Durante la fertilización el núcleo del espermatozoide queda inmerso en el citoplasma del ovocito, y seguidamente, se transforma en el pronúcleo masculino. La formación del pronúcleo masculino se refiere al proceso de recambio de las proteínas básicas (polipéptidos especializados) que compactan el DNA (cromatina espermática) por histonas de tipo somático y/o embrionarias. Éste recambio es un prerequisito para que la interacción (recombinación) entre ambos genomas parentales ocurra a fin de generar una cromatina potencialmente activa. De forma habitual, estos cambios bioquímicos que se producen durante la remodelación de la cromatina espermática son referidos al proceso de descondensación del núcleo espermático.En particular, la remodelación de la cromatina del espermatozoide de Xenopus laevis ha sido ampliamente estudiada. En ovocitos y huevos de Xenopus se ha demostrado que la nucleoplasmina (NPL) es responsable de remover y recambiar las proteínas específicas (X e Y) del núcleo espermático por las histonas somáticas H2A y H2B siendo el resultado la reconstitución de una cromatina somática en el pronúcleo masculino. Por otro lado, la NPL es activa en remodelar la cromatina de los espermatozoides de diversas especies, tales como: Drosophila, algunos invertebrados marinos (es el caso de Mytilus y Spisula), peces (Salmón y Caballa), e incluso es capaz de remodelar la cromatina del espermatozoide humano. En Drosophila, Mytilus y Spisula se han identificado las proteínas responsables de la descondensación de la cromatina espermática de sus respectivas especies. La caracterización de éstas proteínas establece similitud con la NPL de Xenopus y por esta razón han sido referidas como NPL-like. Sobre estos antecedentes se ha planteado que la NPL de Xenopus tendría un rol funcional universal y sería el modelo de molécula responsable de la remodelación de la cromatina del espermatozoide.Dependiendo de la naturaleza de las proteínas específicas o especializadas que se asocian al DNA para su compactación; la cromatina espermatica puede organizarse entre dos tipos extremos: como núcleohistona (las proteínas especializadas son histonas o histonas modificadas) o como núcleoprotamina (las proteínas especializadas son del tipo de las protaminas). Entre estos dos tipos, la cromatina espermática puede organizarse en una amplia variedad de formas considerando que los polipéptidos especializados corresponde a un grupo de proteínas diversas; éstos tipos de cromatina podrían ser referidos a un amplio grupo intermedio. Considerando éste breve análisis sobre la organización de la cromatina espermática es evidente que el modelo de la remodelación de la cromatina espermática mediada por la NPL o NPL-like ha sido planteado sobre la remodelación de la cromatina espermática del tipo núcleoprotamina. Un antecedente adicional se refiere al hecho que la NPL es muy poco eficiente en remodelar la cromatina espermática de Rana catesbeiana, la cual corresponde a un tipo de cromatina organizada como núcleohistona. En base a estas consideraciones, el objetivo de está Tesis fue determinar la presencia de una molécula tipo NPL en los ovocitos de Holothuria tubulosa (Echinodermata), la cromatina espermática de ésta especie se organiza en forma de núcleohistona con la presencia adicional de una proteína específica denominada 0. La hipótesis general que se plantea es que los mecanismos y las moléculas responsables de la remodelación de la cromatina espermática deben ser diferentes dependiendo del tipo de organización de la cromatina del espermatozoide.Los resultados demuestran que los extractos de ovocitos de Holothuria tubulosa exhaustivamente fraccionados no contienen NPL o NPL-like. Pero alternativamente identificamos y caracterizamos en forma parcial una proteína que funcionalmente in-vitro es responsable de la remoción de la proteína específica 0 del núcleo espermático, y en ésta situación produce descondensación de la cromatina del espermatozoide. Ésta proteína ha sido denominada PR0 por su actividad funcional como proteína que remueve la 0 espermática. Por otro lado, la NPL de Xenopus es incapaz de remodelar la cromatina del espermatozoide de Holothuria tubulosa, pero es capaz de remodelar la cromatina espermática que contiene protamina típica (núcleoprotamina). Por lo contrario, la PR0 no remodela la cromatina de tipo núcleoprotamina.La conclusión principal de la Tesis es que el ovocito de Holothuria tubulosa debe poseer un mecanismo de remodelación de su cromatina espermática diferente y alternativo al descrito en Xenopus laevis. Los mecanismos de remodelación de la cromatina espermática podrían estar relacionados con las proteínas especializadas que organizan la cromatina del núcleo del espermatozoide. Por último, la carencia de NPL o NPL-like en los ovocitos de Holothuria tubulosa cuestionan el rol universal asignado a la NPL como molécula responsable de la remodelación de la cromatina del espermatozoide. / The sperm nucleus following fertilization remains into the egg cytoplasm, and subsequently, it results in sperm nuclear decondensation and formation of a functional male pronucleus. This includes the replacement of sperm nuclear basic proteins (specialized polypeptides) involved in DNA condensation in sperm nuclei (spermatic chromatin) by somatic and/or embryonic histones. This event is a prerequisite so that the interaction (recombination) among both parental genomes occurs in order to generate a functional chromatin. In a customary way, these biochemical changes that are produced during the remodeling of the spermatic chromatin are associated to the process of decondensation of the spermatic nuclei.In particular, the remodeling of the sperm chromatin of Xenopus laevis has been widely studied. In oocytes and eggs of Xenopus has been demonstrated that nucleoplasmin (NPL) is responsible for removal and replacement of the specific proteins (X and Y) of the spermatic nuclei by somatic H2A and H2B histones being the result the reconstitution of a somatic chromatin in the male pronuclei. On the other hand, NPL is active in remodeling the sperm chromatin of various kinds, such as: Drosophila, some marine invertebrates (as is the case of Mytilus and Spisula), fish (Salmon and Mackerel), and even it is able to remodel the human sperm chromatin. In Drosophila, Mytilus and Spisula have been identified the responsible proteins for the sperm chromatin decondensation of their respective kinds. The characterization of these proteins establishes similarity with the NPL of Xenopus and for this reason have been considered as NPL-like. On these precedents it has been suggested that the NPL of Xenopus would have a universal functional role and would be the responsible molecule for remodeling the sperm chromatin.Depending on the nature of the specialized or specific proteins that are associated to the DNA packing; the sperm chromatin can be organized in two extreme types: as nucleohistone (the specialized proteins are histones or modified histones) or as nucleoprotamine (the specialized proteins are of the type of the protamines). Among these two types, the spermatic chromatin can be organized in a wide variety considering that the specialized polypeptides correspond to a group of diverse proteins; these types of chromatin could be referred to as a wide intermediate group. Taking into account this short analysis on the organization of the sperm chromatin is evident that the remodeling model of the sperm chromatin mediated by the NPL or NPL-like it has been based on the remodeling of the spermatic chromatin of the type nucleoprotamine. An additional precedent is referred to cause that the NPL is very little efficient in remodeling the sperm chromatin of Rana catesbeiana, the which one corresponds to a form of chromatin organized as nucleohistone.By these considerations, the purpose of this Thesis was determined the presence of a molecule type NPL in the Holothuria tubulosa (Echinodermata) oocytes, the spermatic chromatin of this kind is organized in the form of nucleohistone with the additional presence of a specific protein named 0. The general hypothesis is that the mechanisms and the responsible molecules for the remodeling of the sperm chromatin should be different depending on the type on organization on the sperm chromatin.The results demonstrate that the extracts of Holothuria tubulosa oocytes thoroughly fractioned do not contain NPL or NPL-like. But alternatively we identify and characterize in partial form a protein that functionally in-vitro is responsible for the removal of the specific protein 0 of the spermatic nuclei, and in this situation produces decondensation of the sperm chromatin. This protein has been termed PR0 due to its functional activity as a protein that removes the spermatic 0. On the other hand, the NPL of Xenopus is unable to remodel the sperm chromatin of Holothuria tubulosa, but it is able to remodel the sperm chromatin that contains typical protamine (nucleoprotamine). On the contrary, the PR0 does not remodel the chromatin of the type nucleoprotamine.The essential conclusion of the Thesis is that the Holothuria tubulosa oocyte must possess a remodeling mechanism of its sperm chromatin different and alternative that to described for Xenopus laevis. The remodeling mechanisms of the sperm chromatin could be related to the specialized proteins that organize the sperm chromatin. Finally, the lack of NPL or NPL-like in the Holothuria tubulosa questions the universal role assigned to the NPL as responsible molecule for the remodeling of the sperm chromatin.

La nucleoplasmina (NP) és la proteïna majoritària del nucli dels oòcits i ous no fecundats de la granota "Xenopus laevis" i altres amfibis. Es tracta d'una proteïna acídica amb tres trams acídics principals (A1, A2, A3). La NP participa en la remodelació de la cromatina durant la fecundació, mediatitzant la descondensació de la cromatina espermàtica i facilitant l'acoblament de nucleosomes gràcies a la seva funció de xaperona molecular. En el decurs d'aquest treball s'ha continuat l'estudi dels diferents recombinants de la NP de què disposem, posant especial èmfasi en la forma mutant r-NP142, que es caracteritza pel fet que té el tram acídic principal A2 molt exposat. Interessava determinar la influència de diferents condicions en l'estabilitat i el grau de pentamerització de la molècula. En aquesta mateixa línia es va estudiar el paper de les Cys de la NP en la pentamerització. Mitjançant mutagènesi dirigida es van substituir les Cys per Ser i es va observar que concretament la mutació de la Cys 45 afavoria la monomerització de la forma r-NP142, però no afectava l'oligomerització de les formes r-NP i r-NP121, les quals romanien pentamèriques. Aquests resultats suggereixen que no hi hauria ponts disofre en l'estructura pentamèrica de la nucleoplasmina. La caracterització estructural de la nucleoplasmina es va intentar abordar a diferents nivells. A nivell de l'estructura secundària, es van utilitzar tècniques de dicroisme circular. Concretament es va determinar que el mutant r-NP142 C45S tenia una estructura plegada a l'atzar (random coil). D'altra banda, per a ordres estructurals superiors es van utilitzar tècniques de microscòpia electrònica i tècniques cristal·logràfiques. Un altre objectiu d'aquest treball va ser la caracterització de les interaccions de l'NP amb histones del nucli del nucleosoma. Estàvem especialment interessats a veure si la interacció NP-histones era fonamentalment de tipus electrostàtic o bé podria tractar-se d'algun altre tipus d'interacció. Mitjançant ultracentrifugació analítica i gradients de sacarosa es va poder determinar que la NP podia unir els quatre tipus d'histones nucleosòmiques. Aquesta unió tindria una estequiometria corresponent a 1 mol de pentàmer de NP per mol d'octàmer d'histones. Cal destacar que la NP pot unir també histones tripsinitzades (sense les cues bàsiques) mantenint la mateixa estequiometria que per al cas de les histones natives. Així mateix, la forma r-NP121 (sense el tram acídic A2) és capaç d'unir histones natives amb la mateixa estequiometria descrita per als casos anteriors. Aquests experiments indiquen que la interacció NP-histones no seria predominantment electrostàtica. Un altra línia de treball va ser estudiar la presència o no d'una NP-like a l'extracte d'oòcits de l'estrella de mar "Echinaster sepositus". S'ha trobat una proteïna majoritària que presenta les propietats de ser termoestable, acídica i parcialment resistent al sulfat amònic. Aquesta proteïna és reconeguda pels anticossos policlonals antinucleoplasmina obtinguts en ous de gallina. D'altra banda, no és capaç de descondensar nuclis espermàtics que contenen protamina.El darrer objectiu del treball va ser l'estudi estructural de la proteïna ?0. La ?0 és específica del nucli espermàtic de l'equinoderm "Holothuria tubulosa" i presenta propietats intermèdies entre les protamines i les histones. La cristal·lització d'una molècula d'aquestes característiques aportaria informació sobre l'estructura de les proteïnes que participen en la compactació de la cromatina i podria obrir un nou camí per a la cristal·lització de les protamines i dels complexos NP-protamina. / Nucleoplasmin (NP) is the most abundant protein found in the nuclei of oocytes and nonfertilized eggs of "Xenopus laevis" and other amphibians. It is an acidic protein with three main acidic tracts (A1, A2, A3). NP is involved in the remodelation of chromatin during fecundation, facilitating nucleosome assembly as a molecular chaperone.In the present work we have continued the study of different recombinant forms of nucleoplasmin which were obtained in our lab, specially the form r-NP142 which has the main acidic tract A2 very exposed. We were interested in how different conditions could affect the stability and pentamerization of the molecule. In this way we studied the importance of Cys in NP pentamerization. We used site directed mutagenesis in order to change Cys for Ser. We observed that the mutation of Cys 45 favoured the monomerization of r-NP142, but this change didn't affect the oligomerization of the forms r-NP and r-NP121, which remained pentameric. These results suggest the absence of disulfide bridges in the pentameric structure of nucleoplasmin. The structural characterization of nucleoplasmin has been studied at different levels. At the secondary structure level we have used circular dichroism techniques and we have determined that the mutant r-NP142 C45S is in random coil conformation. For higher structural levels we have used electron microscopy and crystallographic techniques.Another objective of this work was the characterization of the interactions between NP and nucleosomal core histones. We were specially interested in knowing if the interaction was fundamentally electrostatic. Using analytical ultracentrifugation and sucrose gradient experiments we could determine that NP can bind the four types of nucleosomal histones. This binding would have an stoichiometry equal to 1 mol of NP pentamer per mol of histone octamer. It is important to note that NP can bind trypsinated histones (without the basic tails) maintaining the same stoichiometry as in the case of native histones. In the same way, the r-NP121 form (without the acidic tract A2) is capable of binding native histones with the same stoichiometry described for the other cases. These result indicates that the interaction NP-histones is not mainly electrostaticaly driven.Another objective of this work was the study of the presence of some NP-like proteins in oocyte extracts of the starfish "Echinaster sepositus". We have found a very abundant protein which is termoestable, acidic and partially resistant to ammonium sulphate. This protein is recognized by policlonal antinucleoplasmin antibodies which were obtained in hen eggs. However, it is not able to decondense spermatic nuclei which contain protamine.The last objective of the present work was the structural study of the protein ?0 which is specific of the nuclei of the echinoderm "Holothuria tubulosa" and has intermediate properties between histones and protamines. The crystallization of a molecule like ?0 could bring information about the structure of proteins that participate in chromatin condensation and could offer a new way for the crystallization of protamines and NP-protamine complexes.