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This article was downloaded by: [University of Illinois Chicago] On: 17 October 2014, At: 06:51 Publisher: Taylor & Francis Informa Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954 Registered office: Mortimer House, 37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH, UK Bolletino di zoologia Publication details, including instructions for authors and subscription information: http://www.tandfonline.com/loi/tizo19 Cambiamenti degli istoni nucleari duraute la spermiogenesi nel topo Valerio Monesi a a Laboratorio di Radiobiologia animale, Centro Studi Nucleari della Casaccia, Roma e Istituto di Anatomia Umana normale dell'Università di Cagliari Published online: 14 Sep 2009. To cite this article: Valerio Monesi (1964) Cambiamenti degli istoni nucleari duraute la spermiogenesi nel topo, Bolletino di zoologia, 31:2, 1259-1266, DOI: 10.1080/11250006409441157 To link to this article: http://dx.doi.org/10.1080/11250006409441157 PLEASE SCROLL DOWN FOR ARTICLE Taylor & Francis makes every effort to ensure the accuracy of all the information (the “Content”) contained in the publications on our platform. However, Taylor & Francis, our agents, and our licensors make no representations or warranties whatsoever as to the accuracy, completeness, or suitability for any purpose of the Content. Any opinions and views expressed in this publication are the opinions and views of the authors, and are not the views of or endorsed by Taylor & Francis. The accuracy of the Content should not be relied upon and should be independently verified with primary sources of information. Taylor and Francis shall not be liable for any losses, actions, claims, proceedings, demands, costs, expenses, damages, and other liabilities whatsoever or howsoever caused arising directly or indirectly in connection with, in relation to or arising out of the use of the Content.

Cambiamenti degli istoni nucleari duraute la spermiogenesi nel topo

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This article was downloaded by: [University of Illinois Chicago]On: 17 October 2014, At: 06:51Publisher: Taylor & FrancisInforma Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954Registered office: Mortimer House, 37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH,UK

Bolletino di zoologiaPublication details, including instructions forauthors and subscription information:http://www.tandfonline.com/loi/tizo19

Cambiamenti degli istoninucleari duraute laspermiogenesi nel topoValerio Monesi aa Laboratorio di Radiobiologia animale, Centro StudiNucleari della Casaccia, Roma e Istituto di AnatomiaUmana normale dell'Università di CagliariPublished online: 14 Sep 2009.

To cite this article: Valerio Monesi (1964) Cambiamenti degli istoni nucleariduraute la spermiogenesi nel topo, Bolletino di zoologia, 31:2, 1259-1266, DOI:10.1080/11250006409441157

To link to this article: http://dx.doi.org/10.1080/11250006409441157

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BALER10 NONES1 Laboratorio d i Radiobiologia anirnale, Centro Studi Nuclear; della Cassccia, Roma

e Istituto di Anatoinia Umana normale dell’Uiiiversitl di Cagliari

Cambinmenti degli istorii iiiicleari diiraute

la sperrniogenesi ncl topo.

La sintesi cli aciclo ribonucleico (RNA) iielle celliile gcrniinali clel top0 si arresta poco clop0 la seeoncla clivisione ineiotica clurante lc fasi iniziali tlella s~~crniiogcncai. L’acitlo ril)onuclcico sintetizzato ncl nu- cleo durante la profase iiieioticn c le fasi iniziali clclla yiermiogenesi i: conipletaincnte nreta1)olizzato o trasferito nel citoplasma cliirante 10 iilteriorc corso tleIIa spcrniiogencai. Ne consegue clie gli spcrn~atitli in- terniecli ccl avanrati (clalla fase 9 alla faw 16) sono privi cli quantitb rilerahili cli RNA nel miclco, nicntre contengono clincrete quaiititi di RNA citoplasmatico clie c r a m state sintetizzate alincno iiiia setti- niana prima clurante la profane nieiotica ( 2 5 , 26, 28).

Gli sperniaticli in maturazione rappre-cntano quincli nn sistenia pecirliarc per lo stiitlio clcllc sintesi proteiclic niiclcari e citoplasmaticlic. in quanto (la iina parte il niirlco i: rirtunlmente privo d i RNA e clalla a h a il citoplasma contiene RNA di origine meiotica.

Topi C3H maschi, clellkti cli 12-14 settimane, sono stati iniettati per via enc1ovcno:a n endoperitoneale con 250 o 500 pc cli iino dci se- giicnti amino acitli tritinti : I-arginina (attiviti spccifica 2.17 nic/nii\I), cll-leucina ( a t t . spec. 5,1 e/niAI), (11-lisina (att. spec. 51 nic/inl\I), 1-tiroaina ( att. sper. 670 nie/inAI), dl-$-fenilalanina ( att. spec. 4 11 nic/inM), I-triptofano (at t . spcc. 1,63 e/niAI), c 1-istitlina (att . spcc. 5c/nibI). A 1 ari intervalli cli tcmpo clalla soniniinistrazione clel pre- ciirrore marcato, gli aniiiiali venivano sacrificati c venivano allestiti sia preparati per scliiacciaineiito clie preparati per incliisionc (lei tcati- coli. Lc autoratliografie venivano esegiiite mecliantc l’inipiego cli einnl- sioiie licpicla Kotlah NTB?: e venivano esposte in frigorifero per tempi varialiili (la 20 a 100 giorni.

Tutti gli stacli cli maturazione clegli spermaticli, eccctto lo sperina- tick maturo, incorporano amino acitli-IIJ nel citoplasnia. L’intensiti cli incorporazione 6 alta (la $1 c $11 e succeasivarueiite diminuiscc fino

Boilettino di Zoologia ‘16

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a cliventare zero negli spermaticli maturi o S16. I resiclui citoplasmatici o corpi rcsicluali, clie vcngono cspulsi clallo sperinaticlc maturo negli stadi VIII e IX clel tubulo seminifero, sono complctaiiiente privi di piarcatura fino a 48 ore clall’iniezionc ma cliventano marcati dopo 3 giorni. Poichi: nel top0 la sintesi cli RNA si arresta verso lo stadio 8 clella spcriniogcncei, Ic sintcsi proteiche clic si vcrificano ncl citopla- smn degli sperniaticli intcrniecli ccl avanzati, daIIo stadio 9 allo stadio 15, presumibilmente avvcngono indipcnclcntemente da un controllo genico clirctto ; i loro eventuali (( tcmplatcs )) sono sintetizzati clurante la profasc nieiotica e sono conservati nclla cellula iicl corso della sper- iniogenesi (25, 26, 28). Poichi? nel topo la spcriniogenesi chra circa 14 giorni (30) e poiclib le sintesi proteiche citoplasmaticlic continuano quasi fino alla fine clclla spermiogcnesi, si dew concludere clie gli acidi ribonucleici iiiessaggcri clie specificano le proteinc citoplasmaticlie sintetizzate clurantc la spermiogcne-i intermeclia ccl avanzata lianno una elurata cli vita estremamcnte Innga. Recentelnentc sono state pre- scntnte mimerose prove spcrimentaIi cIic tliniostrano clic gli acirli ri1)onucleic.i mcasaggcri sono consielere\olmente stabili negli organismi piii evoluti, a clifferenza clie nei batteri (17-20, 24, 31, 32).

L‘incorporazionc nuelcare rli amino aci~1i-H~ b nioIto scarsa o nswite in tutti gli stacli cli inaturazione clegli spcrniaticli, acl eccczione clclla fase preterminale clclla spermiogcncsi ((la S11 a S1.i). Qiiesti statli prcscntano una cospicna marcatrrra nnclenrc con arginina-11’ clop0 appena 15 niinuti dalla soniministrazione clel precursore. Con gli altri amino acicli-I13 impiegati, la marcatlira nuclcare negli spermaticli allungati, cla S11 a S1.1, 6 tlebolc (lisina, tirosina, isticlina) o appena apprezzabilc (leiicina, triptofano, feniialanina). I granuli rli argento non sono ciistrihiiti uniformeniente sopra la testa clegli spermaticli allungati ma sono molto piii aclclensati sopra la porzionc cauclo-ven- tralc clella testa (clove il nucleo i! nuclo, cioi: non ricoperto clal cap- puccio clella testa) e sono asscnti sopra la porzioiie apicale, clove la testa i: costituita clal solo acrosonia. Talc clistribuzione clella inarea- tura suggerisce, rpincli, clie l’incorporazione di arginina-H3 riguarda il niicIco c lion I’acrosoina.

L‘incorporaxionc nuclearc cli arginina-H3 negli sperniaticli a h n - gati b acconipagnata cla una niorlificazione tlcllc proprieti istochi- iiiiclie tlegli istoiii nuclcari. La colorabiliti con fast green alcalino de- gli istoni nucleari associati al DNA [metoelo di ALFEHT e GESCIIWIRD

(4)] non i: influenzata c l d prc-trattamento con anidride acctica a 60°C

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per 1 ora ncgli sperniaticli allungati e maturi (S11-SlG), mentre i: completamente aholita negli altri stadi clclla epcrmiogencsi ecl in tutte le pltre cellule germinali. L’intcrprctazione corrcnte sull’cffctto clcll’acctilazionc con anitlridc acctica i ciie cssn blocen i p i p p i a d - nici-e tlclla lisina ilia non i griippi guanitlinici clell’arginina ( 16). Percib, la colorabiliti con fast green alcalino clegli istoni c somatici )) tipici clie clebbono gran parte rlella Ioro basiciti alla lisina 6 inibita (la1 pre- trattamento con aniclricle acetica, mentre la colorabiliti degli istoni clie presentano un clevato rapporto arginina-lisina i: rclativarnente 1’0- co o nulla influcnzata ( I , 2, 7, 10, 11). La prescnte osservazione di aho- lizione coniplcta clclIa coIoraLiIiti con fast green in scguito ad acetila- zione in tutte lc cellirk germinali fiiorcli& ncgli spermalidi allungati c maturi ( S11-SlG) inclica, percib, d i e qneste idtime cellule contengono un istone (( ricco in arginina )) clie sostituirce gli istoni I)receclenti c l ~ e sono istoni <c soniatici )) tipici (( ricclii in lisina 1). La transizione tra istoni ricclii in k i n a n ecl istoni (( ricclii in arginina 11 si verifica ap- ~)rossi~iiativamcntc proprio negli stacli nei quali inizia I’incorporazione nuclcare tli arginina-H3. La tliinostrazionc autoracliografica cli una co- spicua incorporazionc niiclcarc tli arginina.H3 e cli una scarsa incorpo- razione di altri amino acirli comprcsa la lisina suggcrisce clic il cam- biamento istonico elie E i \ erifica nclla fasc preterniinale clella spermio- gcnesi rappresenta vera sintesi cli una nuova proteina piuttosto clie la moclificazione cli una proteina preesistente, e convalicla la conelo- sione clie qticsta nuova proteina nuclcare possieclc un elcvato contenuto in arginina.

Sulla h e clcllc moclificazioni nella tlistriln~zione intracellulare clella niarcatura con argini11a-H~ osscrvate a vari interralli clalla soin- niinistrazione clcl tracciante, B ~ o c n and BRACK ( 9) lianno conchi$o clie la sintesi clegli istoni (( ricclii in arginina D negli sperinaticli tlella cavalletta Cliortophaga viriclifasciM~ probabilnientc si verifica i i e ~ sottile ntrato di citoplasnia clie av\ olge il nuclco c clie succesaivauicnte la nuova protcina inigra nel niicleo tlo\-c si combina col DNA. Un coin- plesso cli osservazioni sembra indicarc clic ncl topo gli istoni (( ricclii in arginina )I clegli spcrinaticli avanzati sono, invece, effettivamente sintetizzati nel nucleo (27, 28). L’interpretazione alternativa tli sintesi citoplasniatica scguita (la trasporto clell’istonc apprna sintetizzato ncl niicleo non pub essere esclusa in iiiodo assoltito ma appare meno con- vinccnte. Se l’intcrprctazione cli una sintcsi intranucleare clegli istoni (( ricclii in argiiiina )) ne$i spcr~natidi del top0 i! vcra, tale sintcsi

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- 1262 - avrcrrchbc, clunque, non solo senza una concomitante sintesi di RNA, ma anclre in assenza cli qnantiti rilevabili cli aciclo ribonucleico.

L’esistenza di camhiamenti dcgli istoni associati a1 DNA nel corso dclIa spermiogcnesi e de1Ic fasi iniziali dell’embriogeneai i: rin fenomeno piuttosto generale nellc varie specie aniniali (1-3, 7-11, 15, 23). Le modi- ficaxioni piii coinplessc sono qucllc clie si verificano in Helix aspersa (10, 11). In questa specie si osscrvano quattro successivi cambiamenti : il primo si rerifica negli sperniaticli intermccli c consiste nclla sostituzione tlegli istoni somatici a ricclii in lisina )) con tin istone (c ricco in argi- nina s; quest0 istone riceo in arginina i: a siia volta sostituito cia una protaniina ncgli spermatidi maturi c ncgli spermatozoi ; la protamina i: cli nuovo sostituita clop0 la fcconclazione (la iina proteina spe- ciale clie non Ira ni: i caratteri cli un istone tipico ni: cpelli cli una protaniina ccl i: cliianiata (( cleavage Iiistone )) ; (la ultimo, clurantc la ga$trulazione, i l cleavagc Iii-Ltone )) i: finalmente sostituito clall’istonc tipico clell’indivicluo aclulto ricco in lisina. In altre specie aniniali iiiancii l’uno o I’altro d i questi eventi. Nel topo non si bcrifica la se- concla tappa cli c p s t n successionc di cam!)ianicnti, cia; 1.1 conversione clell’istone ricco in arginina in protaniina ( 3). Infatti, lo spermatozoo cli top0 si colora intcneamente con la reazionc di fast green seconclo ALFERT c GI:.SCIIWIAD (cIie colora gli istoni ma noii le protaniitic, in qiianto rperte ultimc sono cstratte clnllc cellrile cliirantc I’iclrolisi acicla con aciclo tricloroacctico a 90-C) fino a1 nioniento in cui esso penetra ncll’uovo ( 3). Dopo la fccondazione, i l proiiudco niascliilc pcrcle la siia coloraldit i con fast green (3). ALFERT Iia interpretato qiiesto risiiltato come iin effetto cli niasclieraniento clegli istoni (la parte cli altrc protcine niicleari. B L O C ~ I and HEW ( l l ) , per analogia con la transizione clie si \ erifica neIla luinnca c ncl salnionc, lianno siiggcrito m a intcrprctazione altcrnativa. La perclita clella coloraldit i con fast green nel pronucleo niascliile potrebbc suggcrire clie nel topo la sosti- tuzionc clcll’istone ricco in arginina con protaniina si verifica clopo la fccontlazionc anziclii: tlurantc In spermiogenesi.

I1 significato biologic0 (lei cambiamenti clie gli ictoni nucleari subiscono clurante la sperniiogencsi e l’enibriogenesi inixiale i: in pa i l partc o m m . Tuttavia, alla lucc cli alcuni recenti stucli clic attrilmiscono agli istoni il ruolo cli regolatori tlell’attiviti genica, attravcrso un inec- canisiiio cli repressionc clclla sintesi tli RNA mcssaggeri sui (( DNA tem- plates )) (5, 6, 12, 21, 22, 33), si pub supporrc clic tali cainbiamcnti rivcstano un ruolo fontlanieiitale nclla rcsolazione gcnica e nella tlif-

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ferenziazione cellulare clurante le tappe iniziali clello sviluppo embrio- nale.

A tale riguardo, risulta importante un rccente contributo cli AL- LPREY et al. ( 5 ) clie climostra come gli istoni (( ricclii in arginina 1) son0 forti inibitori clella sintesi cli RNA mcssaggeri DNA-primecl )) in nu- clei isolati di tin10 cli vitelln, iiientrc gli istoni (( iicchi in li .inn * )) sono relativamente inerti. Inoltre, nunierose recenti osservazioni sperinientali ~enil)rano inilicare die I’attivitj, genica, ehpressa in termini cli proclu- zione cli RNA messaggeri, i: iiotevolniente ritlotta durante l’cmbriogenesi iniziale fino all0 staclio cli blastula otl a stacli nlteriori. Soltanto clop0 la gastrula z i o ne, cioE qu a nclo 1 a cl if ferenz i azio nc cell i t 1 are in izi a i n t eii - samente, la siiitesi di RNA sale rapidarnente (13, 14, 18-20, 29, 34). Sulla base cli csperimenti sull’influcnza dell’actinomicina D nella sintesi cli RNA e cli proteine in iiova tli riccio cli mare, GROSS et al. (18-20) lianno prospettato l’ipotcsi clie le protcine sintetizzate sui ribosomi pri- inn tlello staclio cli 1Jla~tula siano protlotte indipentlciitexiicii~c tlp un controllo gcnico cliretto, in quanto la loro sintesi non i: accompagnara cla uiia concomitante EintcG di RNA nicssaggcri ; i lor0 eveiituali (( tcm- plates 11 sono sintctizzati clurante l’ovogenesi c sono conscrvati ncllo enilwione fino allo starlio cli blastula. Dallo starlio di blastula in poi, la sintesi cli messaggeri nuovi i? necessaria per proiniiovere la siiiiesi tli proteine correlate eon la clifferenziazione cellulare. Tutti cluesti risultati intlicano clie i geni sono in gran partc inatti\i prima clie inizi la cliffcrenziazione cclliilare e d i e 1111 niiniero sempre maggiore tli cssi tliventa attivo a mano a niano clie la rlifferenzinzione procctlc.

Alla luce clelle ricerelie sopra espoetc, si potrchbc, cluncpe. consi- clerare I’ipotesi d i e i cambiamenti clegli istoni niicleari nel corso clclla spermiogcnesi e tlell’cinl~riogeiicsi inizinlc rapprescntino iin iiiccca- nismo rnecliante il p a l e I’attib it; genicn clelle cellule vienc rcpressa. Talc contlizionc ~)erclurerel)l)e fino nllo stntlio tli I)lastula o tli gastruiu, quando finalrnente viene ripristinato il corretlo cli istoni tipici clcllo inclivicluo adulto ricclii in lisina n (11) e quincli scarsamente iniliitori clcll’ottivitj, gcnica ( 5), c concoiiiitaiitcmcntc l’cnilrione produce mes- saggeri nuovi ed inizia la diffcrcnziazionc cellulare.

Qiiestri ricerca k stafa in pnrte firinn:iatri con confratto 11. R H - 00301-01 del I’ublic Ileallli Service, Dicisiori 01 Radiological Health, U.S.A,

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R I A S S U N T 0

Nella h e preterminnle della spermiogcncsi nel top0 si lerifica una co- spicua incorporazione nuclrare di arginina-11'. L'incorporazione niiclcare di ar- ginina-II' i: accompagnata da raniliianienti dclle proprieti istocliiniiclie degli istoni niiclcnri asaociaii a1 DXA (persiatenza dclla colorabilitl con faat green ulcalino in srgiiito ad acctilazione) clie indicano clie gli spcrniatidi avarizati sintetizzano un nuovo istone molto ricco in arginina clie so4tuisce gli istoui ricclii in liaina preacnti ncgli stadi precedenti.

S U h1 h1 A R Y

A marked nuclear incorporation of '11-arginine occurs during an advanced stage of qiermiogcne+is in the niousc. The tiuclear incorporation of '11-arginine is rcrompaniecl by cliangcs in tile liictocliemiral propertiea of DSA-accociatcd nuclear liictones (persistancc of alkaline fast green stainability alter acetylation) rvliirlu indiratc Illat late spcrmatids s>ntlicrizc a new liictone tery rich in arginine that replaces the previous liictone wliicli is a typical a somatic n liictone rich in lysine.

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