Arquitectura de Cromatina y Epigenética

Laboratorio de Neurobiología y Enfermedades Neurodegenerativas

Introducción

Durante el desarrollo del sistema nervioso central, precursores neuronales originan neuronas especializadas y células gliales. Cada tipo celular posee programas transcripcionales definidos que resultan del aporte de señales externas conjuntamente con factores epigenéticos. De esta forma, el epigenoma es constantemente editado por mecanismos entre los que se encuentran las modificaciones químicas al ADN e histonas asociadas. Las modificaciones de las histonas están estrechamente asociadas con la arquitectura tridimensional (3D) de la cromatina.

A la escala genómica intermedia, de kilobases a megabases, que corresponde aproximadamente a 50-300 nm en la escala espacial, es donde la topología de la cromatina está implicada en variados mecanismos críticos para la regulación de la expresión génica. Se ha observado que cambios patológicos en la organización del genoma están involucrados directamente en enfermedades del neurodesarrollo.

El objetivo de esta línea de investigación es estudiar cómo la arquitectura de cromatina es modificada por la acción de mecanismos epigenéticos a lo largo de la diferenciación y el desarrollo neuronal. Buscamos comprender el rol de estos mecanismos en la adquisición tanto de configuraciones normales como en condiciones asociadas a trastornos del neurodesarrollo. Para su realización, implementamos métodos de microscopía de avanzada (confocal, superresolución) combinado con herramientas de análisis (semi)automáticas.

A partir de una colaboración con LINCEMA-CIMETSA, empleamos modelos de desarrollo neuronal humano basados en la tecnología de células madre pluripotentes inducidas (iPSCs), que son diferenciadas in vitro hacia cultivos neuronales bidimensionales o hacia organoides cerebrales, estructuras esferoidales que reproducen la organización celular de la corteza cerebral humana en desarrollo.

"Arquitectura 3D de la cromatina y regulación génica: Balance de modificadores epigenéticos Ezh1/Ezh2 durante el desarrollo neuronal humano”.

El objetivo del proyecto es explorar como la arquitectura de cromatina, mediada por Ezh1/2, controla la diferenciación y desarrollo neuronal humano. El enfoque principal es la microscopía de fluorescencia cuantitativa. Proyecto en colaboración con LINCEMA-IUCBC.

"Dinámica espacial de marcas epigenéticas en la diferenciación neuronal”.

Se pretende establecer cómo cambian espacialmente las marcas epigenéticas que se observan como dominios de la escala de decenas de nanometros, por medio de la implementación de la microscopía de superresolución (Expansión y STED) y el procesado de las imágenes resultantes.

"Rol de las regiones repetitivas de genoma a la organización 3D nuclear”.

Dado que aproximadamente el 50% del genoma eucariota está compuesto por secuencias repetitivas que se ubican diferencialmente en el espacio, este proyecto busca entender la contribución de estas regiones al plegado tridimensional del genoma para establecer su rol en funciones nucleares clave.

  1. Cardozo Gizzi AM (2021). “A Shift in Paradigms: Spatial Genomics Approaches to Reveal Single-Cell Principles of Genome Organization”. Front. genet. https://doi.org/10.3389/fgene.2021.780822
  2. Espinola SM, Götz M, Bellec M, Messina O, Fiche JB, Houbron C, Dejean M, Reim I, Cardozo Gizzi AM, Lagha M, Nollmann M (2021). “Cis-regulatory chromatin loops arise before TADs and gene activation, and are independent of cell fate during early Drosophila development”. Nature Genetics 53 (4), 477–486. https://doi.org/10.1038
  3. Cardozo Gizzi AM, Espinola SM, Gurgo J, Houbron C, Fiche JB, Cattoni DI, Nollmann M (2020). “Direct and simultaneous observation of transcription and chromosome architecture in single cells with Hi-M”. Nature Protocols, doi: 10.1038/s41596-019-0269-9.
  4. Cardozo Gizzi AM, Cattoni DI, Nollmann M (2020). “TADs or no TADS: lessons from single-cell imaging visualization of chromosome architecture”. J. Mol. Biol. 432(3):682-693.
  5. Cardozo Gizzi AM, Cattoni DI, Fiche JB, Espinola SM, Gurgo J, Messina O, Houbron C, Ogiyama Y, Papadopoulos GL, Cavalli G, Lagha M, Nollmann M (2019). “Microscopy-based chromosome conformation capture enables simultaneous visualization of genome organization and transcription in intact organisms”. Molecular Cell 74(1):212-222.e5.
  6. Cattoni DI*, Cardozo Gizzi AM*, Georgieva M*, Di Stefano M, Valeri A, Chamousset D, Houbron C, Déjardin S, Fiche JB, González I, Chang JM, Sexton T, Marti-Renom MA, Bantignies F, Cavalli G, Nollmann M (2017). “Single-cell absolute contact probability detection reveals that chromosomes are organized by modulated stochasticity”. Nature Commun. 8(1):1753.
    *co-primeros autores

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El Dr. Andrés Cardozo Gizzi es Profesor Titular del Instituto Universitario de Ciencias Biomédicas de Córdoba (IUCBC) e Investigador Asistente de la Carrera de Investigador Científico del CONICET. Se graduó de Licenciado y Doctor en Ciencias Químicas en la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Nacional de Córdoba.

Realizó un entrenamiento postdoctoral en el Centro de Bioquímica Estructural (CBS, Montpellier) en Francia, donde estudió la arquitectura del genoma mediante el desarrollo e implementación de nuevas técnicas de microscopía de fluorescencia de superresolución.

Ha realizado contribuciones importantes al naciente campo de la genómica espacial (spatial genomics). Durante su formación doctoral y postdoctoral, mostró un marcado interés hacia la microscopía de fluorescencia, que se vio reflejado en la realización de cursos y estadías en centros internacionales.

En diciembre de 2020 fue premiado en el certamen “10 Jóvenes Sobresalientes del Año” otorgado por la Bolsa de Comercio de Córdoba en reconocimiento a su carrera académica.

Actualmente, se desempeña en el Centro de Investigación en Medicina Traslacional “Severo R. Amuchástegui” (CIMETSA) del IUCBC, donde lidera una línea de investigación original y dirige subsidios propios que financian estas investigaciones.

Integrantes
Dr. Andrés Cardozo Gizzi

Dr. Andrés Cardozo Gizzi

Investigador Asistente CONICET

Josefina Bocco Saturni

Josefina Bocco Saturni

Tesinista de la Carrera de Lic. en Biotecnología
Universidad Nacional de Córdoba