Estudio molecular de la meiosis en mamíferos
- Autores: Francesc Alemany
- Directores de la Tesis: Maria Oliver Bonet (dir. tes.), Bernhard Oliver Vögler (tut. tes.)
- Lectura: En la Universitat de les Illes Balears ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Jordi Benet i Català (presid.), Alexander Damián Heine Suñer (secret.), Laura Peralta Rubio (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RepositoriUIB
- Resumen
- español
- 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
- English
In this thesis, we have analyzed the synapsis and recombination processes in three species of mammals: humans, cats and dogs. For this purpose, we have used the immunocytogenetic technique, which allows the determination of the quantitative values and the qualitative characteristics of these processes.
The obtained results show similarities, more noticeable between humans and cats, as well as remarkable particularities in cats, such as the presence of an SYCP3 protein reservoir and the synapsis and desynapsis processes. Besides, the results have allowed to determine that the observed inter- and intraindividual variability in all analyzed parameters is common to the three species. Other observed similarities are the influence of chromosomal morphology on the number of MLH1 foci per bivalent, the tendency to reach the maximum recombination in middle pachytene and the absence of SYCP1 protein in the subtelomeric regions. This feature was found to be more prominent in cats, and is probably related to the absence of recombination peaks in these regions and a more even distribution along the chromosome arms. Moreover, in cats the inhibitory effect of the centromere on recombination is not as strong as in humans. Together, both characteristics could be related to the lower interference values observed in this species.
Regarding the analysis of the sex body, it showed a characteristic morphology in each of the analyzed species, variable along the pachytene in humans and cats, and always linear in dogs. In addition, the presence of SYCP1 protein was detected beyond the PAR region in the three species. In humans and cats, a greater amount of SYCP1 protein was detected in the early stages of pachytene. This amount decreased progressively along the following stages, until disappearing in late pachytene.
Synaptic anomalies were detected in all three species, although the incidence of the different types of anomalies described in the present study (asynapsis, gaps and MSUC) varied between species. Thus, in humans, the most frequent anomalies were gaps and asynapsis, whereas in cats and dogs the most frequent anomaly was MSUC. As far as we know, this is the first time this phenomenon has been described in individuals without chromosomal alterations in wildtype populations.
In addition, due to the relevant role recently attributed to PRDM9 and RFN212 in the literature, both genes and their association with the recombination rate were analyzed.
The results, both in humans and cats, confirm a complex relationship between the PRDM9 genotypes and the recombination rate, which appears to be determined by the length of the alleles, by the status of homozygosity or heterozygosity of the same and by dominance effects. The obtained results allowed demonstrating a relation of the RNF212 genotype (SNP rs3796619) with the recombination rate. In the individuals in this study, each copy of the T allele, compared to the C allele, resulted in a mean decrease in the recombination rate of 132.5 cM.
In the case of PRDM9, its possible relationship with fertility problems and de novo syndromes was also studied. For this, the allelic variants of PRDM9 were analyzed in the control population, infertile patients and parents of patients with chromosomal alterations. The results did not detect a significant association in any case. However, during this analysis a high allelic variability was detected in the analyzed populations: 13 new alleles and 7 new types of zinc finger coding repeats. These results indicated a greater diversity of PRDM9 at the population level than the one described in the literature. In order to analyze this diversity in greater depth, we proceeded to the genotyping of different human populations and to their comparison with other populations described in the literature. It was observed that Mediterranean populations (Mallorca, Menorca, Ibiza and Morocco) occupy an intermediate position between the two extremes (north-central Europe and Africa) of the genetic clade of PRDM9, according to their geographical position and other genetic studies results based on other markers.
Due to the association of meiotic abnormalities with fertility problems, the analysis in humans included a comparison of the synapsis and recombination parameters between a control population and two infertile populations (OA and NOA). The results did not show significant differences between the populations. However, the immunocytogenetic analysis performed in one of the NOA patients (i14) showed clear phenotypic similarities with others described in the literature. This fact led to the suspicion of a common defect in the meiosis of patients who shared the same meiotic phenotype. In view of the possibility that this defect had a genetic origin, the exome of the aformentioned patient was analyzed. The results obtained identified the TEX11 gene as a possible main candidate of the meiotic arrest and the MSH5, TOP2A and NBN genes as associated candidates
- català
- 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 de polimerització per defecte de la proteïna SYCP1, que ajudaria a la reparació dels DSBs situats al cromosoma X.
- español
