Desvelan la organización 3D del genoma en las células germinales masculinas

Desvelan la organización 3D del genoma en las células germinales masculinas
Célula germinal (espermatocito) de ratón en 3D obtenida utilizando un microscopio de fluorescencia en la que se muestran los ejes proteicos de los cromosomas (verde) y el ADN (azul). El área teñida en rojo muestra la localización de los cromosomas sexuales (X e Y), los cuales tienden a posicionarse en la periferia del núcleo de la célula. La barra indica la medida de 10 micras. Autora: Covadonga Vara, UAB.

Un estudio liderado por la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) y el Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG-CRG) del Centro de Regulación Genómica (CRG) desvela la organización tridimensional del genoma en las células germinales masculinas y cómo dicha organización determina su función. El trabajo, publicado en la revista Cell Reports, representa un importante avance en la comprensión de la regulación génica en la formación y maduración de los gametos. 

10/07/2019

El código de la vida (genoma) no es sólo una lineal secuencia de letras, sino que se encuentra organizado (empaquetado) en una estructura denominada cromatina dentro de las células. Esta organización tridimensional del genoma es fundamental, ya que determina qué genes se “encienden” y cuáles se “apagan” en cada tipo celular.

Un nuevo estudio liderado por científicos de la UAB y del CNAG-CRG y publicado en Cell Reports ha desvelado la organización tridimensional del genoma en células germinales masculinas. El trabajo, realizado en ratones, muestra que dicha organización es extremadamente dinámica durante la formación de las células germinales (precursoras de los gametos) y que este dinamismo está acoplado con la regulación de la expresión génica y la localización de proteínas estructurales como son las cohesinas.

Todos los organismos con reproducción sexual generan gametos (óvulos y espermatozoides) haploides -con un solo juego de cromosomas- mediante dos divisiones celulares consecutivas precedidas de una sola ronda de replicación del genoma. Este proceso se denomina meiosis e implica que el genoma tiene que empaquetarse y desempaquetarse de forma precisa y altamente regulada durante estos dos procesos de división celular.

“Nuestro trabajo muestra la dinámica de la organización del genoma durante la formación de gametos masculinos, comparando los cambios de empaquetamiento de la cromatina y su asociación con la transcripción génica a lo largo de la meiosis” explica la coordinadora del estudio, Aurora Ruiz-Herrera, investigadora del Departamento de Biología Celular, Fisiología e Inmunología y del Instituto de Biotecnología y Biomedicina (IBB) de la UAB, donde dirige el grupo de investigación en Genómica Animal. “Así, hemos demostrado la existencia de diferentes grados de empaquetamiento del genoma y su relación con las cohesinas, y cómo este proceso determina, en última instancia, la función de las células germinales masculinas. Los resultados abren nuevas vías de investigación sobre los mecanismos moleculares que regulan estos cambios”.

“Este estudio ha sido solo posible con la combinación de técnicas complementarias en biología como son la genética molecular, la imagen por microscopía y las simulaciones computacionales. Verdaderamente, un trabajo multidisciplinar”, explica Marc A. Marti-Renom, investigador ICREA y jefe del grupo de Genómica Estructural del CNAG-CRG y co-líder del trabajo.

El trabajo supone un avance significativo en el estudio de los mecanismos que generan y regulan la estructura y función del genoma durante la formación de los gametos -óvulos y espermatozoides-. Determinar estos mecanismos es fundamental, ya que la desregulación de este proceso puede provocar enfermedades como la infertilidad y la alteración del número de cromosomas, como por ejemplo la trisomía 21.

La investigación también representa un ejemplo de cuán importante es la sinergia de especialistas en diferentes áreas como la biología celular y molecular, la genómica y la bioinformática para avanzar en nuestro conocimiento de la regulación y estructura del genoma, señalan los científicos. En el estudio han participado 7 equipos de investigación, incluyendo la UAB, CNAG-CRG, CSIC-Universidad de Salamanca, Sequentia Biotech y la University of New South Wales de Sydney (Australia).

El estudio ha sido financiado por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad, la Generalitat de Cataluña (AGAUR), el Instituto de Salud Carlos III, la Junta de Castilla y León, el Consejo Europeo de Investigación (ERC) y el Programa Horizonte 2020.


Grupo de investigación en Genómica Animal (UAB). De izquierda a derecha: Xing Lou, Ainoa Justicia, Covadonga Vara, Lucía Álvarez, Laia Marin, Blanca Lucas, Olatz Arnold y  Aurora Ruiz-Herrera (coordinadora del estudio).

Referencia: C. Vara, A. Paytuví-Gallart, Y. 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
 

 

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