproducció sexual generen gàmetes haploides -amb un sol joc de cromosomes- a través de dues divisions cel·lulars consecutives precedides d'una sola ronda de replicació del genoma. Durant aquest procés (denominat meiosi) el genoma s’organitza de manera regulada per permetre la recombinació, un mecanisme fonamental que manté la diversitat genètica dels organismes mitjançant l'intercanvi entre cromosomes homòlegs dels progenitors, permetent alhora que els cromosomes resultants es transmetin de manera íntegra, sense alteracions estructurals i/o numèriques, a la següent generació.

“L’estudi mostra que tant la dinàmica de l'organització del genoma durant la formació de gàmetes com la recombinació es veuen afectades per la presència de reorganitzacions cromosòmiques” explica Aurora Ruiz-Herrera, professora del Departament de Biologia Cel·lular, Fisiologia i Immunologia i de l'Institut de Biotecnologia i Biomedicina (IBB) de la UAB, i responsable de la recerca. “Hem detectat que aquestes reorganitzacions afecten la disposició dels cromosomes dins del nucli de les cèl·lules germinals, alterant el patró d'aparellament entre cromosomes homòlegs i la recombinació meiòtica. Són resultats que obren noves vies de recerca sobre els mecanismes genètics responsables de la infertilitat”. 

“Els resultats evidencien la importància del context genòmic tridimensional en què succeeix la recombinació, on factors com les reorganitzacions modelen la pròxima generació d'una espècie”, explica Covadonga Vara, investigadora del grup coordinat per Aurora Ruiz-Herrera i coautora del treball.

Determinar els mecanismes que generen i regulen l'estructura i funció del genoma durant la formació dels gàmetes és fonamental, ja que la desregulació d'aquest procés pot provocar malalties com la infertilitat i l'alteració del nombre de cromosomes, com la trisomia 21, assenyalen les investigadores.

En l'estudi, liderat per la UAB (Departament de Biologia Cel·lular, de Fisiologia i d’Immunologia i Departament de Biologia Animal, de Biologia Vegetal i d’Ecologia), també han participat equips de recerca del Centre Nacional d'Anàlisi Genòmica del Centre de Regulació Genòmica (CNAG-CRG), Sequentia Biotech i Cornell University (EUA).

Cèl·lula germinal (espermatòcit) de ratolí amb reorganitzacions cromosòmiques. Autores: Covadonga Vara i Aurora Ruiz-Herrera, UAB.

Referència: Vara, C., Paytuví-Gallart, A., Cuartero, Y., Álvarez-González, L., Marín-Gual, L., Garcia, F., Florit-Sabater, B., Capilla, L., Sanchéz-Guillén, R.A., Sarrate, Z., Cigliano, R.A., Sanseverino, W., Searle, J.B., Ventura, J., Marti-Renom, M.A., Le Dily, F. & Ruiz-Herrera, A. The impact of chromosomal fusions on 3D genome folding and recombination in the germ line. Nature Communications volume 12, Article number: 2981 (2021) https://www.nature.com/articles/s41467-021-23270-1