Blga. María Leticia Amésquita Cárdenas FACULTAD DE MEDICINA UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO DEPARTAMENTO DE MORFOLOGÍA HUMANA BIOLOGÍA MOLECULAR Y CELULAR.

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1 Blga. María Leticia Amésquita Cárdenas FACULTAD DE MEDICINA UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO DEPARTAMENTO DE MORFOLOGÍA HUMANA BIOLOGÍA MOLECULAR Y CELULAR Ciclo celular: Meiosis. Gametogénesis.

2 Fenómeno especial ciclo celular Reduce número cromosomas ½ Resultado células hijas haploides en ciclo de vida Sin meiosis cromosomas duplicados en c/generación reproducción sexual imposible MEIOSIS Forma de reproducción celular en células sexuales → gametos Célula parental contiene un par de cromosomas homólogos Homólogos se separan en meiosis I Células hijas contienen solo un homólogo Las cuatro células hijas contienen ½ cromosomas. MEIOSIS I MEIOSIS II 2n n n Dos divisiones

3 MEIOSIS Pasos preparatorios en la meiosis: Idénticos en patrón y nombre a ciclo celular c. somáticas INTERFASE: 3 fases: G1: ↑ tamaño, forma y organelos Fase S: - Utiliza menos replicones  larga - Síntesis en 98 % ADN cerca 0.3% replica cigoteno G2: Fenómeno que dirige a célula hacia la meiosis DIVISIÓN: M I: Profase I ( 5 estadios), MI, AI, TI M II: Profase II, MII, AII, TII Eventos esenciales Sinapsis Recombinación Segregación Griego: Meium = disminución

4 PRIMERA DIVISIÓN PROFASE I Muy larga Cromosomas se aparean íntimamente, al tiempo que se condensan e intercambian material genético Etapas – Leptoteno – Cigoteno – Paquiteno – Diploteno – Diacinesis

5 LEPTOTENO Cromosomas condensan  filamentos Nucléolos presentes Cromátidas hermanas forman “bouquet” al final de fase al contactar telómeros con membrana nuclear Lateralización de los elementos axiales que unen las dos cromátidas hermanas (gr. leptos = delgado, nema = filamento) Secuencias homólogas de cromosomas empiezan a reconocerse. Inicio de recombinación

6 ZIGOTENO  Mayor condensación del ADN.  Comienza sinapsis de cromosomas homólogos, a nivel de telómeros y centrómeros  Forma el complejo sinaptonémico.  Inicia la recombinación  Formación bivalentes o tétradas (Griego: zygon = pareja, tocar a otro)

7 CIGOTENO Complejo sinaptonémico (CS) Funciones del CS: Estabilizar apareamiento de homólogos Facilitar recombinación Insensibles a Dnasa Elementos laterales Elemento central SYCP3 (COR 1) REC 8 SYCP2 RAD 1 TOPOISOMERASAS II COHESINAS

8 PAQUITENO (gr. pachys = grueso)  Complejo sinaptonémico completo  Cromosomas unidos en sitios crossing over  Varones cromosomas X e Y unidos parte distal brazos cortos = homología  Intercambio mediado proteínas que forman nódulo de recombinación.  Dura días  Entrecruzamiento → fuente de variabilidad

9 MECANISMO DE RECOMBINACIÓN Rotura física de ADN Proceso preciso Con adición o pérdida de un solo par nt Participación enzimas 1. Alineados los homólogos se une Spo 11 genera rotura en cadena doble 2. Degradación parcial por exonucleas 5’ ----3’ cadenas rotas terminación 3’OH 3. Asociación de Rad 51 y DMC1 a extemo 3’ e invade cromátide no hermana 4. Extremos 3’ acoplados a cadenas sanas de homólogos y síntesis de ADN tipo reparativo usando cadenas sanas. 5. Resultado de intercambio reciproco cadenas de ADN forman heteroduplex contiene cruces de ADN o unión Holliday flanquean la región de intercambio 6. Homólogos contienen fragmentos cortos de intercambio genético falta de cruce 7. Rotura y ligadura doble hélice de la molécula homóloga, crea sitio de recombinación genética Rec 8P Spo= sporulating protein Rad 51 = recombinasa DMC1= recombinasa 1 de DNA meiótico Extremos 3’ invasores acoplados a Rad51- DMC1, busca ADNc de homólogo

10 Proteínas del apareamiento, sinapsis y recombinación SPO11= rompe uniones covalente de doble cadena H2AX= señaliza sitios rotos en doble cadena ATM= ataxia telangiectasia mutada, fosforila a H2AX RAD 51/DMC1= Proteína sensible a radiación 51/proteína de disrrupción meiótica de cDNA 1. Reparan ADN MLH3 /MLH1= proteínas de reparación de DNA mal apareado MLH3 indispensable para formación de quiasmas y desfosforila a H2AX

11 DIPLOTENO  Complejo sinaptonémico desaparece  Cromosomas unidos quiasmas o nódulos de recombinación  Nódulos recombinación= proteína MLH1-MLH3  Quiasmas → Indispensable alineamiento cromosomas metafase  Bivalente= par cromosomas posee 4 cromátides unido quiasma visible  Diploteno. Ovocitos estáticos por Factor inhibidor de la maduración del oocito (OMI= AMPc /GMPc) producido por células de granulosa o teca.  Transcripción activa: ADN descondensa  Crecimiento del oocito, por material de reserva, ARN y proteínas  Inicio formación Oocito I en 3er mes (gr. diploos = doble)

12 [La figura, disponible en www.interscience.wiley.com.] ASPECTOS MOLECULARES DEL 1° ARRESTO MEIOTICO cGMP Detención meiótica en la etapa de diploteno en el folículo preovulatorio. 1. El cAMP y cGMP transfieren ovocito por uniones gap. 2. ↑ cGMP inactiva PDE3A y previene hidrólisis cAMP de ovocitos. 3. ↑ AMPc ovocitos ↑ actividad de PKA. 4. ↑ actividad PKA inaactiva fosfatasa Cdc25B y activa Wee1 / Myt1 5. Wee1/Myt1 → fosforilación de CDK1 ↓ Inactiva a MPF. 6. MPF inactivo oocito en diploteno.

13 DIACINESIS  Cromosomas se acortan y condensan  Bivalentes unen a microtúbulos del huso migran a ecuador célula  Quiasmas terminales hasta metafase.  Cromosomas grandes quiasma desaparece en anafase  Membrana nuclear se rompe y nucléolo desaparece  Fase activa por estímulo hormonal: LH (gr. dia = a través)

14 1. LH → receptor células granulosa → AMPc x vía AC. 2. ↑ AMPc → PKA / PKC ↓ produce Factores similares EGF células cúmulo y granulosa. 3. Factores similares a EGF → MAPK ↓fosforila conexina 43 cumulo y granulosa 4. Unión gap cerrada → no transferencia AMP y cGMP. 5. cGMP↓↑ PDE3A →↓ cAMP x hidrolisis oocito 6. ↓ AMP ↓PKA → activa la fosfatasa Cdc25B e inactiva Wee1 / Myt1kinase 7. MPF desfosforilado → reanudación meiosis Modelo de reanudación meiótica inducida por LH en ovocitos foliculares. Figura, disponible en www.interscience.wiley.com.

15 METAFASE I Bivalentes alineados en ecuador Homólogos unidos x quiasmas terminales. Bivalente largo, presenta varias aberturas entre quiasmas. Bivalentes corto, existe solo una abertura anular. Fibras del huso asociadas al cinetocoro Cinetocoro del homólogos dirigidos al mismo polo

16 DISTRIBUCIÓN AL AZAR

17 ANAFASE I  Desaparecen quiasmas  Homólogos se separan. Reducción del material genético.  Segregación de homólogos depende de proteínas asociadas a cinetocoro: 1. Los complejos entrecruzadores y cohesinas 2. Shugoshinas

18 SEGREGACIÓN DE CROMOSOMAS RECLUTAN FOSFATASAS FOSFORILACIÓN DE COHESINAS POR Cdc5 PP2A (protein phosphatase 2A) Elimina 2 P de cohesina Centroamérica evita acción de separasa

19 TELOFASE I Forma envoltura nuclear separan células haploides (n) con 2 cromátidas. Algunos organismos, no forma membrana nuclear y pasa directamente a II división meiótica. Cromatina descondensada

20 SEGUNDA DIVISIÓN MEIOTICA Interfase corta → Sin duplicación del DNA. Profase II 1. Membrana nuclear se rompe. 2. Cromosomas: Inician a condensarse. Se unen a las fibras del huso mitótico Migran hacia el plano ecuatorial de la célula.

21 Metafase II  Cromosomas en plano ecuatorial con fibras huso conectado a cinetocoros  En humanos se detiene por factor citostático CSF ( MOS)  Ovocito se pierden en este estadio con ovulación sino hay fecundación

22 Vía Mos / MEK / MAPK usa a proteínas MISS y DOC1R. Estabiliza el huso y la síntesis de ciclina B induce estabilización MPF. Estabilidad huso y MPF mantienen arresto en etapa M-II. Figura. Disponible en www.interscience.wiley.com. ASPECTOS MOLECULARES DEL 2° ARRESTO MEIOTICO

23 REANUDACION DE LA MEIOSIS ↑ de Ca++ intracelular ↓ induce Degrada ciclina B Por perdida de CSF ⇒ APC ↑ ↓ entra Oocito anafase II

24 Anafase II Inicia cuando centrómeros se han dividido y termina cuando los cromosomas llegan a polos. Eventos:  Separa cromátides hermanas tracción fibras huso ejercen sobre cinetocoros.  El centrómero se separa y dos cromátidas hijas se dirigen a polos opuestos

25 Telofase II Cromosomas están en polos y descondensan. Cada polo recibe un juego haploide de cromátides Forma membrana nuclear y nucleolo. Ocurre división celular; citocinesis→ cuatro núcleos hijos con composición genética diferente.

26 CONSECUENCIAS GENÉTICAS DE LA MEIOSIS Reducción N° cromosomas 2N a N Segregación de alelos en meiosis I y II Variabilidad genética: –Entrecruzamiento del material genético – Distribución del material genético por segregación aleatoria de homólogos

27 ALTERACIONES EN MEIOSIS Falta de quiasmas entre homólogos Orientación incorrecta en huso en 1° división Homólogo separan y migran al mismo polo ♀ avanzada edad ovocitos sin quiasmas y anormales. ND materna y paterna diferencian ND materna= aneuploidías autosómicas ND paterna= aneuploidías sexuales 50% XO e XXY 100% XYY Rec 8 centrómero ÷ cromátidas hermanas

28 ¿Gametogenesis? Proceso Células 2n meiosis Gametos n diferenciados y especializados Testículos Ovario

29 ESPERMATOGENESIS Comienza: espermatogonias Finaliza: en espermatozoides Inicio: pubertad Localización: Túbulos seminíferos del testículo. Tiempo: 64 días en el hombre.

30 Figura 21-27 Biología molecular de la célula, quinta edición (© Garland Science 2008 y Ediciones Omega 2010) - Fase mitótica proliferativa: aumento número de espermatogonia - Fase meiótica: reduce número cromosómico y genera diversidad genética  Espermatocitos I  Espermatocitos II  Espermátidas -Fase de diferenciación = espermiogénesis -Espermátidas  espermatozoides FASES DE LA ESPERMATOGENESIS

31 ETAPAS DE LA ESPERMIOGENESIS ESPERMÁTIDA FASE GOLGI FASE CASQUETE FASE ACROSOMA FASE MADURACIÓN Todo proceso, de espermatogonia a espermatozoide entre 64 a 74 días Fase de Golgi - Forma gránulo acrosómico asociado a membrana nuclear por fusión de RE y C. Golgi Fase de casquete - Crecimiento de capuchón acrosómico, el centriolo y el cuerpo de la cromatina migran hacia el polo posterior y se inicia formación de flagelo Fase de acrosoma -Transformaciones morfológicas drásticas, condensación, elongación y cambios de forma -Mitocondrias se empiezan alinear Fase de maduración -Las espermátidas completan su diferenciación, formación del flagelo, cuello o pieza media -Liberación de células haploides -Nucleosomas desaparecen, asociación lateral de fibra cromatínica -Histonas sustituidas x protaminas (arg y Lis)

32 Ovario TRES FASES → Ovario -Fase Mitótica proliferativa: Células germinales primordiales ↑número, crecen y diferencian → ovogonia Ovogonia prolifera x mitosis de 5°a 7° mes →ovocitos I rodea células. -Fase Meiótica -Fase Meiótica: O vocito I → ovocito II Ocurre: - ↓número de cromosomas - Variabilidad genética -Fase de Diferenciación -Fase de Diferenciación: Casi totalidad ovocitos completado profase I antes nacimiento. OVOGENESIS

33 FASES DEL DESARROLLO DE UN OOCITO Secundario maduro ovulación Folículo primordial constituido por una capa de células foliculares aplanadas que rodean un ovocito primario Folículo primario, (crecimiento) en la pubertad, las células foliculares cambian a forma redonda y luego a cilíndricas; aparece alrededor del ovocito la zona pelúcida - Folículo secundario proliferación continua, Z. Pelúcida se engrosa - La teca interna se vasculariza - Teca externa tejido conjuntivo a modo de capsula se continua con estroma ovárico - Aparece antro - Gran antro con líquido folicular - Zona pelúcida rodeado por células foliculares = corona radiada - Separación de oocito de corona radiada unido al mismo cúmulo ooforo - Cel. Foliculares expresan receptores de H. luteinizantes para formación de cuerpo lúteo - Folículo hace protrusión en superficie ovárica - Aumenta LH facilita rotura folículo - Pocas horas de ovulación teca inicia transformación en cuerpo lúteo

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35 Fuente Bibliográfica Alberts Cooper Kierszenbaum Grelon M. Meiotic recombination mechanisms. Comptes Rendus Biologies [internet].2016 jul. [citado 2020 oct 8]; vol 339(7). P.247-251. Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1631069116300269?via%3Dihub https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1631069116300269?via%3Dihub Tripathi A, Prem Kumar K, Chaube S. Meiotic Cell Cycle Arrest in Mammalian Oocytes. Journal of Journal of Cellular Physiology. [Internet]. 2010 [cited 11 October 2020]; 223: 592–600. Available from: https://www.researchgate.net/publication/41969921_Meiotic_Cell_Cycle_Arrest_in _Mammalian_Oocyteshttps://www.researchgate.net/publication/41969921_Meiotic_Cell_Cycle_Arrest_in