Millora de la reprogramació del nucli somàtic en procediments de transferència nuclear en ratolí

Abstract

L’èxit de la transferència nuclear de cèl·lules somàtiques (SCNT) depèn de diversos factors que fan que tingui una eficiència baixa. D’una banda, l’extensa reprogramació nuclear que ha de tenir lloc per tal que el patró d’expressió del nucli somàtic transferit sigui substituït per un patró de tipus embrionari no sempre es dóna correctament. El tractament dels embrions clonats amb inhibidors de les desacetilases d’histones (HDACis) corregeix el seu estat hipoacetilat i hipermetilat, facilitant l’accés dels factors reprogramadors de l’oòcit al nucli transferit i afavorint així la reprogramació nuclear. En canvi, el paper positiu d’altres modificadors epigenètics, p. ex. les desmetilases d’histones (HDMs), és objecte de controvèrsia. D’altra banda, l’oòcit ha de patir una sèrie de manipulacions durant la SCNT que afecten la viabilitat dels embrions. En aquest sentit, s’ha vist que l’ús de latrunculina A (LatA) enlloc de citocalasina B com inhibidor de la polimerització d’actina millora el desenvolupament a terme dels embrions clonats tractats amb HDACis, però es desconeix el seu efecte sobre el desenvolupament in vitro i els embrions no tractats. A més, els embrions clonats són molt sensibles a les condicions de cultiu i actualment no es disposa de mètodes no invasius per a la predicció del seu potencial de desenvolupament que puguin incrementar les taxes d’èxit obtingudes. En aquesta tesi s’ha aconseguit millorar l’eficiència del clonatge de la soca de ratolí B6CBAF1 del 0-0,5 %, en embrions no tractats, al 3-5 % en embrions tractats amb la psamaplina A (PsA), un HDACi que no havia estat mai utilitzat en estudis de reprogramació nuclear, i/o la vitamina C (VitC), un antioxidant que a més s’ha descrit que actua com a cofactor de les HDMs amb domini Jumonji i de les proteïns de translocació deu-onze. A més, s’ha vist que la VitC incrementa significativament l’obtenció de cèl·lules mare embrionàries a partir dels embrions clonats. En canvi, no s’han pogut millorar els resultats prèviament obtinguts amb el HDACi àcid valproic (VPA), malgrat l‘increment de la concentració i durada del tractament testat. Així com s’ha vist que tant el VPA com la PsA milloren la reprogramació nuclear mitjançant un increment general dels nivells d’acetilació de les histones, no s’ha pogut detectar un efecte equivalent per a la VitC. D’altra banda, s’ha vist que la LatA millora les taxes de desenvolupament in vitro, sobretot en els embrions no tractats amb modificadors epigenètics. No obstant, aquest efecte no es tradueix en un millor desenvolupament a terme si la LatA no es combina amb un modificador epigenètic com la PsA o la VitC. Per tant, la LatA podria estar involucrada en la reprogramació nuclear i exercir un efecte sinèrgic amb els modificadors epigenètics en la SCNT. Finalment, els embrions clonats han estat monitoritzats amb un sistema de time-lapse que no perjudica el seu desenvolupament in vitro. S’ha demostrat que aquests embrions es desenvolupen més lentament que els fecundats a partir de la segona divisió, i que el tractament amb modificadors epigenètics afecta la cinètica de desenvolupament. En concret, quan els embrions clonats són tractats amb la PsA la seva divisió s’alenteix i el retard es manifesta abans. En canvi, quan són tractats amb la VitC es divideixen més ràpidament i són més semblants als embrions fecundats. S’ha pogut establir un model de predicció del potencial de desenvolupament de tots aquests embrions basat en el moment de la divisió cap a l’estadi de quatre cèl·lules, sol o combinat amb la durada de la compactació i/o la fragmentació per augmentar-ne la potència. La validació d’aquest model podria permetre la selecció dels embrions amb major potencial de desenvolupament abans de la seva transferència a femelles receptores.

Somatic cell nuclear transfer (SCNT) success depends on a wide range of factors which limit its efficiency. On one hand, the vast nuclear reprogramming that the somatic nucleus transferred must undergo for gene expression to change from a differentiated to an embryonic pattern is often defective. It is well known that treatment of SCNT embryos with histone deacetylase inhibitors (HDACis) corrects the hipoacetylation and hipermethylation of their genome, and this helps reprogramming factors in the ooplasm to gain access to the transferred nucleus, improving nuclear reprogramming. But the role of other epigenetic modifiers, such as histone demethylases (HDMs), is unclear. On the other hand, the manipulations performed on the oocyte during the SCNT protocol affect its viability. In this sense, the use of latrunculin A (LatA) instead of cytochalasin B for actin polymerization inhibition significantly improves the development to term of HDACitreated SCNT embryos. However, its effect on in vitro development and on untreated embryos is unknown. In addition, SCNT embryos are especially sensible to in vitro culture conditions and a non-invasive method for the prediction of their developmental potential, which could increase success rates, is lacking. In this thesis, the cloning efficiency of B6CBAF1 mice has been improved from 0-0.5 %, in untreated embryos, to 3-5 % in embryos treated with psammaplin A (PsA), an HDACis never used in nuclear reprogramming studies before, and/or vitamin C (VitC), an antioxidant reported ti act as a cofactor of Jumonji-domain-containing HDMs and ten eleven translocation enzymes. Both epigenetic modifiers have also proved to improve embryonic stem cell derivation from SCNT embryos. However, the cloning efficiency previously achieved treating SCNT embryos with the HDACi valproic acid (VPA) has not been improved, in spite of the increase of its concentration and exposure time tested. PsA and VPA have been shown to improve nuclear reprogramming through the increase of histone acetylation levels in SCNT embryos, but an effect of VitC on the nuclear reprogramming of SCNT embryos has not been detected. In addition, it has been shown here that LatA improves in vitro developmental rates, especially of those embryos non-treated with epigenetic modifiers. However, in order to improve full-term development, LatA has to be combined with an epigenetic modifier such as PsA or VitC. Thus, LatA could be involved in the nuclear reprogramming of SCNT embryos and might exert a synergistic effect with epigenetic modifiers. Finally, the development of SCNT embryos has been assessed with a time-lapse system that does not reduce their viability. We observed that SCNT embryos are delayed, from the second division, in comparison with fertilized embryos, and that the epigenetic modifier treatment has an effect on embryo kinetics. In particular, when embryos are treated with PsA the delay is more pronounced and appears earlier. In contrast, VitC accelerates the developmental kinetics of SCNT embryos, making them more similar to fertilized ones. A prediction model for the developmental potential of SCNT embryos (both untreated and treated) has been established, based on the time of division to the four-cell stage, alone or combined with compaction duration and/or fragmentation to increase prediction accuracy. The validation of this model would allow the selection of SCNT embryos with higher developmental potential prior to their transfer to recipient females.