Investigating the remodeling of chromatin structure at early stages of mouse embryo development

Abstract

Los embriones de mamíferos experimentan una serie de transiciones complejas durante su desarrollo temprano, en particular, una drástica reorganización de la estructura de la cromatina. La remodelación adecuada de la cromatina es crítica para el desarrollo normal de los embriones de mamíferos, e implica la metilación del DNA, las modificaciones de las histonas y la maduración de la organización de los dominios de asociación topológica (TAD). En esta tesis, utilizamos los métodos más avanzados de obtención de imágenes de superresolución para investigar el proceso de remodelación de la cromatina a múltiples niveles. En concreto, hemos obtenido imágenes del núcleo de la proteína histona H3, del cromosoma 6 y de TAD específicos. Descubrimos que la histona H3 se organiza para formar grupos de nucleosomas espacialmente separados y discretos que se compactan cada vez más durante la embriogénesis temprana, y que la replicación del DNA es esencial para este proceso de remodelación. Descubrimos que el cromosoma 6 aparece en un estado suelto en el estadio de 2 células, y experimenta una compactación dramática en el estadio de 4 células embrionarias. También identificamos un patrón de remodelación compactación-descondensación durante el proceso de establecimiento de los TAD. Con este trabajo se ha conseguido, por primera vez hasta donde sabemos, obtener imágenes de súper resolución de la arquitectura de la cromatina en embriones tempranos de ratón, y se han aportado nuevos conocimientos sobre la remodelación de la cromatina durante la embriogénesis temprana.

Mammalian embryos undergo a series of complex transitions during their early development and, in particular, a dramatic reorganization of the chromatin structure. Proper chromatin remodeling is critical for normal development of mammalian embryos, involving DNA methylation, histone modifications, and the maturation of topologically associating domain (TAD) organization. In this thesis, we used state of the art super-resolution imaging approaches to investigate the chromatin remodeling process at multiple levels. Specifically, we imaged the core histone protein H3, chromosome 6 and specific TADs. We found that histone H3 arranges to form spatially separated and discrete nucleosome clusters which become increasingly compacted during early embryogenesis, and that DNA replication is essential for this remodeling process. We also found that chromosome 6 appears in a loose state at the 2-cell stage and then undergoes a dramatic compaction in the 4-cell stage embryo. We also identified a compaction-decondensation remodeling pattern during the process of TAD establishment. This work succeded to obtain super-resolution images of chromatin architecture in early mouse embryos for the first time, to our knowledge, and in doing so provided novel insights into chromatin remodeling during early embryogenesis.