Early programming of the oocyte epigenome temporally controls late prophase I transcription and chromatin remodelling

Oocytes are arrested for long periods of time in the prophase of the first meiotic division (prophase I). As chromosome condensation poses significant constraints to gene expression, the mechanisms regulating transcriptional activity in the prophase I-arrested oocyte are still not entirely understood. We hypothesized that gene expression during the prophase I arrest is primarily epigenetically regulated. Here we comprehensively define the Drosophila female germ line epigenome throughout oogenesis and show that the oocyte has a unique, dynamic and remarkably diversified epigenome characterized by the presence of both euchromatic and heterochromatic marks. We observed that the perturbation of the oocyte's epigenome in early oogenesis, through depletion of the dKDM5 histone demethylase, results in the temporal deregulation of meiotic transcription and affects female fertility. Taken together, our results indicate that the early programming of the oocyte epigenome primes meiotic chromatin for subsequent functions in late prophase I.

Exploration d’un modèle d’étude simplifié de la spermiogenèse par l’utilisation de la levure à fission

Résumé: Les cellules germinales mâles remodèlent leur chromatine pour compacter leur noyau afin de protéger leur matériel génétique et assurer un transit optimal vers le gamète femelle. Il a été démontré que tous les spermatides de plusieurs mammifères, incluant l’homme et la souris, présentaient ce mécanisme de remodelage de la chromatine. Celui-ci est caractérisé par une augmentation transitoire de cassures d’ADN dont une quantité importante sont bicaténaires. Ce remodelage chromatinien a été étudié et semble être conservé chez plusieurs espèces, allant de l’algue à l’humain. Dans le contexte de la recherche fondamentale sur le phénomène de la spermiogenèse, il devient parfois très difficile d’investiguer certains aspects importants en vertu de l’impossibilité de réaliser des manipulations génétiques simples. Il est donc impératif de développer un nouveau modèle d’étude plus permissif afin de palier à ces difficultés encourues. Comme le processus de maturation des spores chez la levure à fission présente de grandes similitudes avec la spermiogenèse des mammifères, l’utilisation d’un modèle d’étude basé sur la sporulation de la levure à fission Schizosaccharomyces pombe a été proposée comme modèle comparatif de la spermatogenèse murine. À la suite de la synchronisation de la méiose de la souche S. pombe pat1-114, des analyses d’électrophorèse en champ pulsé (PFGE) et de qTUNEL ont permis de déterminer la présence de cassures bicaténaires transitoires de l’ADN lors de la maturation post-méiotique des ascospores nouvellement formés (t>7h). Des analyses par immunobuvardages dirigés contre le variant d’histones H2AS129p suggère la présence d’un remodelage chromatinien postméiotique dix heures suivant l’induction de la méiose, corroborant le modèle murin. Enfin, des analyses protéomiques couplées à l’analyse par spectrométrie de masse ont permis de proposer l’endonucléase Pnu1 comme candidat potentiellement responsable des cassures bicaténaires transitoires dans l’ADN des ascospores en maturation. En somme, bien que le processus de maturation des spores soit encore bien méconnu, quelques parallèles peuvent être tracés entre la maturation des ascospores de la levure à fission et la spermiogenèse des eucaryotes supérieurs. En identifiant un modèle simple du remodelage chromatinien au niveau de la spermiogenèse animale, on s’assurerait ainsi d’un outil beaucoup plus malléable et versatile pour l’étude fondamentale des événements survenant lors de la spermiogenèse humaine.

Modeling the distribution of crossovers and interference with mice DNA data

Chiasma and crossover are two related biological processes of great importance in the understanding genetic variation. The study of these processes is straightforward in organisms where all products of meiosis are recovered and can be observed. This is not the case in mammals. Our understanding of these processes depends on our ability to model them. In this study I describe the biological processes that underline chiasma and crossover as well as the two main inference problems associated with these processes: i) in mammals we only recover one of the four products of meiosis and, ii) in general, we do not observe where the crossovers actually happen, but we find an interval containing type-2 censored information. NPML estimate was proposed and used in this work and used to compare chromosome length and chromosome expansion through the crosses.

Desarrollo y dinámica de los folículos ováricos desde la etapa fetal hasta la prepuberal en bovinos

Resumen Esta revisión compila el desarrollo y la dinámica folicular con una perspectiva histológica y de biología del desarrollo, desde la etapa fetal hasta prepuberal en bovinos (Bos taurus). Se trata de un proceso complejo y coordinado, con cambios fisiológicos y morfológicos que intervienen en la diferenciación y el desarrollo ovocitario. Los folículos son la unidad fundamental del ovario y comandan los procesos reproductivos y las fases del ciclo estral, con dos funciones fundamentales, la producción de hormonas y de ovocitos. La formación de folículos primordiales se conoce como el proceso de ensamblaje folicular, en el cual “nidos” de ovocitos completan su proliferación mitótica y comienzan la meiosis, mientras que muchos de estos folículos se vuelven apoptóticos, favoreciendo la desorganización de los nidos. El proceso de formación de folículos primordiales comienza durante el desarrollo fetal en bovinos, aproximadamente a los 80 días de gestación. Existe gran variación individual en el número de folículos, existiendo un pool de reserva ya al nacimiento. De unos 2.700.000 folículos primordiales constituidos al final del ensamblaje folicular, 90% degeneran, quedando al nacimiento aproximadamente 135.000 células germinales, las cuales declinan rápidamente hasta la pubertad y luego de ella. Los folículos primordiales se desarrollan a folículos primario, secundario, antral y preovularorio (en hembras adultas). Estas transiciones implican cambios citológicos, histológicos y morfológicos que son descritos. En terneras, igual que en animales adultos, ocurren ondas de crecimiento folicular, que aparecen a la segunda semana de vida. En la pubertad se observan importantes cambios endócrinos y ováricos y es influida por múltiples factores. El desarrollo folicular está íntimamente vinculado al futuro desempeño reproductivo de las hembras, por lo cual su conocimiento es fundamental para un adecuado manejo reproductivo de la hembra bovina y para ampliar las investigaciones vinculadas a esta disciplina

Avaliação da crioinjúria em ovócitos imaturos e maturados in vitro e produção de embriões a partir de ovócitos bovinos vitrificados em Open Pulled Straw (OPS) e Cryotop

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Ciências Médicas, Programa de Pós-Graduação em Ciências Médicas, 2012.

Understanding the role of CAP proteins in the polarization process of C. elegans

La division cellulaire asymétrique est un processus crucial dans le développement des organismes multicellulaires puisqu’elle permet la génération de la diversité cellulaire. Les cellules qui se divisent de façon asymétrique doivent tout d’abord se polariser et correctement orienter leur fuseau mitotique pour ségréger des déterminants cellulaires en deux entités distinctes. L’embryon du nématode C. elegans est un modèle robuste et largement utilisé pour étudier la division cellulaire asymétrique. Dans cet embryon, le point d'entrée du spermatozoïde détermine l'axe de polarité antéro-postérieur. Suite à la fécondation, le cortex embryonnaire est uniformément contractile et un complexe conservé formé des protéines PAR-3, PAR-6 et PKC-3 (nommé complexe PAR-3 ci-dessous) est localisé sur l'ensemble du cortex. La complétion de la méiose maternelle induit une relaxation corticale au postétieur et un flux cortical vers l’antérieur de l’embryon. Ces contractions corticales asymétriques mènent à la formation d'un domaine antérieur contenant le complexe PAR-3, tandis que le cortex postérieur, dont le complexe PAR-3 s’est délocalisé, est enrichi avec les protéines PAR-2 et PAR-1. Par conséquent, les domaines formés par les protéines PAR définissent un pôle antérieur et un pôle postérieur dans l'embryon suite au remodelage du cytosquelette. Les protéines PAR-4 et PAR-5 restent localisées de façon uniforme dans l'embryon. Curieusement, les protéines PAR exercent une régulation par rétroaction sur la contractilité corticale. Il a été montré qu’une des protéines PAR récemment identifiée, PAR-5, est orthologue à la protéine adaptatrice 14-3-3 et joue un rôle important dans la contractilité corticale. En dépit de son rôle central dans la contractilité corticale et le processus de polarisation cellulaire, le mécanisme par lequel PAR-5 régule la contractilité corticale n’est pas bien compris. Le but de ce projet est de mieux comprendre comment PAR-5 et ses interacteurs contrôlent la régulation des contractions corticales et, de ce fait, la polarité cellulaire. Dans un essai de capture de la protéine GST (GST pull-down), nous avons identifié plusieurs nouveaux interacteurs de PAR-5. Parmi ceux-ci, nous avons trouvé CAP-2 (protéine de coiffage de l'actine), qui a été identifiée dans des éxpériences de capture de 14-3-3 dans trois systèmes modèles différents. CAP-2 est un hétérodimère des protéines CAP, qui sont impliquées dans la régulation de l'actine. Nous avons trouvé que la déplétion des protéines CAP par interférence à l’ARN dans des vers de type sauvage mène à une augmentation létalité embryonnaire, ce qui suggère que ces protéines jouent un rôle important dans le développement embryonnaire. L'imagerie en temps réel d'embryons déplétés pour les protéines CAP montre qu’ils ont une diminution des contractions corticales avec un sillon de pseudoclivage mois stable, suggérant un défaut dans la régulation du cytosquelette d'actine-myosine. Ceci a également été confirmé par la diminution de la vitesse et du nombre de foci de NMY-2::GFP. En outre, ces embryons montrent une légère diminution de la taille du croissant cortical de PAR-2 lors de la phase d’établissement de la polarité. Les embryons déplétés en CAP-2 montrent également un retard dans la progression du cycle cellulaire, mais le lien entre ce phénotype et la régulation des contractions corticales reste à être précisé. La caractérisation des protéines CAP, des régulateurs du remodelage du cytosquelette, permettra d'améliorer notre compréhension des mécanismes qui sous-tendent l'établissement et le maintien de la polarité cellulaire, et donc la division cellulaire asymétrique.

Understanding the role of CAP proteins in the polarization process of C. elegans

La division cellulaire asymétrique est un processus crucial dans le développement des organismes multicellulaires puisqu’elle permet la génération de la diversité cellulaire. Les cellules qui se divisent de façon asymétrique doivent tout d’abord se polariser et correctement orienter leur fuseau mitotique pour ségréger des déterminants cellulaires en deux entités distinctes. L’embryon du nématode C. elegans est un modèle robuste et largement utilisé pour étudier la division cellulaire asymétrique. Dans cet embryon, le point d'entrée du spermatozoïde détermine l'axe de polarité antéro-postérieur. Suite à la fécondation, le cortex embryonnaire est uniformément contractile et un complexe conservé formé des protéines PAR-3, PAR-6 et PKC-3 (nommé complexe PAR-3 ci-dessous) est localisé sur l'ensemble du cortex. La complétion de la méiose maternelle induit une relaxation corticale au postétieur et un flux cortical vers l’antérieur de l’embryon. Ces contractions corticales asymétriques mènent à la formation d'un domaine antérieur contenant le complexe PAR-3, tandis que le cortex postérieur, dont le complexe PAR-3 s’est délocalisé, est enrichi avec les protéines PAR-2 et PAR-1. Par conséquent, les domaines formés par les protéines PAR définissent un pôle antérieur et un pôle postérieur dans l'embryon suite au remodelage du cytosquelette. Les protéines PAR-4 et PAR-5 restent localisées de façon uniforme dans l'embryon. Curieusement, les protéines PAR exercent une régulation par rétroaction sur la contractilité corticale. Il a été montré qu’une des protéines PAR récemment identifiée, PAR-5, est orthologue à la protéine adaptatrice 14-3-3 et joue un rôle important dans la contractilité corticale. En dépit de son rôle central dans la contractilité corticale et le processus de polarisation cellulaire, le mécanisme par lequel PAR-5 régule la contractilité corticale n’est pas bien compris. Le but de ce projet est de mieux comprendre comment PAR-5 et ses interacteurs contrôlent la régulation des contractions corticales et, de ce fait, la polarité cellulaire. Dans un essai de capture de la protéine GST (GST pull-down), nous avons identifié plusieurs nouveaux interacteurs de PAR-5. Parmi ceux-ci, nous avons trouvé CAP-2 (protéine de coiffage de l'actine), qui a été identifiée dans des éxpériences de capture de 14-3-3 dans trois systèmes modèles différents. CAP-2 est un hétérodimère des protéines CAP, qui sont impliquées dans la régulation de l'actine. Nous avons trouvé que la déplétion des protéines CAP par interférence à l’ARN dans des vers de type sauvage mène à une augmentation létalité embryonnaire, ce qui suggère que ces protéines jouent un rôle important dans le développement embryonnaire. L'imagerie en temps réel d'embryons déplétés pour les protéines CAP montre qu’ils ont une diminution des contractions corticales avec un sillon de pseudoclivage mois stable, suggérant un défaut dans la régulation du cytosquelette d'actine-myosine. Ceci a également été confirmé par la diminution de la vitesse et du nombre de foci de NMY-2::GFP. En outre, ces embryons montrent une légère diminution de la taille du croissant cortical de PAR-2 lors de la phase d’établissement de la polarité. Les embryons déplétés en CAP-2 montrent également un retard dans la progression du cycle cellulaire, mais le lien entre ce phénotype et la régulation des contractions corticales reste à être précisé. La caractérisation des protéines CAP, des régulateurs du remodelage du cytosquelette, permettra d'améliorer notre compréhension des mécanismes qui sous-tendent l'établissement et le maintien de la polarité cellulaire, et donc la division cellulaire asymétrique.

Evolutionarily conserved mechanisms of male germline development in flowering plants and animals

Sexual reproduction is the main reproductive strategy of the overwhelming majority of eukaryotes. This suggests that the last eukaryotic common ancestor was able to reproduce sexually. Sexual reproduction reflects the ability to perform meiosis, and ultimately generating gametes, which are cells that carry recombined half sets of the parental genome and are able to fertilize. These functions have been allocated to a highly specialized cell lineage: the germline. Given its significant evolutionary conservation, it is to be expected that the germline programme shares common molecular bases across extremely divergent eukaryotic species. In the present review, we aim to identify the unifying principles of male germline establishment and development by comparing two very disparate kingdoms: plants and animals. We argue that male meiosis defines two temporally regulated gene expression programmes: the first is required for meiotic commitment, and the second is required for the acquisition of fertilizing ability. Small RNA pathways are a further key communality, ultimately ensuring the epigenetic stability of the information conveyed by the male germline.

H3K4me3 - dependent epigenetic memory regulates transcriptional reactivation in the oocyte

SELECTED ORAL COMMUNICATIONS, SESSION 52: EPIGENETIC PATTERN IN OOCYTE AND EMBRYO, Tuesday 16 June 2015. This article/study appears in: Abstract book of the 31st ESHRE Annual Meeting, Lisbon, Portugal, 14-17 June 2015.

Cytogenetic characterization of the Passiflora edulis Sims x Passiflora cincinnata Mast. interspecific hybrid and its parents.

The genus Passiflora L. consists of approximately 530 widely distributed species, including Passiflora edulis, which has drawn interest because of its commercial and agronomic value. Passiflora cincinnata is another important species owing to its long flowering period and resistance or tolerance to diseases and pests. In the present study, the meiotic segregation and pollen viability of an interspecific hybrid (P. edulis x P. cincinnata) and its parents were analyzed. The genomic contents were characterized using chromomycin A3 (CMA3)/40-60-diamidino-2-phenylindole (DAPI) staining, fluorescent in situ hybridization with 5S/45S ribosomal DNA (rDNA), genomic in situ hybridization (GISH), and inter-simple sequence repeat (ISSR) markers. The results indicated the diploid chromosome number for the parents and interspecific hybrid was 2n = 18. We also observed regular meiosis, one pair of S rDNA sites, and two pairs of 45S rDNA sites that colocalized with two pairs of CMA3 /DAPI- bands. The GISH data revealed three distinct chromosomal groups in the hybrid. The genetic origins of the interspecific hybrid, and its relationship with its parents were also confirmed using ISSR markers.

Interspecific hybrids between Paspalum plicatulum and P. oteroi: a key tool for forage breeding.

2016