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EXPRESIÓN GÉNICA EN LA ESPERMATOGÉNESIS

GnRH (gonadotropin releasing hormone)

céls peritubulares

Control hormonal de la espermatogénesis

Potential testosterone signalling pathways in Sertoli cells

50% de los problemas de infertilidad son debidos a factores masculinos.

60% de los casos de infertilidad masculina se debe a factores genéticos.

La comprensión de la infertilidad masculina requiere el conocimiento de la función de los genes individuales, pero también de los patrones generales de expresión

génica asociados a la diferenciación normal de las células germinales.

Microarreglos

Características de expresión génica en el testículo

1. El testículo es un órgano muy complejo (50% del genoma murino se expresa en el desarrollo testicular).

2. El testículo tendría más genes tejido-específicos que la mayoría de los tejidos (30% del genoma murino se expresa específica o diferencialmente en el desarrollo testicular).

- Genes que codifican para productos sin homólogos en células somáticas

(proteínas de transición, protaminas, proteínas de complejo sinaptonémico)

3. Existen tres grupos de genes, que representan tres picos de expresión:-Primeros días desde el nacimiento (disminuye días 10-16)-Inicio de meiosis (días 14-22)-Aparición de espermátidas (empieza día 20, principalmente 28)


(proteínas de transición, protaminas, proteínas de CS)

- Histonas (H1t, H1a)

- Facts. de transcripción (TFIIA, TFIIAab, CREM) CREB

- Enzimas (LDH-C, PGK-2, citocromo ct, hexoquinasa I)

- Isoformas testículo-específicas

- Laminas (C2, B3)

- Chaperonas (HSP70-2)

En meiosis y post-meiosis se expresan muchas isoformas para enzimas de glucolisis y gluconeogénesis. ¿Habría vías metabólicas distintas para la utilización de carbohidratos?

-Energía para flagelo

-Descenso testicular


(proteínas de transición, protaminas, proteínas de CS)

- Histonas (H1t, H1a)

- Facts. de transcripción (TFIIA, TFIIAab, CREM) CREB

- Enzimas (LDH-C, PGK-2, citocromo ct, hexoquinasa I)

- c-kit

- PHGPx


- Laminas (C2, B3)

- Chaperonas (HSP70-2)

- receptor tirosín-K tmb pieza media del spz

citosol mitocondria

4. El mayor número de genes tejido-específicos se expresa en espermatocitos y espermátidas.

5. Las espermatogonias tienen el menor número de genes testículo-específicos expresados (clusters 6-8).

Las espermatogonias tienen el menor número de genes específicos expresados. Muy poca actividad después del ingreso en meiosis.

6. Aprox. 45% de transcriptos de Sertoli están diferencialmente expresados en meiosis. Muy poca expresión antes y después.

7. Las células mioides presentanel mayor número de transcriptos específicos y enriquecidos de entre lascélulas somáticas (lámina basal, matriz extracelular; ej. colágenos, proteoglicanos). Papel muy importante en establecimiento de estructura morfológica de los túbulos.

9. El testículo es el tejido con mayor cantidad de procesamiento alternativo.

8. La mayor similitud en patrones de expresión de genes entre distintos tejidos se da entre testículo y cerebro. Implicancias para la especiación humana y selección sexual.


- Promotores TATA-independientes

- Sitio de inicio de la transcripción


- Sitios “corriente arriba” de poliadenilaciónAATAAA , AACAAA, ATATAA…..

- Sitio de inicio de la transcripción


- Sitios “corriente arriba” de poliadenilaciónAATAAA , AACAAA, ATATAA…..

CstF-64 Sub-U del complejo estimulador de clivaje

Los sitios ¨upstream¨ de poliadenilación podrían ser un mecanismo de eliminación de elementos 3´UTR regulatorios en células somáticas.


- Sitios “corriente arriba” de poliadenilación- Sitio de inicio de la transcripción

- Procesamiento alternativo

74,63% usan promotores diferentes que en células somáticas (70% corriente abajo).

83,58% modifican el ORF.

10. Los análisis de transcripción en testículo no contestan cuando las proteínas son sintetizadas. Los transcriptos para muchas proteínas del spz aparecen mucho antes, a veces incluso en meiosis (comienzan hasta 20 días antes!).

Regulación postranscripcional:

10. Los análisis de transcripción en testículo no contestan cuando las proteínas son sintetizadas. Los transcriptos para muchas proteínas del spz aparecen mucho antes, a veces incluso en meiosis (comienzan hasta 20 días antes!).

-La regulación post-transcripcional permite cambios más rápidos, y los cambios a nivel sexual se producen muy rápido (por evolución sexual, el macho debe acompasar cambios en la hembra).

-Los mecanismos de regulación post-transcripcional son especialmente sensibles a factores ambientales (ej.: CREM).

a. Sobreexpresión de mensajeros

Proporción de ARN polyA 3-6 veces mayor que en hígado o Sertoli

Regulación postranscripcional

Adaptaciones de la maquinaria transcripcional a alta actividad de transcripción

-------------------------------------Altos niveles de isoformas de H1 (H1t, H1a, H1LS1)

-Altos niveles de isoformas de H2 y H3 (TH2A, TH2B, TH3, etc.)

-Mayor accesibilidad a digestión con DNAasa I en paquiteno

- Hipometilación de islas CpG-Sobreexpresión de muchos genes de factores de transcripción (TBP, TFIID) y de RNA pol II Tbp – ARNm 34-285 veces más abundante que en céls. somáticas

-Factores de transcripción específicos (TLF)



10. Regulación postranscripcional

b. Retardo traduccional-Secuestro de ARNm en partículas RNPs

Células somáticas: más de 85% mRNAs en polisomas menos de 15% en RNPs libres

Espermatocitos y tidas: 0-75% mRNAs en polisomas25-100% en RNPs libres

Protaminas 1 y 2, proteínas de transición

Proteínas Y-box: MSY1-MSY4

PRPB







-Exportación al citoplasma con colas cortas polyA+

(poliadenilación citoplásmica– ej. prots. de CS)

TPAP (polyA polimerasa citoplásmica testículo-específica).

a. Sobreexpresión de mensajeros10. Regulación postranscripcional

b. Retardo traduccional

c. Traducción ineficienteuORFs

La represión traduccional es un sistema excelente para restringir la síntesis de ciertas proteínas a las espermátidas elongadas, que no transcriben.Además hace posible la obtención de respuestas rápidas y sensibles, permitiendo la rápida producción de proteínas.



b. Retardo traduccional

c. Traducción ineficiente

11. Gran número de proteínas de unión a ARN

-Factores de “splicing” específicos

-Factores de traducción específicos:

-Variantes de factores ubicuos (ej. Subunidades de facts.de iniciación)

-Factores testículo-específicos (VASA)

-Sobreexpresión de factores somáticos

12. Inactivación del cromosoma X en meiosis masculina (impide recombinación entre X e Y)

Esto lleva a depleción de isoformas del X, favoreciendo surgimiento de isoformas autosómicas, específicas de línea germinal.

HnRNP G – somática

Fosforila a TRA2

Proteínas de unión a ARN

Proteínas de unión a ARN

11. Gran número de proteínas de unión a ARN

12. Inactivación del cromosoma X en meiosis masculina lleva a depleción de isoformas del X, favoreciendo surgimiento de isoformas autosómicas, específicas de línea germinal.

13. Transcripción de secs. no codificantes, antisentido.

14. Importantes modificaciones a nivel de histonas (acetilación de H3 y H4, ubiquitinaciones, metilaciones, fosforilaciones)

Código de histonas:

Combinaciones de modificaciones de histonas definirían señales específicas. Requiere maquinaria capaz de leer ese código.

15. Aunque el espermatozoide es transcripcional y traduccionalmente inactivo, existen ARNm en spz.

-Existen al menos 3.500 ARNm diferentes en spz humanos. -No son traducidos (no existe ARNr). -Se ubican en el núcleo, pieza media y cola.

-Controversiales. Hipótesis:

1. Serían vestigio.

2. Involucrados en empaquetamiento de la cromatina.

(Participación en mantenimiento de cambios epigenéticos (remodelado e imprinting de cromatina paterna), al impedir empaquetamiento de regiones concretas con protaminas).

15. Aunque el espermatozoide es transcripcional y traduccionalmente inactivo, existen ARNm en spz.

Perfiles de ARN de spz pueden emplearse para diferenciar hombres fértiles de infértiles.

Estudios de microarreglos:

Comparación entre individuos normales e infértiles sin patología aparente:

- De genes diferenciales, pocos sobreexpresados (n=3), muchos subexpresados (n=136) Falla se debería a ausencia de factores involucr. en

función espermática

80-100% de genes relacionados con diferenciac. de spz, des. y diferenciac. de tidas, gametogénesis y generación de gametos estaban subexpresados en infértiles.

¿La existencia de patrones peculiares de expresión en la línea germinal podría explicarse por las fuerzas evolutivas

que influyen en la capacidad reproductiva?

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