Bases moleculares de la meiosis en mamíferos

Abstract

- Introducció: La meiosi és un tipus de divisió cel·lular íntimament lligat a la gametogènesi en eucariotes superiors, la finalitat és la reducció del nombre cromosòmic de diploide a haploide (és a dir, de 2n a n) en el nucli dels gàmetes. En la present tesi s'han analitzat els processos de sinapsi i recombinació en tres espècies de mamífers: humans, moixos i cans. - Contingut de la investigació: Per a l’anàlisi dels processos de sinapsi i recombinació en tres espècies de mamífers (humans, moixos i cans) s'ha utilitzat la tècnica d’immunocitogenètica, la qual ha permès determinar els valors quantitatius i les característiques qualitatives d'aquests processos. - Conclusió: La infertilitat atribuïble a alteracions en processos de recombinació i sinapsi cromosòmica en autosomes i cos sexual es restringeix a aquells individus que presenten desviacions extremes respecte del rang control d'aquests paràmetres. Existeix un fenotip meiòtic recurrent, caracteritzat per bloqueig en la transició zigotépaquité. L'aplicació de tècniques de NGS (anàlisi de l'exoma) en aquest individu infèrtil ha permès localitzar una mutació en el gen TEX11, probablement patogènica i responsable de les característiques associades a aquest fenotip. L'anàlisi de la relació de les variants al·lèliques del gen PRDM9 amb problemes de fertilitat i generació de síndromes de novo no va detectar una associació significativa en cap cas. La influència del gen RNF212 sobre la variabilitat interindividual de la recombinació observada en el present estudi està associada a la presència de polimorfismes genètics en aquest gen. Així, cada còpia de l'al·lel T en l'SNP rs3796619 d'aquest gen suposa una disminució mitjana de la taxa de recombinació de 132,5 cM en comparació amb l'al·lel C. Hi ha una relació complexa entre els genotips de PRDM9 i la taxa de recombinació, que sembla estar determinada per la longitud dels al·lels, per l'estat de homozigositat o heterozigositat dels mateixos i per efectes de dominància. Hi ha una gran variabilitat intraindividual dels aspectes quantitatius i qualitatius de la recombinació i sinapsi en les tres espècies analitzades. Aquesta variabilitat suggereix que, en mamífers, aquests processos i els factors que els controlen han de ser prou flexibles per permetre generar diversitat, encara que dins d'uns marges que garanteixin l'estabilitat genòmica. S'han observat diferències notables en els processos de recombinació entre humans i gats. Així, en gats s'ha determinat l'absència de pics de recombinació en les regions subtelomèriques, un menor efecte inhibidor del centròmer i una distribució més uniforme al llarg dels braços cromosòmics. Aquestes dues últimes observacions estan relacionades amb la menor interferència observada en aquesta espècie. S'han observat característiques sinàptiques pròpies de gats mascle, no descrites fins al moment, com la presència d'un reservori de proteïna SYCP3 des de leptoté fins paquité inicial, la separació prematura dels elements laterals a partir de paquitè tardà o la morfologia pròpia i canviant del cos sexual que, igual que en humans, pot associar-se al subestadi d'aquesta fase meiòtica. S'han detectat anomalies sinàptiques en humans, gats i gossos, encara que la incidència de asinapsis, gaps i MSUC va variar entre espècies. A més, s'ha descrit per primera vegada en aquestes tres espècies el fenomen de MSUC en individus sense alteracions cromosòmiques de poblacions salvatges. En el cos sexual, s'ha detectat presència de proteïna SYCP1 més enllà de la regió PAR a les tres espècies analitzades. Aquesta presència podria relacionar-se amb un procés de polimerització per defecte de la proteïna SYCP1, que ajudaria a la reparació dels DSBs situats al cromosoma X.

- Introducción: La meiosis es un tipo de división celular íntimamente ligado a la gametogénesis en eucariotas superiores, la finalidad es la reducción del número cromosómico de diploide a haploide (es decir, de 2n a n) en el núcleo de los gametos. En la presente tesis se han analizado los procesos de sinapsis y recombinación en tres especies de mamíferos: humanos, gatos y perros. - Contenido de la investigación: Para el análisis de los procesos de sinapsis y recombinación en tres especies de mamíferos (humanos, gatos y perros) se ha utilizado la técnica de inmunocitogenética, la cual ha permitido determinar los valores cuantitativos y las características cualitativas de estos procesos. - Conclusión: La infertilidad atribuible a alteraciones en procesos de recombinación y sinapsis cromosómica en autosomas y cuerpo sexual se restringe a aquellos individuos que presentan desviaciones extremas respecto del rango control de estos parámetros. Existe un fenotipo meiótico recurrente, caracterizado por bloqueo en la transición zigoteno-paquiteno. La aplicación de técnicas de NGS (análisis del exoma) en este individuo infértil ha permitido localizar una mutación en el gen TEX11, probablemente patogénica y responsable de las características asociadas a este fenotipo. El análisis de la relación de las variantes alélicas del gen PRDM9 con problemas de fertilidad y generación de síndromes de novo no detectó una asociación significativa en ningún caso. La influencia del gen RNF212 sobre la variabilidad interindividual de la recombinación observada en el presente estudio está asociada a la presencia de polimorfismos genéticos en ese gen. Así, cada copia del alelo T en el SNP rs3796619 de este gen supone una disminución media de la tasa de recombinación de 132,5 cM en comparación con el alelo C. Existe una relación compleja entre los genotipos de PRDM9 y la tasa de recombinación, que parece estar determinada por la longitud de los alelos, por el estado de homozigosidad o heterozigosidad de los mismos y por efectos de dominancia. Hay una gran variabilidad intraindividual de los aspectos cuantitativos y cualitativos de la recombinación y sinapsis en las tres especies analizadas. Esta variabilidad sugiere que, en mamíferos, estos procesos y los factores que los controlan deben ser lo suficientemente flexibles para permitir generar diversidad, aunque dentro de unos márgenes que garanticen la estabilidad genómica. Se han observado diferencias notables en los procesos de recombinación entre humanos y gatos. Así, en gatos se ha determinado la ausencia de picos de recombinación en las regiones subteloméricas, un menor efecto inhibidor del centrómero y una distribución más uniforme a lo largo de los brazos cromosómicos. Estas dos últimas observaciones están relacionadas con la menor interferencia observada en esta especie. Se han observado características sinápticas propias de gatos macho, no descritas hasta el momento, como la presencia de un reservorio de proteína SYCP3 desde leptoteno hasta paquiteno inicial, la separación prematura de los elementos laterales a partir del paquiteno tardío o la morfología propia y cambiante del cuerpo sexual que, al igual que en humanos, puede asociarse al subestadio de esta fase meiótica. Se han detectado anomalías sinápticas en humanos, gatos y perros, aunque la incidencia de asinapsis, gaps y MSUC varió entre especies. Además, se ha descrito por primera vez en estas tres especies el fenómeno de MSUC en individuos sin alteraciones cromosómicas de poblaciones salvajes. En el cuerpo sexual, se ha detectado presencia de proteína SYCP1 más allá de la región PAR en las tres especies analizadas. Esta presencia podría relacionarse con un proceso de polimerización por defecto de la proteína SYCP1, que ayudaría a la reparación de los DSBs situados en el cromosoma X.

- Introduction: Meiosis is a type of cell division intimately linked to gametogenesis in higher eukaryotes, the aim is the reduction of the chromosome number from diploid to haploid (from 2n to n) in the nucleus of the gametes. In the present thesis, we have analysed the processes of synapsis and recombination in three species of mammals: humans, cats and dogs. - Content of the research: For the analysis of synapsis and recombination in three species of mammals (humans, cats and dogs) the immunocytogenetic technique has been used. It allowed to determine the quantitative values and the qualitative characteristics of these processes. - Conclusion: Infertility attributable to alterations in processes of recombination and chromosomal synapsis in autosomes and the sexual body is restricted to those individuals who present extreme deviations from the control range of these parameters. There is a recurrent meiotic phenotype characterized by an arrest in the zygotene to pachytene transition. The application of NGS techniques (exome analysis) in this infertile individual has allowed to locate a mutation in the TEX11 gene, probably pathogenic and responsible for the characteristics associated with this phenotype. The analysis of the relationship of the allelic variants of the PRDM9 gene with fertility problems and generation of de novo syndromes did not detect a significant association in any case. The influence of the RNF212 gene on the interindividual variability of recombination observed in the present study is associated with the presence of a genetic polymorphisms in that gene. Thus, each copy of the T allele in the SNP rs3796619 of this gene implies a mean decrease in the recombination rate of 132.5 cM compared to the C allele. There is a complex relationship between the PRDM9 genotypes and the rate of recombination, which appears to be determined by the length of the alleles, by the homozygosity or heterozygosity, and by dominance effects. There is significant intraindividual variability of the quantitative and qualitative aspects of recombination and synapsis in the three species analysed. This variability suggests that, in mammals, these processes and the factors controlling them must be flexible enough to generate diversity, albeit within margins that guarantee genomic stability. Significant differences have been observed in recombination processes between humans and cats. Thus, in cats the absence of recombination peaks has been determined in the subtelomeric regions, a lower inhibitory effect of the centromere and a more uniform distribution along the chromosome arms. These last two observations are related to the lower interference observed in this species. Synaptic characteristics of male cats, not previously described, have been observed. These include the presence of a reservoir of SYCP3 protein from leptotene to initial pachytene, premature separation of lateral elements from late pachytene or the changing morphology of the sexual body, which, as in humans, may be associated with the substage of this meiotic phase. Synaptic abnormalities have been detected in humans, cats and dogs, although the incidence of asynapsis, gaps and MSUC varied between species. In addition, the MSUC phenomenon has been described for the first time in these three species in individuals without chromosomal alterations of wild populations. In the sexual body, SYCP1 protein has been detected beyond the PAR region in the three species analysed. This presence could be related to a default polymerization process of SYCP1 protein, which would aid in the repair of DSBs located on the X chromosome.