Analyse der Konsequenzen einer Protamin-2-Defizienz bei Maus und Mensch: Molekulare Mechanismen, Reactive Oxygen Species und ein Ansatz zur Therapie.

• Antragsteller: Professor Dr. Hubert Schorle; Professor Dr. Klaus Steger
• Fachliche Zuordnung: Reproduktionsmedizin, Urologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278559200

Während der ersten Förderperiode wurde mit Hilfe der CRISPR/Cas9-Technik eine Protamin-2-defiziente Mauslinie etabliert und charakterisiert. Die von uns erzielten Ergebnisse widerlegen vormalige Publikationen, die beschrieben, dass bereits der Verlust eines Alles zur Infertilität führt. Es konnten somit erstmalig Mauslinien etabliert werden, um die Rolle der Protamine bei den grundlegenden Regulationsmechanismen der haploiden Genexpression und der Chromatin-Organisation während der Spermiogenese im Detail zu untersuchen. Es handelt sich zudem um ein ideales Modellsystem, um die molekularen Konsequenzen einer veränderten Protamin1/2-Ratio bei subfertilen Männern besser zu verstehen und ggfs. behandeln zu können. Eine erste Mass-Spec Analyse zeigte, dass die Spermien eine Imbalance im Bereich der Proteine zeigen, die den Pegel der Sauerstoffradikale reguliert. So ist u.a. die Katalase bei Prm-2 defizienten Spermien nicht nachweisbar. Somit könnte die von uns beobachtete progressive Schädigung von DNA, Membranen und Proteinen durch oxidativen Stress hervorgerufen werden. Die Untersuchung dieses Zusammenhangs ist nicht nur für die Grundlagenforschung interessant, sondern könnte auch eine Möglichkeit einer Therapie von subfertilen Männern aufgrund einer veränderten Protamin1/2-Ratio aufzeigen.Im Rahmen des Fortsetzungsprojekts sollen in einer Testis-Organkultur die Konzentration der Sauerstoffradikale gemessen und der Verlauf der Destruktion der Spermien untersucht werden. Danach werden der Kultur Antioxidantien zugesetzt, um zu sehen, welcher Anteil des beobachteten Phänotyps durch die Sauerstoffradikale bedingt ist. Wir gehen davon aus, dass die Fragmentierung der DNA dadurch vermindert werden kann und die Proteine und Membranen zumindest teilweise intakt bleiben. Inwieweit die -Protamin-1 only- Spermien damit in der Lage sind, Eizellen zu fertilisieren, soll durch IVF, ICSI oder Injektion von runden Spermatiden untersucht werden. Hier wird es interessant sein zu sehen, ob die Dynamik des Protamin/Histon Austauschs nach der Fertilisierung gestört ist und inwieweit diese Eizellen in der Lage sind, einen entwicklungsfähigen Embryo zu bilden. Weiterhin existieren erste noch nicht publizierte Daten, dass Prm2-defiziente Spermien ein verändertes Muster an post-translationalen Histon-Modifkationen aufweisen. Derartige Modifikationen werden im Kontext der epigenetischen Vererbung diskutiert und sollen nun im Rahmen des beantragten Projekts detaillierter untersucht werden. Anschließend werden die Daten aus dem Mausmodell mit der Situation in subfertilen Männern verglichen.Die vorgeschlagenen Experimente bauen somit direkt auf den sehr erfolgreichen Ergebnissen der ersten Förderperiode auf, die auf nur 24 Monate angelegt war. Durch die effektive und erfolgreiche Kooperation der beiden Antragsteller konnte die Etablierung und Charakterisierung der Protamin-2-defizienten Maus bereits nach 16 Monaten publiziert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen