Modelo animal para el estudio de aneuploidías PDF

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Estudio del síndrome de Klinefelter usando como modelo machos XXY* de ratón Mireia Jordá Pallarolas 0. Abstract El síndrome de Klinefelter presenta una expresividad muy variable en cuanto a sintomatología, pero dos de los síntomas más característicos de la enfermedad son hipogonadismo hipergonadotrópico (elevación de gonadotropina y disminución de testosterona) y pérdida de células germinales, que dan lugar a infertilidad. Además, este síndrome cursa con ginecomastia, retraso en el desarrollo cognitivo, cambio en la composición de la retina, riscos cardiovasculares, que acaban comportando la muerte de los pacientes. Se han realizado estudios de esta enfermedad en cepas de ratones con esta aneuploidía. Se ha usado concretamente la cepa B6Ei.Lt-Y*, en la que se modifica la posición del centrómero del cromosoma Y provocando que esté en una región distal del cromosoma, cosa que da lugar a la no disyunción meiótica de los gametos y se forman descendientes XXY*. Estos estudios se realizan en ratones para observar las consecuencias de este cromosoma X sobrante en la fisiología de los machos, además de la infertilidad. Esta infertilidad comporta problemas en el uso de estos animales, ya que una característica importante para los animales modelo es que se pueda tener un alto número de individuos para estudiar su fenotipo. Sin embargo, se han producido ya varias cepas de ratones XXY que son capaces de mostrar los mecanismos que se ven alterados por el síndrome de Klinefelter. 1. Generación de los organismos modelo Los casos en que se da de forma natural una no disyunción durante la meiosis en animales son muy escasos, por lo que estos no sirven para generar modelos para el estudio de la enfermedad. Por este motivo, se generan los animales modelo para el síndrome de Klinefelter. Como ya he mencionado antes, se pudo crear una cepa con el cromosoma Y alterado (Y*), con la posición del centrómero desplazada a una posición distal, que provoca una no disyunción en la meiosis I. Los machos XY* fecundan a hembras XX y se producen descendentes con el cariotipo XXY*, que tienen un X fusionado con el Y en la región PAR, y que tienen una deleción en el gen Sts que normalmente se encuentra en esta región, es por esta mutación por lo que llamamos a este cromosoma Y*. No hay diferencias fenotípicas entre los machos con esta deleción y los machos XXY conocidos de

la especie, por lo que este modelo es útil para producir organismos modelo para estudiar la enfermedad. No se sabe si la inactivación del cromosoma X sobrante en machos Klinefelter se da igual que en hembras 40, XX en ratones, pero en estudios se ha demostrado que la metilación del DNA del X silenciado es similar. Sin embargo, algunos genes escapan de la metilación, por lo que estos darán lugar al fenotipo de la enfermedad (en humanos esto se corresponde a un 30% del X, mientras que en ratones solo a 13 genes). Algunos de los genes que varían su expresión en el fenotipo enfermo son dos histona desmetilasas, que modifican la expresión de varios genes; una RNA helicasa y un factor iniciador de la traducción.

2. Efectos del síndrome en el modelo animal 2.1. Efectos cardiovasculares

normal, este cariotipo se corrige y se pierde el cromosoma X sobrante, lo que permite que algunos espermatozoides sobrevivan.

Hay evidencias que demuestran que el sistema circulatorio, la vascularización y la angiogénesis están afectados por la enfermedad, y que los pacientes con síndrome de Klinefelter tienen más riesgo de sufrir enfermedades cardiovasculares, este riesgo se da porque tienen más riesgo de sufrir trombosis, infartos y embolias pulmonares.

2.4. Consecuencias en testículos

Se cree que esto es debido a las variaciones de expresión en genes que se dan en la enfermedad, y no a la alteración endocrina. Además, también tienen afectaciones en la vascularización de los ojos. Los testículos están también muy afectados por la enfermedad, ya que sufren una vascularización anormal durante el desarrollo que comporta una bajada del flujo de sangre que llega a estos. No hay datos todavía sobre la afectación en testículos de pacientes humanos, debido a que estas pruebas son muy invasivas. 2.2. Hipogonadismo hipergonadotrópico Este hipogonadismo hipergonadotrópico consta de una bajada en los valores de testosterona debido al fallo de las células de Leydig, con un aumento de la cantidad de hormona luteinizante. Hay estudios que demuestran que hay mecanismos de compensación que implican una hiperactivación de las células de Leydig, pero esta no es suficiente para conseguir un nivel de hormonas normal. 2.3. Pérdida de células germinales El número de células germinales en estos ratones se encuentra reducido desde el momento de su nacimiento. Tanto en pacientes como en ratones humanos se producen espermatozoides con el cariotipo

La presencia de este cromosoma X sobrante produce un cambio en el fenotipo de los testículos, tanto en relación a la composición celular de estos como en la arquitectura de estos, y esto se empieza a desarrollar en el útero. Las células de Sertoli son diferentes en machos sanos y enfermos, vemos que estas células son más grandes, pero hay menos cantidad de ellas, debido a la baja cantidad de testosterona y el pequeño tamaño de los testículos de los afectados. Además, hay también variaciones en marcadores de estas células: la hormona antimuleriana se expresa durante más tiempo del normal en la fase post natal, pero esta se corrige a las 3 semanas. Las células de Sertoli son esenciales tanto para el desarrollo de las células germinales como para establecer la barrera entre sangre y testículos, haciendo de estos una zona inmunoprivilegiada, un fallo en esta barrera implica procesos degenerativos que dañan la estructura de los testículos e impide la correcta diferenciación de las células germinales. Se analizó la variación de la expresión de proteínas relacionadas con la formación de la barrera, y el cambio más detectable fue el de la proteína Cx43, encargada de cerrar el hueco en la barrera, por lo que estos no se pueden cerrar correctamente, lo que contribuye a la degeneración de los túbulos seminíferos.

3. Comparación del síndrome de Klinefelter en humanos y en ratones No todos los cambios en el fenotipo provocados por este cromosoma X sobrante se dan de la misma forma en ambas especies, pero los más destacables, como la perdida de células germinales y el hipogonadismo hipergonadotrópico sí que se repiten en ambos organismos. Genéticamente, los genes capaces de escapar del silenciamiento del cromosoma X sobrante se repiten en ambas especies, pero en ratones solo se escapan 13 genes mientras que en humanos hay unos 250 genes que lo hacen, pero estos 13 genes que se escapan del silenciamiento en ratones son capaces de provocar prácticamente los mismos síntomas, la cual cosa permite saber que estos genes son los causantes en gran parte del fenotipo de la enfermedad. El uso de estos animales como modelo ha permitido observar el comportamiento social, la habilidad de aprender y de comunicación, y en modelos para el síndrome de Klinefelter se ha demostrado que estas capacidades están alteradas debido al cromosoma X sobrante. Además, se puede observar también el reconocimiento por memoria de ratones, y se observa que estos tienen bastante menos capacidad cuando tienen el síndrome que los ratones sanos.

4. Limitaciones de los ratones como modelo animal para el síndrome de Klinefelter La diferencia más importante es que comparado con los humanos, los ratones tienen un fenotipo bastante menos heterogéneo, ya que todos provienen de la misma cepa y tienen la misma mutación. Además, hay otras diferencias como los electrocardiogramas. Estos, en humanos muestran variaciones con respecto a un fenotipo sano, pero los ratones muestran patrones normales, debido a que tienen una fisiología diferente. También se cree que el mecanismo de perdida de las células germinales es diferente, aunque conlleven más o menos en el mismo daño en los testículos, ya que se observa espermatogénesis focal en prácticamente la mitad de los enfermos humanos mientras que es muy raro en ratones. Otro punto importante es que en humanos el cromosoma X inactivado es aleatorio, pero en ratones esto no está demostrado, por lo que esto podría ser una limitación. A pesar de estas limitaciones, este es el mejor modelo disponible para el síndrome de Klinefelter, ya que permiten estudiar in vivo muchos de los síntomas que produce el síndrome y permite desarrollar tratamientos y estudios experimentales que serán equiparables a humanos.

Bibliografía Werler, S., Poplinski, A., Gromoll, J., & Wistuba, J. (2011). Expression of selected genes escaping from X inactivation in the 41,XX(Y)* mouse model for Klinefelter's syndrome. Acta Paediatrica, 100(6), 885–891. https://doi.org/10.1111/j.1651-2227.2010.02112.x Wistuba, J. (2010). Animal models for Klinefelter's syndrome and their relevance for the clinic. Molecular Human Reproduction, 16(6), 375–385. https://doi.org/10.1093/molehr/gaq024 Wistuba, J., Werler, S., Lewejohann, L., Brand, C., & Damm, O. S. (2017). Mouse models for the exploration of Klinefelter's syndrome. In M. J. Conn (Ed.), Animal models for the study of human diseases (2nd revised ed., pp. 617–645). London, England: Elsevier Academic Press, ISBN 9780128094686. Wistuba J, Beumer C, Brehm R, Gromoll J. 41,XXY * male mice: An animal model for Klinefelter syndrome. Am J Med Genet Part C. 2020;184C:267–278. https://doi.org/10.1002/ajmg.c.31796 Zitzmann, M., & Rohayem, J. (2020). Gonadal dysfunction and beyond: Clinical challenges in children, adolescents and adults with 47,XXY Klinefelter Syndrome. American Journal of Medical Genetics Part C Seminars in Medical Genetics. https://doi.org/10.1002/ajmg.c.31786...