Model and Operation of ISPs and NCPs

En 1996 Dittrich et al. propusieron un modelo para explicar el cambio de la impronta durante la gametogénesis, model for imprint switching, basados en datos genéticos de mapado y análisis de mutación en familias SPW-SA con error en el cambio de la impronta. Este modelo explica como funciona CI y el efecto de las mutaciones de CI sobre el dominio imprintado en 15q11-q13. Según este modelo, CI consiste en un imprintor y un imprint switch initiation site o

SIS, ahora SA-SRO y PW-SRO respectivamente (Yang et al., 1998) y requiere de un factor trans-acting específico de las células de la línea germinal femenina. Los sucesos que tienen lugar

en cada línea germinal son distintos (Fig. 1.4.14). Línea germinal femenina

Se produce el cambio de impronta paterna a materna del cromosoma 15 de origen paterno. Primero se borra la impronta paterna por desmetilación y desplazamiento de histonas. En presencia de la secuencia SA-SRO (antes imprintor) y el factor trans-acting especifico femenino se establece la impronta materna. SA-SRO no está metilada y presenta una estructura de cromatina descondensada que permite la unión de factores trans-acting. El papel de SA-SRO, en colaboración con el factor trans-acting, parece ser el de sintetizar transcritos BD impidiendo la expresión del locus SNURF-SNRPN solamente desde el cromosoma paterno. Estos transcritos BD posiblemente inducen cambios en la estructura de la cromatina que permiten la metilación y propagación bidireccional de una conformación parecida a la heterocromatina. Esta conformación silencia los genes SPW y activa la expresión de UBE3A. Alternativamente a la función de los transcritos codificados a partir de SA-SRO, un elemento regulador todavía desconocido dentro de esta región podría interferir con PW-SRO (Farber et al., 1999).

Línea germinal masculina

El cambio de impronta materna a paterna se lleva a cabo en el cromosoma 15 de origen materno. En la ausencia del factor trans-acting específico femenino se pierde la impronta materna por desmetilación y al desprenderse proteínas silenciadoras como histonas unidas al promotor del locus SNURF-SNRPN. La impronta paterna se establece por defecto, solo requiere en cis la presencia de la secuencia PW-SRO (antes SIS) (Yang et al., 1998), posiblemente por su papel en el inicio o mantenimiento de la transcripción del locus SNURF-SNRPN (Brannan and Bartolomei, 1999). El hecho de que pueda transcribir el locus SNURF-SNRPN es suficiente para desencadenar el inicio de la impronta paterna (Ohta et al., 1999). Esta transcripción permite que los genes SPW queden sin metilar y empaquetados en una conformación en eucromatina. Es posible que PW-SRO represente un centro de nucleación para el ensamblaje y desensamblaje de la cromatina.

Este modelo también explica porque las microdeleciones observadas en familias SPW y SA bloquean el cambio de impronta (Fig. 1.4.15).

En las familias SA el cambio de impronta paterna a materna está bloqueado por mutación o ausencia de la secuencia SA-SRO. El cromosoma borrado adquiere una impronta paterna por defecto y es transmitido un cromosoma materno con impronta paterna causando el SA. La mutación en SA-SRO puede bloquear el cambio paterno a materno, pero no el cambio materno a paterno.

En las familias SPW, el cambio de impronta materna a paterna está bloqueado por mutación o ausencia de la secuencia PW-SRO. Aunque se borra la impronta materna ésta se establece de nuevo durante o después de la fertilización por propagación de una conformación de heterocromatina que silencia los genes SPW. La línea germinal masculina transmite un cromosoma 15 con impronta materna. Se ha demostrado que PW-SRO no solamente es requerido para el establecimiento de la impronta paterna, sino también para su mantenimiento postzigotico (Bielinska et al., 2000; El-Maarri et al., 2001). En los pacientes SPW sin microdeleción en CI el defecto de impronta podría resultar de un fallo en el borrado de la impronta materna durante la espermatogénesis por razones desconocidas (Buiting et al., 2003).

Cromosoma de origen materno SNURF-SNRPN SA-SRO PW- UBE3A NDN SNURF-SNRPN SA-SRO PW-SR UBE3A NDN SNURF-SNRPN SA-SRO PW- UBE3A NDN SNURF-SNRPN SA-SRO PW-SR UBE3A NDN SNURF-SNRPN SA-SRO PW- UBE3A NDN

Cromosoma de origen paterno

Línea germinal femenina Línea germinal masculina

SNURF-SNRPN SA-SRO PW- UBE3A NDN SNURF-SNRPN SA-SRO PW- UBE3A NDN SNURF-SNRPN SA-SRO PW- UBE3A NDN SNURF-SNRPN SA-SRO PW- UBE3A NDN SNURF-SNRPN SA-SRO PW- UBE3A NDN SNURF-SNRPN SA-SRO PW- UBE3A NDN SNURF-SNRPN SA-SRO PW-SR UBE3A NDN Factor trans

Figura 1.4.14. Cambio de impronta. A) Línea germinal femenina. Se borra la impronta paterna del

cromosoma de origen paterno y se establece la impronta materna. B) Línea germinal masculina. Se borra la impronta materna del cromosoma de origen materno y se establece la impronta paterna. SA-SRO: regula cambio de impronta paterna a materna; PWSRO: sitio de inicio de cambio de impronta; NDN y SNURF-SNRPN: genes SPW de expresión paterna; UBE3A: gen SA de expresión materna; Verde: alelo activo; Rojo: alelo inactivo. Flecha: sentido de la transcripción; Esferas rojas: Factor trans; Cilindros: histonas

Propagación heterocromatina

Propagación eurocromatina

Cromosoma con impronta materna Cromosoma con impronta paterna

Desmetilación Desmetilación

Metilación Metilación

SNURF-SNRPN PW-SRO UBE3A NDN SNURF-SNRPN PW-SRO UBE3A NDN SNURF-SNRPN SA-SRO UBE3A NDN

Línea germinal femenina Línea germinal masculina

SNURF-SNRPN SA-SRO UBE3A NDN SNURF-SNRPN PW-SRO UBE3A NDN SNURF-SNRPN SA-SRO UBE3A NDN SNURF-SNRPN SA-SRO UBE3A NDN SNURF-SNRPN SA-SRO UBE3A NDN SNURF-SNRPN PW-SRO UBE3A NDN SNURF-SNRPN PW-SRO UBE3A NDN F trans

Figura 1.4.15. Cambio de impronta en caso de DI por microdeleción de CI. A) Línea germinal

femenina. Se borra la impronta paterna del cromosoma de origen paterno pero en la ausencia de SA-SRO no se puede unir el factor trans. Al quedar libre el promotor del locus SNURF-SNRPN, transcribe y se establece la impronta paterna. Cromosoma materno con impronta paterna. B) Línea germinal masculina. Se borra la impronta materna del cromosoma de origen materno. En la ausencia de PWSRO no se puede establecer ni mantener la impronta paterna. No hay transcripción del locus SNURF-SNRPN y se establece la impronta materna. Cromosoma paterno con impronta materna. SA-SRO: regula cambio de impronta paterna a materna; PWSRO: sitio de inicio de cambio de impronta; NDN y SNURF-SNRPN: genes SPW de expresión paterna; UBE3A: gen SA de expresión materna; Verde: alelo activo; Rojo: alelo inactivo. Flecha: sentido de la transcripción. Esferas rojas: Factor trans; Cilindros: histonas

Ausencia de SA-SRO Ausencia de PW-SRO

Desmetilación Desmetilación SNURF-SNRPN Metilación Metilación Propagación eucromatina Propagación heterocromatina