La línea germinal contiene el pasado y el futuro de una especie, en la que la información genética parental se recombina mediante la meiosis y es transmitida a la descendencia. Así, entender como el genoma se organiza y se regula en el espacio nuclear durante la formación de células germinales es esencial para comprender las bases de la fertilidad y su impacto en la diversidad genética. En células somáticas, el genoma se organiza en territorios cromosómicos que están formados por compartimentos de cromatina plegados en dominios de asociación topológica (TADs) y bucles de ADN. Sin embargo, se conoce poco acerca de la organización del genoma en la línea germinal y como las reorganizaciones cromosómicas pueden modularla. En este contexto, esta tesis tiene como objetivos: (i) entender la organización tridimensional del genoma durante la espermatogénesis de ratón y su relación con la función génica y la localización de proteínas aislantes (CTCF y cohesinas), (ii) investigar las implicaciones de las fusiones Robertsonianas (Rb) en el plegamiento del genoma y la recombinación, y (iii) caracterizar la variabilidad de PRDM9 en poblaciones naturales de ratones Rb, incluyendo el sistema Rb de Madeira y el de Barcelona (BRbS). Por ello, hemos combinado análisis citológicos con tecnologías de secuenciación masiva y desarrollado un protocolo de citometría para obtener poblaciones celulares germinales enriquecidas, incluyendo espermatogonias, espermatocitos primarios, espermátidas redondas y espermatozoides. Nuestros resultados revelan que la estructura de orden superior del genoma es extremadamente dinámica durante la espermatogénesis, donde las espermatogonias presentan compartimentos y TADs que desaparecen durante la meiosis y se reestablecen posteriormente en células post-meióticas. Además, hay una correlación entre la transcripción y los compartimentos A, con genes activos específicos de tipo celular relacionados con la progresión de la espermatogénesis, la fecundación y el desarrollo embrionario. Adicionalmente, hemos hallado una correlación entre la localización de cohesinas y transcripción activa tanto en células meióticas como post-meióticas, sugiriendo que las cohesinas regulan la transcripción. Las fusiones Rb reorganizan la localización espacial de los cromosomas y en espermatocitos primarios, aumentan las interacciones heterólogas, promoviendo nuevos entornos de regulación. En espermátidas redondas, las fusiones añaden restricciones mecánicas que reducen las interacciones inter-cromosómicas. Además, las fusiones Rb afectan tanto al número como a la distribución cromosómica de los puntos de recombinación, especialmente en los metacéntricos fusionados en homocigosis, mientras que la presencia de metacéntricos heterocigotos asinapsados induce una heterocromatinización de la vesícula sexual. La reducción de la recombinación también se detecta en los análisis de desequilibrio de ligamiento basados en SNPs, detectando alta divergencia genética en poblaciones Rb comparadas con estándar. Adicionalmente, hemos caracterizado una gran variabilidad de PRDM9, siendo especialmente alta en el sistema Rb insular de Madeira en comparación con el sistema continental BRbS. Tales diferencias se pueden atribuir a la combinación de distintos factores: (i) la historia evolutiva de cada sistema Rb, (ii) la prevalencia de fusiones Rb afectando a la diversidad genética, y en menor grado, (iii) restricciones funcionales meióticas (por ejemplo, asimetría en los hotspot de recombinación). En conjunto, esta tesis muestra que la cromatina sufre una remodelación profunda durante la espermatogénesis específica del tipo celular, en la que la actividad transcripcional se correlaciona con el estado de la cromatina y la localización de las cohesinas. Adicionalmente, las fusiones Rb alteran la organización del genoma en la línea germinal, afectando a la recombinación meiótica y a la diversidad genética.
Chromatin remodeling during mouse spermatogenesis: functional and evolutionary implications
VARA GONZALEZ, C. (Autor/a). 23 sept 2020
Tesis doctoral