Dinámica meiótica de los cromosomas: regulación epigenética

El genoma está constantemente expuesto a múltiples agentes exógenos y endógenos que provocan daño en el DNA de forma accidental. Además, en determinadas circunstancias, las lesiones en genoma se producen de manera programada y fisiológica, como ocurre durante la meiosis. En nuestro laboratorio estamos interesados en el estudio de los mecanismos moleculares (checkpoints) que integran la respuesta celular al daño en el DNA y que son esenciales para el mantenimiento de la estabilidad genómica, tanto durante el ciclo celular mitótico como en la meiosis. Alteraciones en estos mecanismos de vigilancia dan lugar a la aparición de mutaciones, aneuploidías y otras alteraciones cromosomales que, en humanos, están ligadas al desarrollo tumoral y determinadas enfermedades genéticas. Los checkpoints de integridad del DNA están ampliamente conservados a lo largo de la evolución; en nuestro grupo, utilizamos la levadura Saccharomyces cerevisiae como sistema modelo para el estudio de estos procesos, empleando una variedad de técnicas genéticas, citológicas y de biología molecular.

Puesto que la detección, señalización y reparación de las lesiones en el genoma ocurre en el contexto de la cromatina, investigamos la función de determinadas modificaciones post-traduccionales de las histonas y de complejos remodeladores de la cromatina. Así, hemos descubierto que la metilación de la histona H3 en la lisina 79 (H3K79), mediada por la proteína conservada Dot1/DOT1L, modula distintos mecanismos que contribuyen al mantenimiento de la estabilidad genómica, como la tolerancia al daño alquilante (Conde and San-Segundo, 2008; Conde et al., 2010). Recientemente, estamos estudiando los checkpoints meióticos que controlan la correcta segregación de los cromosomas y aseguran que los gametos reciban la dotación adecuada de cromosomas intactos. Así, hemos descrito que la proteína conservada Ddc2/ATRIP actúa como sensor de defectos meióticos (Refolio et al., 2011). Por su parte, la metilación de H3K79 por Dot1 también es crucial en el checkpoint meiótico para la activación de la kinasa efectora Mek1 a través del adaptador Hop1 que forma parte de los cromosomas meióticos (Ontoso et al., 2013). Una vez que los defectos meióticos han sido detectados por los sensores y la señal se transmite hasta los efectores, el objetivo último de la activación del checkpoint es el bloqueo de la progresión de la meiosis para evitar segregaciones aberrantes de los cromosomas. La regulación de la kinasa polo Cdc5 juega un papel fundamental en esta parte final de la ruta (Acosta et al., 2011). Actualmente, también estamos analizando la relevancia funcional de la acetilación de las histonas H3 y H4 y de la incorporación de la variante H2A.Z para la dinámica de los cromosomas durante la meiosis.

Nuestro laboratorio esta interesado en comprender como diferentes proteínas con actividad fosfatasa colaboran en la reparación de una lesión en el ADN utilizando para ello la levadura de gemación Saccharomyces cerevisiae. Teniendo en cuenta el gran numero de técnicas y herramientas genéticas disponibles en este microorganismo para diseccionar diferentes aspectos de la reparación del ADN, es tentador utilizar este sistema para desenmascarar la función que desempeñan las proteínas fosfatasas durante la reparación de un daño en el material genético. Uno de los modelos mejor descrito para analizar la reparación del ADN es el uso de la endonucleasa HO. Dado que dicha endonucleasa reconoce específicamente una secuencia exclusiva del genoma, podemos explorar la evolución del procesamiento de un único corte en el ADN y con ello, recopilar información sobre como el daño es reparado por la célula (Figura). Además, mediante la incorporación de variaciones en el sistema, podemos estudiar diferentes particularidades de cada uno de los diversos tipos de reparación. Con esta metodología y otras técnicas de biología molecular, nuestra meta es conocer la función especifica de diversas fosfatasas durante la reparación de una lesión en el ADN, su regulación durante la activación de la respuesta al daño, así como sus dianas en el proceso, con el fin de obtener una amplia visión del papel de estas proteínas en el mantenimiento de la estabilidad genómica.

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Checkpoint y organización del núcleo en la meiosis (A) Inmunofluorescencia de extensiones de núcleos meióticos de S. cerevisiae teñidos con DAPI (cromatina), anti-Rad51 (marcador de DSBs sin reparar) y anti-tubulina (marcador del huso). Cuando el checkpoint es defectivo (mutante ddc2) la segregación de los cromosomas ocurre aunque existan roturas en el DNA sin reparar. (B) Imagen en vivo de un núcleo en la profase meiótica con los cromosomas (Chr) anclados por los telómeros en la envoltura nuclear (NE).

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Miembros del grupo

Pedro San-Segundo Científico Titular CSIC
Beatriz Santos Profesora Titular USAL
Sara González-Arranz Postdoctoral
Esther Herruzo Estudiante de Doctorado
Isabel Acosta Técnico de Laboratorio

Contacto

Pedro San Segundo pedross@usal.es
923294902
Laboratorio 2.2

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Proyectos de investigación

MINECO BFU2015-65417-R 2016-2018
MINECO BFU2015-69142-REDT 2016-2017
Junta de Castilla y León CSI084U16 2016-2018