Desvelen l'organització 3D del genoma en les cèl·lules germinals masculines

10/07/2019

El codi de la vida (genoma) no és només una lineal seqüència de lletres, sinó que es troba organitzat (empaquetat) en una estructura denominada cromatina dins de les cèl·lules. Aquesta organització tridimensional del genoma és fonamental, ja que determina quins gens s’“encenen” i quins s’“apaguen” en cada tipus cel·lular.

Un nou estudi liderat per científics de la UAB i del CNAG-CRG i publicat en Cell Reports ha revelat l'organització tridimensional del genoma en cèl·lules germinals masculines. El treball, realitzat en ratolins, mostra que aquesta organització és extremadament dinàmica durant la formació de les cèl·lules germinals (precursores dels gàmetes) i que aquest dinamisme està acoblat amb la regulació de l'expressió gènica i la localització de proteïnes estructurals com són les cohesines.

Tots els organismes amb reproducció sexual generen gàmetes (òvuls i espermatozoides) haploides -amb un sol joc de cromosomes- mitjançant dues divisions cel·lulars consecutives precedides d'una sola ronda de replicació del genoma. Aquest procés es denomina meiosi i implica que el genoma ha d'empaquetar-se i desempaquetar-se de forma precisa i altament regulada durant aquests dos processos de divisió cel·lular.

“El nostre treball mostra la dinàmica de l'organització del genoma durant la formació de gàmetes masculins, comparant els canvis d’empaquetament de la cromatina i la seva associació amb la transcripció gènica al llarg de la meiosi”, explica la coordinadora de l'estudi, Aurora Ruiz-Herrera, investigadora del Departament de Biologia Cel·lular, Fisiologia i Immunologia i de l'Institut de Biotecnologia i Biomedicina (IBB) de la UAB, on dirigeix el grup de recerca en Genòmica Animal. “Així, hem demostrat l'existència de diferents graus d'empaquetament del genoma i la seva relació amb les cohesines. Y com aquest procés determina, en última instància, la funció de les cèl·lules germinals masculines. Els resultats obren noves vies de recerca sobre els mecanismes moleculars que regulen aquests canvis”.

“Aquest estudi ha estat possible només amb la combinació de tècniques complementàries en biologia com són la genètica molecular, la imatge per microscòpia i les simulacions computacionals. Veritablement, un treball multidisciplinari”, explica Marc A. Marti-Renom, investigador ICREA i cap del grup de Genòmica Estructural del CNAG-CRG i colíder del treball.

El treball suposa un avenç significatiu en l'estudi dels mecanismes que generen i regulen l'estructura i funció del genoma durant la formació dels gàmetes -òvuls i espermatozoides-. Determinar aquests mecanismes és fonamental, ja que la desregulació d'aquest procés pot provocar malalties com la infertilitat i l'alteració del nombre de cromosomes, com per exemple la trisomia 21.

La recerca representa també un exemple de com d’ important és la sinergia d'especialistes en diferents àrees com la biologia cel·lular i molecular, la genòmica i la bioinformàtica per avançar en el nostre coneixement de la regulació i estructura del genoma, assenyalen els científics. En l'estudi han participat 7 equips de recerca, incloent la UAB, el CNAG-CRG, el CSIC-Universitat de Salamanca, Sequentia Biotech i la University of New South Wales de Sydney (Austràlia).

L'estudi forma part de la tesi doctoral que duu a terme Covadonga Vara a l’IBB-UAB sota la direcció d'Aurora Ruiz-Herrera. Ha estat finançat pel Ministeri d'Economia, Indústria i Competitivitat, la Generalitat de Catalunya (AGAUR), l'Instituto de Salud Carlos III, la Junta de Castella i Lleó, el Consell Europeu de Recerca (ERC) i el Programa Horitzó 2020.



Grup de recerca en Genòmica Animal (UAB). De esquerra a dreta: Xing Lou, Ainoa Justicia, Covadonga Vara, Lucía Álvarez, Laia Marin, Blanca Lucas, Olatz Arnold i  Aurora Ruiz-Herrera (coordinadora del estudi).

Referència: C. Vara, A. Paytuví-Gallart, I. Cuartero et al. Three-Dimensional Genomic Structure and Cohesin Occupancy Correlate with Transcriptional Activity during Spermatogenesis. Cell Reports 28, 1-16 (2019). DOI: 10.1016/j.celrep.2019.06.037