Anàlisi del contingut cromosòmic en espermatozoides d’individus portadors de translocacions: relació entre efecte intercromosòmic i segregació

Els individus portadors de translocacions cromosòmiques equilibrades presenten un risc incrementat de produir gàmetes amb anomalies cromosòmiques, ja sigui per una segregació desequilibrada dels cromosomes reorganitzats o per la formació d’anomalies numèriques derivades de l’efecte intercromosòmic. Es desconeix si existeix una relació entre les anomalies derivades d’ambdós esdeveniments, que podria residir en l’aparició de fenòmens d’heterosinapsi entre els multivalents i altres cromosomes durant la profase I. D’altra banda, l’heterosinapsi s’ha relacionat amb canvis en l’arquitectura nuclear dels cromosomes en espermatozoides, que en última instància també podrien afectar la fertilitat dels individus portadors. Els objectius d’aquesta tesi han estat: i) Desenvolupar un mètode d’anàlisi seqüencial basat en tècniques d’hibridació in situ fluorescent (FISH) que permeti identificar anomalies cromosòmiques numèriques i determinar el mode de segregació dels cromosomes reorganitzats sobre els mateixos espermatozoides; ii) Caracteritzar els patrons de segregació de diferents reorganitzacions cromosòmiques en espermatozoides no seleccionats i en espermatozoides portadors d’anomalies numèriques; iii) Determinar si existeix una relació entre els diferents modes de segregació dels cromosomes reorganitzats i la producció d’espermatozoides amb anomalies numèriques; iv) Desenvolupar una tècnica d’anàlisi que permeti valorar la disposició tridimensional dels territoris cromosòmics en nuclis d’espermatozoides. S’han recollit mostres de semen de vuit individus portadors de translocacions recíproques, onze portadors de translocacions Robertsonianes i un portador d’una triple translocació. En la primera ronda de FISH seqüencial s’han detectat espermatozoides amb anomalies numèriques per cinc cromosomes no relacionats amb la reorganització. En la segona ronda s’han analitzat els productes de segregació dels cromosomes reorganitzats en els espermatozoides amb anomalies numèriques detectats prèviament, així com en espermatozoides no seleccionats. L’optimització del sistema d’anàlisi de la disposició dels territoris cromosòmics en el nucli espermàtic ha inclòs la selecció de nuclis segons el seu genotip, la captura d’imatges tridimensionals, la relocalització dels nuclis d’interès, el tractament digital de les imatges, la normalització de les dades i l’obtenció dels valors de posicionament dels centròmers en l’eix longitudinal i radial de l’espermatozoide. Els resultats de l’anàlisi de segregació en espermatozoides no seleccionats mostren una elevada homogeneïtat dels patrons de segregació entre portadors del mateix tipus de translocació, caracteritzats per una elevada freqüència dels modes de segregacions que impliquen la disjunció a pols cel·lulars oposats dels cromosomes amb centròmers homòlegs. Els resultats de segregació en espermatozoides aneuploides i diploides/múltiples disòmics mostren un patró de segregació alterat respecte els espermatozoides no seleccionats, on s’afavoreixen els modes de segregació desequilibrats, en detriment dels productes de segregació equilibrats. Els espermatozoides amb diferents tipus d’aneuploïdies i amb diferents cromosomes implicats, influeixen per igual al patró de segregació alterat. Els resultats sobre el posicionament tridimensional dels cromosomes han permès validar la metodologia desenvolupada, ja que s’ha obtingut informació sobre la localització preferent dels cromosomes estudiats en nuclis amb diferents genotips. Els resultats obtinguts demostren una associació entre la presència d’anomalies numèriques i un contingut desequilibrat dels cromosomes reorganitzats. L’acumulació d’anomalies cromosòmiques en els mateixos gàmetes pot ser atribuïble a un efecte bidireccional de l’heterosinapsi, que comportaria un canvi en la localització nuclear dels cromosomes afectats i una alteració en la formació dels quiasmes. Els problemes d’orientació dels cromosomes a la placa metafàsica poden provocar una aturada meiòtica prolongada, que en cas de no corregir-se, es podria resoldre a través de l’evasió del punt de control. Aquest fet afavoriria la producció de gàmetes que podrien acumular anomalies procedents de segregacions desequilibrades, a més d’aneuploïdies d’altres cromosomes. La tècnica desenvolupada per estudiar l’arquitectura nuclear dels espermatozoides permetrà determinar si les anomalies cromosòmiques presents en els gàmetes dels individus portadors de reorganitzacions cromosòmiques afecten l’organització nuclear global dels cromosomes i condicionen la seva fertilitat.Carriers of chromosomal translocations present a high risk of producing chromosomally abnormal gametes, as a consequence of an unbalanced segregation of the rearranged chromosomes, or the presence of numerical chromosomal anomalies derived from an interchromosomal effect. It is not known whether there exists a relationship between anomalies produced by these two events, but it might be based on the occurrence of heterosynapsis at the meiotic prophase I between multivalents and other chromosomes. Moreover, heterosynapsis has been associated related to changes in the nuclear chromosome architecture in sperm, which may also affect the fertility of reorganization carriers. The objectives of this thesis have been: i) To develop a sequential fluorescence in situ hybridization (FISH) protocol in order to detect numerical chromosomal abnormalities and to establish the segregation mode of rearranged chromosomes in the same spermatozoa; ii) To establish the segregation pattern of different chromosomal rearrangements in random sperm and in sperm with numerical abnormalities; iii) To determine whether there exists a relationship between certain segregation modes and the occurrence of numerical chromosome abnormalities; iv) To develop a methodology to evaluate the tridimensional distribution of chromosome territories in sperm nuclei. Semen samples of eight carriers of reciprocal translocations, eleven carriers of Robertsonian translocations and one carrier of a three-way translocation have been included in the study. In the first sequential FISH round, numerical anomalies for five chromosomes unrelated to the rearrangements have been analysed. In the second round, a segregation analysis has been performed both in the numerically abnormal sperm detected in the first round as well as in randomly assessed sperm. The optimization of the analysis of chromosome territories in sperm nuclei has included: nuclei classification according to their genotype, 3D image recording, relocalization of selected nuclei, digital images editing, data normalization, and prediction of the preferred position of each hybridization signal along the longitudinal and radial axis of spermatozoa. The segregation patterns obtained in randomly assessed sperm show high homogeneity among carriers of the same translocation. These patterns involve high frequencies of segregation modes that entail disjunction to opposite cellular poles of chromosomes with homologous centromeres. Data obtained from segregation analysis in aneuploid and diploid/multiple disomic sperm show altered segregation patterns when compared to randomly assessed sperm, in which unbalanced segregation modes are favoured while balanced segregation products decrease. Aneuploid sperm with different types of chromosomal abnormalities or different chromosomes involved in the aneuploidy have the same effect over the altered segregation pattern. The results obtained in the analysis of chromosome territories allow for the validation of the developed methodology. It has allowed the prediction of the preferred positioning of analysed chromosomes in sperm nuclei with different genotypes. In conclusion, data obtained point out that indeed there exists a relationship between the presence of numerical chromosome abnormalities and an unbalanced segregation content in sperm. This accumulation of chromosome anomalies in the same gametes would be driven by a bidirectional effect of heterosynapsis, which could entail changes in the nuclear positioning of the affected chromosomes, as well as alterations in chiasmata formation. The chromosome misalignment at metaphase plate would cause a meiotic arrest. If unresolved, cells could eventually evade this checkpoint favouring the accumulation of both unbalanced segregation products and aneuploidies for other chromosomes in the same gametes. The developed methodology to study the sperm nuclear architecture can be potentially used in carriers of chromosomal rearrangements, in order to assess whether chromosomal abnormalities in sperm affect the global nuclear chromosome organization and disturb their fertility