Männliche Keimzellen, epigenetische Vererbung und Reprogrammierung

Labor Iovino

Männliche Keimzellen erleben ebenso eine radikale Transformation, wenn sie die Spermatogenese durchlaufen. Insbesondere wechselt ihr Chromatin von einer Nukleosom- zu einer hauptsächlich Protamin-basierten Struktur. Dies ermöglicht, dass das väterliche Genom im Spermium umprogrammiert werden kann und in einem Ruhezustand gehalten wird, bis es auf die Eizelle trifft. Protamine sind kleine Proteine, die reich an Cysteinen sowie basischen (positiv geladenen) Aminosäuren wie Arginin, Lysin und Histidin sind.

Protamine binden aufgrund ihrer Ladung fest an das Phosphat-Rückgrat der DNA und nutzen dabei die Arginin-reichen Domänen als Anker. Damit tragen sie zur starken Chromatinkompaktierung und zur Stabilisierung der DNA im Spermium bei. Nach der Befruchtung erlangt der männliche Pronucelus (Vorkern) wieder die Nukleosom-basierte Struktur und verschmilzt mit dem weiblichen Vorkern.

Obwohl viele dieser Vorgänge mit Hilfe von Licht- und Fluoreszenzmikroskopie gut charakterisiert worden sind, ist auf mechanistischer Ebene wenig über die frühen Ereignisse bekannt, die zum Entpacken des Chromatins der Spermien beitragen. Bisher konnten wir mehrere Faktoren identifizieren, die, wenn mutiert, eine völlige Unfruchtbarkeit aufgrund von Defekten der männlichen Keimzellen verursachen. Derzeit sind wir dabei die molekularen Mechanismen dieser Faktoren genauer zu untersuchen.