Es presenta un resum de les transformacions epigenètiques que experimenta el DNA en
el procés de diferenciació dels gàmetes i en el desenvolupament de l'embrió.The epigenetic transformations of DNA during the differenciation of gametes and the
development of the embryo are briefly presented

Subirana, Joan A.

Revistes Catalanes amb Accés Obert

Una visió de la transmissió del DNA de 
pares a fills és que es tracta d’un simple 
procés de duplicació del DNA des de les cèl-
lules primordials de les gònades passant 
pels gàmetes, la fecundació i el desenvolu-
pament embrionari . L’espermatozoide seria 
un simple vehicle de transport del genoma 
haploide del pare . En l’embrió aviat se sepa-
ren les cèl·lules primordials que donen lloc 
a la gònada, la qual entra en un procés de 
diferenciació marcat en arribar a la madu-
resa sexual (pubertat en humans), moment 
en el qual comencen a formar-se gàmetes 
madurs en quantitats variables segons l’es-
pècie . Aquest procés es veu influït aleatò-
riament per mutacions, delecions locals i 
duplicacions espontànies, que poden mo-
dificar la seqüència del DNA . En realitat el 
procés és més complex, ja que el DNA està 
subjecte a canvis més subtils, de tipus epi-
genètic, és a dir, canvis que no modifiquen 
la seqüència de bases del DNA . Els últims 
DOI: 10 .2436/20 .1501 .02 .54 Biologia de la reproducció 
(Mercè Durfort i Francesca Vidal, ed .)
Treballs de la SCB . Vol . 59 (2008) 9-12
UNA ULLADA A LES TRANSFORMACIONS EPIGENÈTIQUES  
DEL DNA EN LA REPRODUCCIÓ
Juan Antonio Subirana
Universitat Politècnica de Catalunya.
Adreça per a la correspondència: Juan Antonio Subirana . Universitat Politècnica  
de Catalunya . ETSEIB, Pavelló G . Av . Diagonal, 647 . 08028 Barcelona .  
Adreça electrònica: juan .a .subirana@upc .edu .
RESUM
Es presenta un resum de les transformacions epigenètiques que experimenta el DNA en 
el procés de diferenciació dels gàmetes i en el desenvolupament de l’embrió .
Paraules clau: epigenètica, metilació del DNA, espermatozoide, oòcit, gàmeta .
OVERVIEW OF DNA EPIGENETIC CHANGES IN REPRODUCTION
SUMMARY
The epigenetic transformations of DNA during the differenciation of gametes and the 
development of the embryo are briefly presented .
Key words: epigenetics, DNA methylation, sperm, oocyte, gamete .
10  J. A. SUbirAnA
anys s’ha demostrat que aquests canvis te-
nen una gran importància en molts àmbits 
de la biologia (Allis et al ., 2007) . Per exem-
ple algunes bases del DNA poden ser mo-
dificades, més o menys transitòriament, i 
marquen el DNA en el procés de diferen-
ciació cel·lular (imprinting) . El canvi més es-
tudiat és la metilació de la citosina en al-
gunes zones que tenen seqüències CG, però 
altres modificacions són possibles . Una mo-
dificació molt diferent són els canvis que es 
poden produir en zones repetitives que ori-
ginin una inestabilitat del genoma (Somers, 
2006; Lees-Murdock i Walsh, 2008) .
Un altre fenomen paral·lel és el canvi no-
table que experimenten les altres molècu-
les associades amb el DNA al llarg de tot 
aquest procés, com descriuen Kurtz et al . en 
un article d’aquest volum . Els canvis en les 
proteïnes bàsiques són notables, però tam-
bé hi ha canvis importants en altres proteï-
nes i en les molècules de RNA nuclear, que 
es troben en grans quantitats en els oòcits 
i en quantitats minúscules en els esperma-
tozoides . En aquests últims no és clar quin 
és el paper d’aquest RNA (Costa, 2008; Car-
rel, 2008) .
En els organismes adults alguns gens es-
tan marcats, de manera que tenen una ex-
pressió diferencial segons estiguin en un 
Figura 1. Procés de marcatge (imprinting) del DNA en els gàmetes. Quan les cèl·lules germinals primor-
dials emigren a la gònada són desmetilades. Així els oòcits aturats en la meiosi i no presenten senyals de 
metilació. Més tard les cèl·lules germinals es tornen a metilar d’una manera especifica segons el sexe de 
l’embrió. Les marques de metilació s’indiquen simbòlicament com rodones blanques en els mascles i ne-
gres en les femelles. El nombre real de marques de metilació és molt més gran; les rodones solament indi-
quen el seu nombre relatiu (Lawrence i Moley, 2008).
Gònada 
primordial 
Zigot 
Embrió 
Cèl·lules 
somàtiques
XX 
XY 
Espermatogoni 
Oòcits aturats 
Desmetilació en
la gònada no
diferenciada
Oòcit
aturat en
meiosi ??
Cèl·lula 
primordial
en migració
Desmetilació de les 
seqüències no marcades 
  Fertilització 
Espermàtida 
Espermatozoide 
Oòcits en 
creixement 
    UnA UllAdA A leS trAnSformACionS ePigenètiqUeS del dnA en lA reProdUCCió  11
cromosoma d’origen patern o matern . Els 
canvis en l’expressió maternopaterna estan 
associats a diverses malalties i a una viabi-
litat menor (Carrel 2006; Lawrence i Moley, 
2008; Lees-Murdock i Walsh, 2008) . Aquest 
marcatge s’està estudiant en detall tant en 
humans com en ratolins, les dues espèci-
es que han servit per aclarir la complexitat 
d’aquest procés, que es presenta de manera 
simplificada a la figura 1 . La metilació del 
DNA varia segons els teixits i l’estadi meta-
bòlic de les cèl·lules . Moltes regions del ge-
noma són metilades en algun moment, però 
només en alguns gens l’estat de metilació és 
transmès dels gàmetes a l’embrió . Com pot 
veure’s a la figura 1, el procés és diferent 
en els gàmetes masculins i femenins . Tant en 
els espermatogonis fetals com en els oò-
cits en repòs totes les marques de metila-
ció han estat esborrades . Només quan s’ac-
tiva el procés de diferenciació dels gàmetes 
el DNA és metilat d’una manera massiva . 
El procés es completa més aviat en els es-
permatozoides que en els oòcits . Com a re-
sultat, en el zigot ens trobem amb un DNA 
metilat extensivament, però ràpidament el 
genoma és desmetilat en les primeres divi-
sions cel·lulars . Només les zones que que-
daran marcades en l’adult es mantenen me-
tilades, i són les que generen el marcatge 
paternal o maternal . A mesura que l’embrió 
creix, torna a posar-se en marxa el procés 
de metilació del DNA que acompanya la di-
ferenciació cel·lular . En canvi, en les cèl·lules 
que donaran lloc a la gònada primordial 
s’esborren totes les marques de DNA .
Ens trobem doncs, en els zigots, un DNA 
que té un marcatge diferent del de qualse-
vol cèl·lula somàtica . Com és, doncs, possi-
ble, el procés de trasplantament nuclear? 
Eliminant el nucli d’un oòcit madur i intro-
duint-li un nucli somàtic és possible obtenir 
un organisme adult clonat . Evidentment, el 
zigot pot, d’alguna manera, recuperar-se 
d’aquest marcatge diferencial i donar lloc 
a un adult viable . Però aquesta recupera-
ció no és completa i els organismes clonats 
d’aquesta manera presenten molts proble-
mes: una mida sovint més gran, una mor-
talitat elevada, susceptibilitat a moltes ma-
lalties, activació defectuosa d’alguns gens, 
etc .
Com a conclusió podem destacar que, a 
més dels grans canvis que experimenten els 
gàmetes en la seva composició proteica i en 
la seva morfologia, el DNA sofreix modifi-
cacions epigenètiques que influeixen d’una 
manera subtil en el desenvolupament de 
l’embrió . Aquests canvis poden influir en 
l’aparició de diverses malalties (Lawrence i 
Moley, 2008; Perrin et al ., 2007) . S’ha de te-
nir també en compte la presència de proteï-
nes minoritàries (Oliva et al ., 2008) i de RNA 
(Costa, 2008) en els espermatozoides, el pa-
per dels quals és desconegut . La presència 
d’histones minoritàries podria també influ-
ir en la funció dels espermatozoides (Kurtz 
et al ., 2008) .
BIBLIOGRAFIA
Allis, C . D .; Jenuwein, T .; Reinberg, D .; Caparros, M . 
L . (2007) . Epigenetics . Nova York: Cold Spring Har-
bor Laboratory Press .
Carrell, D . (2008) . «Contributions of spermatozoa 
to embryogenesis: assays to evaluate their genet-
ic and epigenetic fitness» . Reproductive BioMedicine 
Online, 16: 474-484 .
Costa, F . F . (2008) . «Non-coding RNAs, epigenetics 
and complexity» . Gene, 410: 9-17 .
Kurtz, K .; Martínez-Soler, F .; Ausió, J .; Chiva, M . 
(2008) . «Histones and nucleosomes in Cancer 
sperm (Decapod: Crustacea) Previously described 
as lacking basic DNA-associated proteins: A new 
model of sperm chromatin» . Journal of Cellular Bio-
chemistry . [En premsa]
Lawrence, L . T .; Moley, K . H . (2008) . «Epigenetics 
and assited reproductive technologies: human 
imprinting syndromes» . Seminars in Reproductive 
Medicine, 26: 143-152 .
Less-Murdock, D .; Walsh, C . P . (2008) . «DNA meth-
ylation reprogramming in the germ line» . A: 
12  J. A. SUbirAnA
Wilkins, J . [ed .] . Genomic imprinting . Berlín: Spring-
er, 1-15 .
Oliva, R .; Martinez-Heredia, J .; Estanyol, J . M . ANY 
«Proteomics in the study of the sperm cell compo-
sition, differentiation and function» . Systems Biolo-
gy in Reproductive Medicine, 54: 23-36 .
Perrin, M . C .; Brown, A . S .; Malaspina, D . (2007) . 
«Aberrant epigenetic regulation could explain the 
relationship of paternal age to schizophrenia» . 
Schizophrenia Bulletin, 33: 1270-1273 .
Somers, C . M . (2006) . «Expanded simple tandem re-
peat (ESTR) mutation induction in the male germ-
line: lessons learned from lab mice» . Mutation Re-
search, 598: 35-39 . 


Una Ullada a les transformacions epigenètiques del DNA en la reproducció

Hemeroteca Cientifica Catalana

Una visió de la transmissió del DNA de pares a fills és que es tracta d’un simple procés de duplicació del DNA des de les cèl-lules primordials de les gònades passant pels gàmetes, la fecundació i el desenvolu-pament embrionari . L’espermatozoide seria un simple vehicle de transport del genoma haploide del pare . En l’embrió aviat se sepa-ren les cèl·lules primordials que donen lloc a la gònada, la qual entra en un procés de diferenciació marcat en arribar a la madu-resa sexual (pubertat en humans), moment en el qual comencen a formar-se gàmetes madurs en quantitats variables segons l’es-pècie . Aquest procés es veu influït aleatò-riament per mutacions, delecions locals i duplicacions espontànies, que poden mo-dificar la seqüència del DNA . En realitat el procés és més complex, ja que el DNA està subjecte a canvis més subtils, de tipus epi-genètic, és a dir, canvis que no modifiquen la seqüència de bases del DNA . Els últims DOI: 10 .2436/20 .1501 .02 .54 Biologia de la reproducció (Mercè Durfort i Francesca Vidal, ed .)Treballs de la SCB . Vol . 59 (2008) 9-12UNA ULLADA A LES TRANSFORMACIONS EPIGENÈTIQUES  DEL DNA EN LA REPRODUCCIÓJuan Antonio SubiranaUniversitat Politècnica de Catalunya.Adreça per a la correspondència: Juan Antonio Subirana . Universitat Politècnica  de Catalunya . ETSEIB, Pavelló G . Av . Diagonal, 647 . 08028 Barcelona .  Adreça electrònica: juan .a .subirana@upc .edu .RESUMEs presenta un resum de les transformacions epigenètiques que experimenta el DNA en el procés de diferenciació dels gàmetes i en el desenvolupament de l’embrió .Paraules clau: epigenètica, metilació del DNA, espermatozoide, oòcit, gàmeta .OVERVIEW OF DNA EPIGENETIC CHANGES IN REPRODUCTIONSUMMARYThe epigenetic transformations of DNA during the differenciation of gametes and the development of the embryo are briefly presented .Key words: epigenetics, DNA methylation, sperm, oocyte, gamete .10  J. A. SUbirAnAanys s’ha demostrat que aquests canvis te-nen una gran importància en molts àmbits de la biologia (Allis et al ., 2007) . Per exem-ple algunes bases del DNA poden ser mo-dificades, més o menys transitòriament, i marquen el DNA en el procés de diferen-ciació cel·lular (imprinting) . El canvi més es-tudiat és la metilació de la citosina en al-gunes zones que tenen seqüències CG, però altres modificacions són possibles . Una mo-dificació molt diferent són els canvis que es poden produir en zones repetitives que ori-ginin una inestabilitat del genoma (Somers, 2006; Lees-Murdock i Walsh, 2008) .Un altre fenomen paral·lel és el canvi no-table que experimenten les altres molècu-les associades amb el DNA al llarg de tot aquest procés, com descriuen Kurtz et al . en un article d’aquest volum . Els canvis en les proteïnes bàsiques són notables, però tam-bé hi ha canvis importants en altres proteï-nes i en les molècules de RNA nuclear, que es troben en grans quantitats en els oòcits i en quantitats minúscules en els esperma-tozoides . En aquests últims no és clar quin és el paper d’aquest RNA (Costa, 2008; Car-rel, 2008) .En els organismes adults alguns gens es-tan marcats, de manera que tenen una ex-pressió diferencial segons estiguin en un Figura 1. Procés de marcatge (imprinting) del DNA en els gàmetes. Quan les cèl·lules germinals primor-dials emigren a la gònada són desmetilades. Així els oòcits aturats en la meiosi i no presenten senyals de metilació. Més tard les cèl·lules germinals es tornen a metilar d’una manera especifica segons el sexe de l’embrió. Les marques de metilació s’indiquen simbòlicament com rodones blanques en els mascles i ne-gres en les femelles. El nombre real de marques de metilació és molt més gran; les rodones solament indi-quen el seu nombre relatiu (Lawrence i Moley, 2008).Gònada primordial Zigot Embrió Cèl·lules somàtiquesXX XY Espermatogoni Oòcits aturats Desmetilació enla gònada nodiferenciadaOòcitaturat enmeiosi Cèl·lula primordialen migracióDesmetilació de les seqüències no marcades   Fertilització Espermàtida Espermatozoide Oòcits en creixement     UnA UllAdA A leS trAnSformACionS ePigenètiqUeS del dnA en lA reProdUCCió  11cromosoma d’origen patern o matern . Els canvis en l’expressió maternopaterna estan associats a diverses malalties i a una viabi-litat menor (Carrel 2006; Lawrence i Moley, 2008; Lees-Murdock i Walsh, 2008) . Aquest marcatge s’està estudiant en detall tant en humans com en ratolins, les dues espèci-es que han servit per aclarir la complexitat d’aquest procés, que es presenta de manera simplificada a la figura 1 . La metilació del DNA varia segons els teixits i l’estadi meta-bòlic de les cèl·lules . Moltes regions del ge-noma són metilades en algun moment, però només en alguns gens l’estat de metilació és transmès dels gàmetes a l’embrió . Com pot veure’s a la figura 1, el procés és diferent en els gàmetes masculins i femenins . Tant en els espermatogonis fetals com en els oò-cits en repòs totes les marques de metila-ció han estat esborrades . Només quan s’ac-tiva el procés de diferenciació dels gàmetes el DNA és metilat d’una manera massiva . El procés es completa més aviat en els es-permatozoides que en els oòcits . Com a re-sultat, en el zigot ens trobem amb un DNA metilat extensivament, però ràpidament el genoma és desmetilat en les primeres divi-sions cel·lulars . Només les zones que que-daran marcades en l’adult es mantenen me-tilades, i són les que generen el marcatge paternal o maternal . A mesura que l’embrió creix, torna a posar-se en marxa el procés de metilació del DNA que acompanya la di-ferenciació cel·lular . En canvi, en les cèl·lules que donaran lloc a la gònada primordial s’esborren totes les marques de DNA .Ens trobem doncs, en els zigots, un DNA que té un marcatge diferent del de qualse-vol cèl·lula somàtica . Com és, doncs, possi-ble, el procés de trasplantament nuclear? Eliminant el nucli d’un oòcit madur i intro-duint-li un nucli somàtic és possible obtenir un organisme adult clonat . Evidentment, el zigot pot, d’alguna manera, recuperar-se d’aquest marcatge diferencial i donar lloc a un adult viable . Però aquesta recupera-ció no és completa i els organismes clonats d’aquesta manera presenten molts proble-mes: una mida sovint més gran, una mor-talitat elevada, susceptibilitat a moltes ma-lalties, activació defectuosa d’alguns gens, etc .Com a conclusió podem destacar que, a més dels grans canvis que experimenten els gàmetes en la seva composició proteica i en la seva morfologia, el DNA sofreix modifi-cacions epigenètiques que influeixen d’una manera subtil en el desenvolupament de l’embrió . Aquests canvis poden influir en l’aparició de diverses malalties (Lawrence i Moley, 2008; Perrin et al ., 2007) . S’ha de te-nir també en compte la presència de proteï-nes minoritàries (Oliva et al ., 2008) i de RNA (Costa, 2008) en els espermatozoides, el pa-per dels quals és desconegut . La presència d’histones minoritàries podria també influ-ir en la funció dels espermatozoides (Kurtz et al ., 2008) .BIBLIOGRAFIAAllis, C . D .; Jenuwein, T .; Reinberg, D .; Caparros, M . L . (2007) . Epigenetics . Nova York: Cold Spring Har-bor Laboratory Press .Carrell, D . (2008) . «Contributions of spermatozoa to embryogenesis: assays to evaluate their genet-ic and epigenetic fitness» . Reproductive BioMedicine Online, 16: 474-484 .Costa, F . F . (2008) . «Non-coding RNAs, epigenetics and complexity» . Gene, 410: 9-17 .Kurtz, K .; Martínez-Soler, F .; Ausió, J .; Chiva, M . (2008) . «Histones and nucleosomes in Cancer sperm (Decapod: Crustacea) Previously described as lacking basic DNA-associated proteins: A new model of sperm chromatin» . Journal of Cellular Bio-chemistry . [En premsa]Lawrence, L . T .; Moley, K . H . (2008) . «Epigenetics and assited reproductive technologies: human imprinting syndromes» . Seminars in Reproductive Medicine, 26: 143-152 .Less-Murdock, D .; Walsh, C . P . (2008) . «DNA meth-ylation reprogramming in the germ line» . A: 12  J. A. SUbirAnAWilkins, J . [ed .] . Genomic imprinting . Berlín: Spring-er, 1-15 .Oliva, R .; Martinez-Heredia, J .; Estanyol, J . M . ANY «Proteomics in the study of the sperm cell compo-sition, differentiation and function» . Systems Biolo-gy in Reproductive Medicine, 54: 23-36 .Perrin, M . C .; Brown, A . S .; Malaspina, D . (2007) . «Aberrant epigenetic regulation could explain the relationship of paternal age to schizophrenia» . Schizophrenia Bulletin, 33: 1270-1273 .Somers, C . M . (2006) . «Expanded simple tandem re-peat (ESTR) mutation induction in the male germ-line: lessons learned from lab mice» . Mutation Re-search, 598: 35-39 . 

Una Ullada a les transformacions epigenètiques del DNA en la reproducció

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Revistes Catalanes amb Accés Obert

Hemeroteca Cientifica Catalana