Utilizando un método recientemente desarrollado, los investigadores del Instituto de Biotecnología Molecular de la Academia de Ciencias de Austria IMBA han podido arrojar luz sobre la complejidad de la reorganización del genoma que ocurre durante las primeras horas después de la fertilización en el embrión de mamífero de células individuales.Sus hallazgos han sido publicados recientemente en la revista Naturaleza . El equipo de investigadores de tres continentes descubrió que los genomas de óvulos y espermatozoides que coexisten en el embrión o cigoto de una sola célula tienen una estructura única en comparación con otras células interfásicas. Comprender este "estado fundamental" de la cromatina especializadatiene el potencial de proporcionar información sobre el proceso aún misterioso de la reprogramación epigenética a la totipotencia, la capacidad de dar lugar a todos los tipos de células.
La fusión del óvulo y el esperma, dos tipos de células altamente diferenciadas, conduce a la formación del embrión o cigoto unicelular. Durante las primeras horas después de la fertilización, los dos genomas separados experimentan eventos de reprogramación que presumiblemente funcionan para borrar la memoria deltipo celular diferenciado y establecer un estado de totipotencia. Los mecanismos subyacentes a la totipotencia permanecen poco conocidos pero son esenciales para generar un nuevo organismo a partir de un óvulo fertilizado.
Un avance importante en genómica unicelular
Después de la fertilización, los genomas maternos y paternos borran parte de la memoria epigenética de los estados previamente diferenciados para facilitar el comienzo de una nueva vida como el cigoto. En el primer ciclo celular después de la fertilización, el genoma materno heredó del ovocito huevoy el genoma paterno proporcionado por los espermatozoides existen como núcleos separados en el cigoto. Los dos genomas están marcados por distintas modificaciones epigenéticas adquiridas durante la reprogramación. No se sabía si la estructura de cromatina 3D de los genomas maternos y paternos también era distinta.
Un equipo internacional encabezado por Kikuë Tachibana-Konwalski del IMBA en colaboración con investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts MIT en Boston y la Universidad Estatal de Moscú Lomonosov MSU tuvo como objetivo descubrir cómo se reorganiza la estructura de la cromatina durante el ovocito de mamífero.transición de cigoto. Mediante la secuenciación de próxima generación, el análisis bioinformático y el modelado matemático realizado por Maxim Imakaev en el laboratorio de Leonid Mirny, los investigadores identificaron patrones específicos que emergen durante la reorganización del genoma en ovocitos y cigotos de ratón.
La baja disponibilidad de material de partida hizo que fuera necesario desarrollar un nuevo método de un solo núcleo Hi-C snHi-C que permitiera analizar por primera vez la arquitectura de la cromatina en los ovocitos y los embriones de células individuales.El método, las características de la organización genómica, incluidos los compartimentos, los dominios de asociación topológica TAD y los bucles de cromatina se detectaron en células individuales cuando se promediaron sobre el genoma. "Nuestro método nos permitió detectar contactos de cromatina diez veces más eficientemente que un método anterior. Debido a estopudimos encontrar diferencias en el plegamiento del genoma en el nivel de células individuales: estas variaciones de célula a célula se perdieron en el Hi-C convencional debido al promedio de millones de células ", dice Ilya Flyamer, ex Vienna Biocenter VBCestudiante de verano y luego estudiante de maestría y uno de los primeros autores del estudio.
Comportamiento contrastante de la cromatina materna y paterna
"Además, encontramos diferencias únicas en la organización tridimensional de la cromatina del cigoto en comparación con otras células interfásicas. Lo que fue aún más interesante es que los genomas maternos y paternos del cigoto parecen tener diferentes organizaciones dentro de la misma célula.Parece que la arquitectura de la cromatina se reorganiza después de la fertilización, y que esta reorganización ocurre de manera diferente para los genomas maternos y paternos ", explicó Johanna Gassler, estudiante de doctorado en IMBA y uno de los primeros autores del estudio.
El autor principal y líder del grupo IMBA, Kikuë Tachibana-Konwalski, está fascinado por los secretos de la transición de los ovocitos a los cigotos de mamíferos y ha estado estudiando el milagro de la vida, y en particular los primeros pasos moleculares, durante muchos años. Ella tambiénespera que los hallazgos generen nuevas ideas para el campo emergente de la totipotencia ". Para poner el poder del cigoto en contexto: la reprogramación a la pluripotencia por los factores de Yamanaka lleva varios días con una eficiencia limitada, mientras que la reprogramación a la totipotencia se produce en el cigoto en cuestión de horas.La forma en que esto se logra sigue siendo una de las incógnitas clave en biología. Al estudiar el estado de la cromatina de los cigotos, nuestro objetivo es obtener información sobre este mecanismo, que también podría tener aplicaciones para la medicina regenerativa ", dice Tachibana-Konwalski, subrayando su entusiasmo por elposibles aplicaciones para su tema de investigación favorito.
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Materiales proporcionado por Instituto de Biotecnología Molecular IMBA . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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