Regulation of the oocyte pool in mammals

Abstract

Durant la oogènesi dels mamífers, les oogònies proliferen forman els anomenats cists. Les oogònies entren en meiosis progressant en la profase I i els cists es trenquen al mateix temps que es produeix una mort massiva perinatal dels oòcits. En la profase I, s’indueixen trencaments de doble cadena (DSBs) per tot el genoma, que son reparats per recombinació homòloga per a promoure la sinapsi dels cromosomes homòlegs. Existeixen diferents mecanismes que s’activen en resposta a errors en aquests processos i que aturen el cicle cel·lular i produeixen l’apoptosi de les cèl·lules danyades. La resposta al dany al DNA (DDR) es activada en presència d’oòcits i d’espermatòcits amb errors de recombinació en l’anomenat checkpoint de recombinació. Per l’altre banda, errors en la sinapsi activen el checkpoint de sinapsi. El nostre objectiu era caracteritzar les funcions de la DDR i del checkpoint de sinapsi durant l’oogènesi en mamífers. Contràriament al que succeeix en espermatòcits, els oòcits presenten un alt número de DSBs no reparats a l’estadi de paquitè en el moment en que es produeix la mort oocitària massiva i el trencament del cists. Per tal d’esbrinar si el checkpoint de recombinació participa en la regulació del número d’oòcits en mamífers, hem analitzat el número de DSBs, el número d’oòcits en femelles perinatals i adultes, el trencament dels cists, la formació de fol·licles i la vida reproductiva de femelles de ratolí control i mutants per a la quinasa efectora de la via de la DDR, la proteïna CHK2. Les nostres dades han revelat la implicació de CHK2 en la regulació del número d’oòcits, però només en ovaris fetals, obrint la possibilitat de l’existència d’una via alternativa regulant el número d’oòcits després del naixement. Els nostres estudis utilitzant ovaris cultivats in vitro en presència d’inhibidors, suggereixen que CHK1 podria compensar l’absència de CHK2 in vivo. Per tant, la via de la DDR controlaria el número d’oòcits en mamífers. A més, hem trobat un augment del número d’oòcits en adultes velles mutants per CHK2 suggerint que la DDR controla la llargada de la vida reproductiva en mamífers. Finalment, hem estudiat el possible paper de TRIP13 en el checkpoint de sinapsi. La proteïna TRIP13 es necessària per a la recombinació, però també per a la sinapsi dels cromosomes sexuals i per a la formació de la vesícula sexual, suggerint un possible rol al checkpoint de sinapsi. Hem analitzat el número d’oòcits en ovaris Spo11-/- Trip13mod/mod i Dmc1-/- Chk2-/- Trip13mod/mod per a esbrinar si TRIP13 es necessària per a activar el checkpoint de sinapsi en femelles. Les nostres dades han revelat un rescat en el número d’oòcits en el triple mutant, però no en el doble. Aquest resultats obren la possibilitat de que TRIP13 participi en el checkpoint de sinapsis, però com a alternativa, proposem que aquesta participació podria ser compatible amb una possible regulació per part de TRIP13 de la elecció de la via de reparació dels DSBs.

During mammalian oogenesis, oogonia proliferate forming the so-called cysts. The oogonia enter meiosis progressing through prophase I and the cysts break down concomitantly to massive perinatal oocyte death. During meiotic prophase I, double strand breaks (DSBs) are induced throughout the genome and repaired by homologous recombination to promote the synapsis of the homologous chromosomes. In response to errors in these processes, different response pathways are activated triggering cell cycle arrest or even apoptosis. The DNA damage response (DDR) is activated in response of meiocytes with recombination failure in the recombination checkpoint; while errors in synapsis trigger the synapsis checkpoint. We aimed to characterize the roles of the DDR and synapsis checkpoint in mammalian oogenesis. Contrary to what occurs in spermatocytes, oocytes present high numbers of unrepaired DSBs at pachynema, at the time of the massive oocyte death and cyst breakdown. In order to know if the recombination checkpoint participates in the regulation of the oocyte number in mammals, we analyzed the presence of DSBs, the oocyte number in both perinatal and adult females, the cyst breakdown, the formation of follicles and the reproductive lifespan using control and mutant mice for the effector kinase of the DNA damage response pathway, CHK2. Our data revealed the involvement of CHK2 in the regulation of the oocyte number but only in fetal ovaries prior to birth, raising the question of a possible alternative regulator acting just after birth. Our studies using in vitro ovarian cultures using inhibitors, suggest that CHK1 may compensate the loss of CHK2 perinatally in vivo. Thus, revealing that the DDR pathway controls the oocyte number in mammals. Furthermore, we found an increased number of oocytes in elder Chk2 mutant females suggesting that the DDR controls the reproductive lifespan extension in mammals. Finally, we studied the possible involvement of TRIP13 in the synapsis checkpoint. The protein TRIP13 is required for recombination, but it is also needed for the synapsis of sex chromosomes and the sex body formation. Thus, suggesting a possible role in the synapsis checkpoint. We analyzed the oocyte number in females from Spo11-/- Trip13mod/mod and Dmc1-/- Chk2-/- Trip13mod/mod ovaries in order to infer if TRIP13 is required to implement the synapsis checkpoint in females. Our data revealed a rescue in the number of oocytes in the triple mutant, but not in the double mutant. These results leave open the possibility of a participation of TRIP13 in the synapsis checkpoint, but as an alternative, they could be compatible with a possible role of TRIP13 regulating the DSB repair pathway choice.