Síntesis: La formación de gametos es la característica básica de los organismos que se reproducen sexualmente. En mamíferos machos la formación de gametos o espermatozoides se realiza en los testículos en un proceso conocido como espermatogénesis. Durante etapas iniciales de la espermatogénesis (etapa de meiosis), las células de la línea germinal duplican su genoma, recombinan material genético entre cromosomas homólogos y se dividen dos veces para así producir células haploides (Clermont, 1972; Zickler y Kleckner, 1998; Zickler y Kleckner, 2015). Estas células haploides o espermátidas entran a un proceso de diferenciación conocido como espermiogénesis. Durante esta espermiogénesis, las espermátidas sufren cambios estructurales y moleculares que conllevan a la formación de la estructura típica de los espermatozoides. El genoma de las espermátidas sufre un proceso de compactación que le permite ser empaquetado en el núcleo de los espermatozoides (Rathke y col, 2014), este proceso es facilitado por el intercambio de histonas por protaminas (Braun y col, 1989; Rathke y col, 2014). Sin embargo el 1% del genoma en ratones y el 4% del genoma en humanos permanece asociado a histonas que no son remplazadas por protaminas. Análisis de las secuencias de ADN asociadas a histonas en espermatozoides, han revelado que la mayoría corresponden a promotores de genes embrionarios, por lo que se ha propuesto que esta retención de histonas es un mecanismo de memoria epigenética que se transfiere del espermatozoide al embrión. En el genoma de espermatozoides, secuencias de ADN que contienen histonas también son secuencias de unión a CTCF (Carone y col, 2014), por lo que se ha sugerido que CTCF participa en el proceso de retención de histonas en espermatozoides (Carone y col, 2014; Pugacheva y col, 2015). CTCF se expresa en todos los tipos celulares de la espermatogénesis de ratones (Sleutels y col, 2012) y su inactivación genética condicional durante etapas iniciales de la meiosis resulta en baja producción de espermatozoides e infertilidad (Hernández-Hernández y col, 2016). Análisis de la espermatogénesis en estos ratones con perdida condicional de CTCF durante la meiosis (ratones Ctcf-cKO) ha demostrado que existen alteraciones en el programa transcripcional y en la morfología de espermátidas en etapas de espermiogénesis (Hernández-Hernández y col, 2016). Adicionalmente, los espermatozoides producidos presentan defectos de incorporación de protaminas y retención de histonas (Hernández-Hernández y col, 2016). Estos datos demuestran que CTCF es importante para la producción de espermatozoides regulando varios mecanismos durante la espermiogénesis. Sin embrago, los mecanismos que están alterados en los ratones Ctcf-cKO aún no han sido caracterizados con detalle.

Así por ejemplo, no se sabe en que etapas de la espermiogénesis se afecta la incorporación de protaminas y la retención de histonas, o si existe una dependencia de dichos mecanismos. Tampoco se sabe si las alteraciones transcripcionales en los testículos de los ratones Ctcf-cKO son específicas de las etapas de la espermiogénesis o si éstas empiezan en etapas meióticas e incluso pre-meióticas. Por lo que un análisis estructural y molecular de dichos mecanismos nos permitirá caracterizar los mecanismos de acción de CTCF durante la espermiogénesis.
Los espermatozoides son células de alta prioridad para la investigación científica por su importancia en la fertilidad y la propagación de memoria epigenética del gameto al embrión. Durante el proceso de espermiogénesis puede haber errores en los procesos celulares y moleculares, los cuales llevan a la baja producción o la ausencia total de espermatozoides (oligozoospérmia y azoospérmia respectivamente), lo que conlleva a infertilidad o a la producción de organismos con alteraciones en sus genomas (Piña-Aguilar y col 2103), los cuales pueden fallecer durante el desarrollo embrionario (abortos espontáneos) y algunos organismos sobreviven pero nacen con defectos genéticos y retardo mental, como los son las trisomías autosómicas del cromosoma 18 y 21 (síndrome de Down), y las condiciones 47, XXY (Síndrome de Klinefelter) y 47, XXX (Síndrome del triple X) (Hassold y col. 2007; Handel y Schimenti 2010; Nagaoka y col. 2012). En México, por ejemplo, una de las causas más comunes de infertilidad en los hombres es la baja producción de espermatozoides que además pueden contener alteraciones genéticas, siendo 47, XXY la más común (Piña-Aguilar y col 2103). En este proyecto, con el uso de los ratones con eliminación condicional de CTCF en etapas tempranas de la meiosis, se podrá analizar y detallar dos de los mecanismos que son de vital importancia para la formación de espermatozoides funcionales, como lo son la incorporación de protaminas y la retención de histonas en los núcleos de los espermatozoides de mamíferos. Además de que se detallarán las etapas de la espermatogénesis en donde los defectos transcripcionales por la ausencia de CTCF se presentan inicialmente. Esta información básica será el cimiento para entender el proceso de la formación de espermatozoides, que son la clave de la reproducción sexual, además de que permitirá empezar a entender un proceso biológico tan complejo como la transferencia de memoria epigenética del espermatozoide al embrión.