Efecto del envejecimiento en la estabilidad genómica de los cromosomas sexuales X e Y durante la meiosis masculina de ratón

Abstract

El envejecimiento es un factor de riesgo para la fertilidad masculina y para la salud de su decendencia. La avanzada edad paterna (>35-40 años) se asocia a una disminución en la cantidad y calidad de espermatozoides, los que presentan defectos epigenéticos, fragmentación del DNA y mutaciones de novo, además de aumento del estrés oxidativo y especies reactivas de oxígeno (ROS) en las células germinales. Dentro de las células germinales, los espermatocitos son especialmente afectados por el envejecimiento y ROS. Durante la profase I, el aumento de ROS altera la actividad de proteínas de reparación y el envejecimiento masculino se asocia a daño genómico. En machos, los cromosomas X e Y imponen un desafío adicional ya que gatillan un proceso normal de reparación y condensación de la cromatina llamado inactivación meiótica de los cromosomas sexuales (MSCI). El MSCI es dirigido por una respuesta a daño en el DNA, actuando proteínas de las vías homólogas y no homólogas de reparación. Sin embargo, aún se desconoce si el envejecimiento afecta la reparación de los cromosomas X e Y y la formación del MSCI. En este trabajo se estudió el efecto del envejecimiento masculino en la estabilidad genómica de los cromosomas sexuales X e Y. Mediante inmunofluorescencia se detectó una serie de proteínas involucradas en la reparación de rupturas de doble hebra de DNA (DSBs), donde se detectó un aumento en los foci de Rad51 en los cromosomas sexuales, además de un aumento en la señal de ATR, lo que nos indica que existe un aumento de DSBs. De la misma manera, se observó un aumento de pCHK1 en etapas más tardías de profase I, lo que sugiere que los DSBs no están siendo reparados. Por otro lado, no existe diferencia para 53bp1, lo que indica que no hay cambios en la vía de recombinación no homologa. Por último, se observó un cambio en la temporalidad de aparición de H3K27ac, lo que sugiere un daño causado por el envejecimiento en el proceso de establecimiento de MSCI. Estos resultados sugieren que existe un aumento en la fragmentación del DNA y posible daño en las vías de reparación de DSBs en los cromosomas sexuales, y sugiere una alteración transcripcional de los cromosomas X e Y durante la profase I.

Male aging (>40 years) is associated with a decrease in the quantity and quality of spermatozoa, as well as epigenetic defects, DNA fragmentation, de novo mutations and increased reactive oxygen species (ROS) levels in the sperm. In somatic cells, aging and ROS produce DNA damage and decreased activity of DNA repair proteins, leading to genomic instability. Within germ cells, spermatocytes are especially affected by aging and ROS. During prophase I, the increase in ROS levels alters the activity of repair proteins, and results from our laboratory showed that male aging is associated with genomic damage. In males, the X and Y chromosomes pose an additional repair challenge, as they trigger a chromatin condensation and repair process called meiotic sex chromosome inactivation

(MSCI). MSCI is driven by a response to DNA damage, driven by the homologous and non- homologous DNA damage repair pathways. However, it is still unknown how aging affects

the repair of the X and Y chromosomes and the formation of the MSCI. In this work, the effect of male aging on the genomic stability of the X and Y sex chromosomes was studied. Using immunofluorescence, a series of proteins involved in the repair of double strand breaks (DSBs) were detected, where an increase in Rad51 foci was detected in the sex chromosomes, in addition to an increase in the ATR signal, which indicates that there is an increase in DSBs. Likewise, an increase in pCHK1 was observed in later stages of prophase I, which suggets that DSBs are not being repaired. On the other hand, there is no difference for 53bp1, which indicates that there are no changes in the non-homologous recombination pathway. Finally, a change in the timing of the appearance of H3K27ac was observed, suggesting damage caused by aging in the establishment process of MSCI. These results suggest that there is an increase in DNA fragmentation and possible damage in the DSB repair pathways, in the same way the repression of gene expression during prophase I would be affected.