Biología cuantitativa de la dinámica de cromosomas

La meiosis es un tipo especializado de división celular en el que desde una célula progenitora diploide y tras dos divisiones nucleares consecutivas, denominadas meiosis I y meiosis II, se generan cuatro gametos haploides. La meiosis, también conocida como gametogénesis, es fundamental para generar nuevas combinaciones alélicas que promueven la diversidad genética necesaria para adaptarse a los cambios en las condiciones ambientales. Una de las etapas críticas para salvaguardar la diversidad genética es la recombinación entre los cromosomas homólogos durante la profase meiótica. La búsqueda de cromosomas homólogos se ve facilitada por movimientos nucleares generados por fuerzas del citoesqueleto. La actina y la dineína son dos de los motores más conservados evolutivamente que generan fuerza para mover el núcleo. Los movimientos nucleares se transmiten a los cromosomas mediante la formación del bouquet de telómeros, una configuración cromosómica transitoria en la que los telómeros se agrupan en regiones específicas de la envoltura nuclear, a menudo cerca del centrosoma. Aunque defectos en la formación del bouquet compromete la producción y viabilidad de los gametos, las bases moleculares que controlan cómo se establece el comienzo y el final de la etapa del bouquet, cuánto duran los movimientos de los cromosomas y si estos movimientos son estocásticos o siguen un patrón predecible, son algunas de las preguntas que están aún por descifrar.

En nuestro laboratorio tratamos de comprender las bases moleculares de la dinámica de los cromosomas durante la gametogénesis, para ello desarrollamos nuevas herramientas computacionales para la segmentación y el análisis de series temporales no supervisadas, la evaluación espectral, el descubrimiento de motivos y de redes causales en los movimientos cromosómicos de la levadura de fisión Schizosaccharomyces pombe, uno de los sistemas modelo en los que la dinámica de cromosomas durante la etapa del bouquet de los telómeros se ha explorado con mayor nivel de detalle. En otras herramientas, en el lab hemos diseñado la aplicación web ChroMo la cuál nos permite obtener una información más detallada sobre la profase meiótica en la levadura de fisión y diferenciar claramente fenotipos que antes no eran distinguibles por otros métodos. Otra línea de interés en el laboratorio es el desarrollo de nuevos enfoques cuantitativos para comprender la dinámica cromosómica dentro de otros estadios fundamentales de la gametogénesis, como es los pasos estructurales de la formación de bouquet en si misma, el autoensamblaje del huso a lo largo de las divisiones meióticas así como la detección de aneuploidías.

Líneas de investigación:

- Modelado de la dinámica de los movimientos cromosómicos y sus posibles microvariaciones durante la profase meiótica como consecuencia de mutaciones o estrés físico-químico.

- Algoritmos computacionales aplicados a la biología celular: herramientas de aprendizaje automático para identificar patrones y motivos en los movimientos cromosómicos.

- Aproximaciones cuantitativas para comprender la dinámica del huso autoensamblado y estudiar su relación con la dinámica cromosómica en la meiosis.

- Telómeros y centrómeros en meiosis: identidad molecular, plasticidad y mecánica de formación y desensamblaje del bouquet.

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Figura. (A) Esquema de la formación del bouquet de telómeros en metazoa, estructura esencial para la recombinación del ADN y la viabilidad de los gametos. (B) Formación del huso auto-organizado sin participación de los centrosomas. (C) Análisis cuantitativo de los periodos de oscilación de los movimientos de los cromosomas durante la profase meiótica. (D) Identificación no supervisada de patrones de movimiento.

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Miembros del grupo

Alfonso Fernández Álvarez Científico Titular (CSIC)
Rebeca Martín García Lab Manager
Alberto Jiménez Martín Postdoc Juan de la Cierva
Sabas García Sánchez Estudiante de Tesis FPI
Alberto Pineda Santaella Estudiante de Tesis
María Correas García JAE Intro
Jesús Pinto Cruz Bioinformático

Contacto

Alfonso Fernández Álvarez aferalv@usal.es
923294901
Laboratorio 1.11

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Proyectos de investigación

MICINN PGC2018-098118-A-I00