Die Rolle der Histonacetylierung für den Histon-Protamin-Austausch während der Spermiogenese von Mensch und Maus
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Zusammenfassung
Der Histon-Protamin-Austausch ist für die männliche Fertilität von entscheidender Bedeutung. Während die Expression von Protaminen in erster Linie durch den Transkriptionsfaktor CREM reguliert wird, spielt für den Histon-Protamin-Austausch die Acetylierung von Histonen eine wichtige Rolle. Der Fokus dieser Arbeit lag auf der Untersuchung von hyperacetyliertem Histon H4. Immunhistochemische Untersuchungen an menschlichem Biopsiematerial zeigten während der normalen Spermatogenese ein starkes Signal für hyperacetyliertes Histon H4 in den Kernen von Spermatogonien und elongierenden Spermatiden. Der Prozentsatz an immunpositiven Spermatiden lag bei 98.2 % ± 1.1 % und war signifikant erniedrigt bei infertilen Männern mit zumindest qualitativ normaler Spermatogenese (Score 10-8, 93.1 % ± 6.6 %) und gestörter Spermatogenese (Score 7-1, 74.9 % ± 23.4 %). In Hodentubuli mit Spermatogenesearrest auf der Stufe von runden Spermatiden waren sogar nur 59.5 % ± 16.5 % der Spermatiden positiv für hyperacetyliertes Histon H4. Hier zeigte sich zudem ein zusätzliches Signal in den Zellkernen von pachytänen Spermatozyten. Diese Ergebnisse zeigten, dass eine gestörte Spermatogenese mit einer signifikanten Verringerung von für hyperacetyliertes Histon H4 positiven Spermatiden verbunden ist. Das vorzeitige Auftreten von hyperacetylierten Histon H4 in pachytänen Spermatozyten könnte über einen vorzeitigen Histon-Protamin-Austausch die Infertilität verursachen. So wurde in transgenen Mäusen gezeigt, dass die vorzeitige Expression von Protamin-1 zu Sterilität führt. Der Grad der Acetylierung von Core-Histonen wird durch zwei Enzyme kontrolliert, Histon-Acetyltransferasen (HATs) und Histon-Deacetylasen (HDACs). In isolierten Spermatiden der Maus wurde gezeigt, dass eine Behandlung mit dem HDAC-Inhibitor Trichostatin A (TSA) zu einem Anstieg der Acetylierung in runden Spermatiden führt. In der vorliegenden Arbeit wurde der in vivo Effekt von subkutan injiziertem TSA auf die Spermatogenese/Fertilität der Maus untersucht. Es zeigte sich eine Dosis-abhängige Abnahme des relativen Hodengewichts, die auf eine gestörte Spermatogenese zurückgeführt werden konnte. Männliche Mäuse wurden durch die TSA Behandlung vollkommen infertil. Dieses Phänomen war komplett reversibel. Interessanter Weise konnten keine Anzeichen einer Histon H4 Hyperacetylierung in runden Spermatiden gefunden werden. Jedoch nahm die Zahl der Spermatiden mit steigender TSA-Dosis signifikant ab. Zudem konnte eine dramatische Abnahme der Spermatozyten im Pachytän-Diplotän beobachtet werden, was auf eine gesteigerte Apoptose zurückgeführt werden konnte. Diese Ergebnisse legen die Vermutung nahe, daß TSA auf der Ebene der Meiose wirkte. Es konnte kein toxischer Effekt von TSA beobachtet werden. Die restlichen Reproduktionsorgane zeigten keine morphologischen Veränderungen gegenüber den Kontrolltieren, was darauf schließen läßt, dass die TSA Wirkung auf den Hoden nicht durch Sexualhormone vermittelt wurde. Männer mit Spermatidenreifungsdefekt zeigten eine signifikant verminderte Anzahl von Protamin positiven Spermatiden, assoziiert mit einer verfrühten (in Spermatozyten) und reduzierten (in Spermatiden) Hyperacetylierung von Histon H4. In vivo Applikation des HDAC-Inhibitor Trichostatin A führte in männlichen Mäusen zu einer reversiblen Infertilität. Histologische Untersuchungen zeigten eine Abnahme der Zahl der Spermatiden und pachytänen Spermatozyten, was vermuten lässt, dass TSA primär auf die Meiose wirkt.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen : VVB Laufersweiler 2007