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1. Resumen
La meiosis es el proceso celular y molecular que dió origen a la reproducción
sexual, la cual presenta ventaja al producir variabilidad genética y ha sido
adoptada por la gran mayoría de las plantas y animales, incluso muchos
organismos procariontes y eucariontes unicelulares poseen la capacidad de
reproducirse sexualmente. Durante la meiosis I se recombina el material
genético y se separan los cromosomas homólogos mientras las cromátidas
hermanas aún permanecen unidas, segregando así las muchas combinaciones
de genes. Los eventos de apareamiento y recombinación de los cromosomas
homólogos son mediados por el complejo sinaptonémico (CS) y se llevan a
cabo durante una extensa profase I, la cual se divide en cinco etapas con base
en la estructura de los cromosomas (leptoteno, zigoteno, paquiteno, diploteno y
diacinesis) (Alberts et al., 1996; Cooper, 2000). Sin embargo, en los mamíferos
el género de los organismos se determina por los cromosomas sexuales X-Y
que
son
heterólogos,
heterocromatinizan
empleamos
los
cuales
durante
la
profase
meiótica
se
y forman el cuerpo XY (Solari, 1974). En este trabajo
técnicas
de
biología
celular
(como
inmunofluorescencia,
hibridaciones in situ, entre otras) y molecular (inmunoprecipitaciones de
cromatina, PCR dúplex radioactivas, entre otras) para estudiar algunos de los
aspectos moleculares y morfológicos del CS y del cuerpo, dos estructuras que
son cruciales para la recombinación y la variabilidad genética, utilizando como
modelo la meiosis de ratas machos.
De esta forma, encontramos que los cromosomas meióticos se anclan al
CS mediante secuencias de ADN características, las cuales hemos
denominado LEARS (Lateral Element Associated Repeat Sequences), dichas
LEARS corresponden a secuencias de ADN del tipo de las repetidas; también
encontramos que la incorporación de estas secuencias depende de la
estructura de su cromatina, la cual se asocia a ciertas modificaciones posttraduccionales de las histonas (modificaciones epigenéticas). Esta estructura
en la cromatina de las LEARS es importante para la incorporación de las
secuencias de ADN al elemento lateral (EL) del CS, esto lo demostramos al
inhibir parcialmente algunas de las modificaciones epigenéticas durante etapas
iniciales de la profase meiótica I en espermatocitos de rata.
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Por otra parte hemos detallado la presencia de ARNs en el cuerpo XY y
mediante la inhibición parcial de la formación de heterocromatina, también
determinamos que la heterocromatinización de los cromosomas sexuales es
importante para la formación, estructura del cuerpo XY y para evitar
recombinaciones
heterólogas
entre
ambos
cromosomas
sexuales
no
homólogos. Con estos resultados proponemos dos modelos de la estructura
tanto del CS como del cuerpo XY.
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2. Abstract
Meiosis is the cellular and molecular process that has given rise to the sexual
reproduction, which produces variability and therefore advantages. It has been
adopted by most of the plants and animals, even by prokaryotes and
eukaryotes unicellular organisms. As the germinal cells, with their duplicated
DNA, enter to meiosis I, the homologous chromosomes recognize, align, pair
and exchange genetic material during an extensive meiotic prophase I. In
mammals, the pairing and genetic exchange of homologous chromosomes is
mediated by the synaptonemal complex (SC) (Alberts et al., 1996; Cooper,
2000). In male mammals, the gender is determined by the heterologous X-Y
chromosomes that undergo a heterochromatinization process, forming the XY
body, during the meiotic prophase I (Solari, 1974). In this work, by cellular
(immunofluorescence,
in
situ
hybridization)
and
molecular
approaches
(chromatin immunoprecipitation, radioactive duplex PCR), we have addressed
some morphologic and molecular aspects of the SC and the XY body, two
specific meiotic structures that are critical for genetic exchange and variability of
the organisms.
Our results demonstrate that meiotic chromosomes anchor to the SC by
specific repetitive DNA sequences, which we have called LEARS (Lateral
Element Associated Repeat Sequences). Furthermore, we have showed that
recruitment of these LEARS to the SC, depends on their chromatin structure
that is due to histone post-translational modifications, during the meiotic
prophase I in rat spermatocytes cells.
In addition, we have corroborated the RNA presence in the XY body,
whereas the RNA Xist is absence. Most relevant, we found that the
heterochromatin of the XY body is needed for its formation and structure and
perhaps to avoid unspecific and heterologous genetic exchange. Whit these
results in mind, we propose two models of either the SC and the XY body,
attempting to understand the mechanisms of formation and/or structure of these
critical structures of male mammalian meiotic prophase I
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3. Abreviaturas
- µl: microlitros
- AAs: Asociaciones interaxiales
- ADN: Ácido desoxiribonucleico
- ARN: Ácido ribonucleico
- ARN Tsix: ARN antisentido del ARN Xist
- ARN Xist: ARN derivado del gen XIST
- BLAST: Basic Local Alignment Search Tool
- BLASTN: Basic Local Alignment Search Tool for Nucleic acids
- BLAT: Basic Local Alignment Tool
- CES: Ciclo del epitelio seminífero
- ChIP (Chromatin immunoprecipitation): Inmunoprecipitación de cromatina
- ChIP-ReChIP: Doble inmunoprecipitación de cromatina
- CS: Complejo sinaptonémico
- DAPI: 4',6-diamidino-2-phenylindole
- DEPC: Dietil-pirocarbonato
- dHJ: Uniones dobles de Holliday
- DMSO: Dimetil sulfoxido
- DSB: Doble rompimiento de cadena
- EL: Elemento lateral
- ELs: Elementos laterales
- eN: Envoltura nuclear
- ENs: Nódulos de recombinación tempranos
- FITC: Fluoresceína
- H2AXγ: Histona H2AX fosforilada
- H3ac: Histona H3 acetilada
- H3K27me1: Mono-metilación de la lisina 27 de la histona H3
- H3K27me2: Di-metilación de la lisina 27 de la histona H3
- H3K27me3: Tri-metilación de la lisina 27 de la histona H3
- H3K9me1: Mono-metilación de la lisina 9 de la histona H3
- H3K9me2: Di-metilación de la lisina 9 de la histona H3
- H3K9me3: Tri-metilación de la lisina 9 de la histona H3
- H4K20me1: Mono-metilación de la lisina 20 de la histona H4
- H4K20me2: Di-metilación de la lisina 20 de la histona H4
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- H4K20me3: Tri-metilación de la lisina 20 de la histona H4
- HDACs: Desacetilasas de histonas
- HISU: Hibridaciones in situ ultraestructurales
- InmunoFISH: Inmunolocalización acoplada a hibridación in situ fluorescente
- IPs: Imnuprecipitaciones
- LEARS (Lateral Element Associated Repeat Sequences): Secuencias
repetidas de asociación a los elementos laterales
- LINE: Long interdispersed nuclear elements
- LNs: Nódulos de recombinación tardíos
- LTR: Long Terminal repeats
- min: minutos
- mM: milimolar
- MSCI (Meiotic Sex Chromosomes Inactivation): Inactivación de los
cromosomas sexuales meióticos
- MSUD (Meiotic Sileced Unpaired DNA): ADN no apareado silenciado
meióticamente
- Nl: Nucleolo
- nm: nanómetros
- NRs: Nódulos de recombinación
- O/N (Over Night): Toda la noche
- pA: Placa de adhesión
- PAR: Región pseudoautosómica
- pb: pares de base
- PBS (Phosphate buffered saline): Solución salina amortiguadora fosfatada
- PCR (Polymerase chain reaction): Reacción en cadena de la polimerasa
- pmol: picomoles
- RB: Ricardo Benavente
- RC: Región central
- RNA pol II: RNA polimerasa II
- RNA-FISH: Hibridación in situ fluorescente de ARNs
- RNPs: Ribonucleoproteínas
- RT-PCR (Reverse transcriptasa coupled to Polymerase chain reaction):
Reverso-transcriptasa acoplada a reacción en cadena de la polimerasa
- ScRNA: Small cytoplasmic RNA repeat DNA sequence
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- SEIs: Invasiones de extremos sencillos de ADN
- SFB: Suero fetal bovino
- SINE: Short interdispersed nuclear elements
- siRNA: ARN de interferencia
- TA: Temperatura ambiente
- TE: Solución Tris-EDTA
- TJ: Thomas Jenuwein
- TSA: Tricostatina-A
- TUNEL: terminal dUTP nick-end labeling
- TXR: Rojo texas
- VT: Volumen total
- XIST: X-inactivation specific transcript
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