Die Rolle von Cleaved-Protamin 2 in der Chromatindynamik in Spermienzellen.

• Antragstellerin: Dr. Lena Arevalo
• Fachliche Zuordnung: Reproduktionsmedizin, Urologie ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396780147

Studien über die Reproduktion, sei es in einem medizinischen oder evolutionären Kontext, haben immer einen großen Wert auf die Prozesse in der Spermienentwicklung und Funktion gelegt. Dies ist vor allem auf die Rolle, die diese Prozesse in Fällen von männlicher Unfruchtbarkeit spielen und den starken Evolutionsdruck auf die zugrundeliegenden Gene zurückzuführen. Die Verpackung der väterlichen DNA im Spermienkopf und deren Schutz während des Transits ist ein entscheidender Aspekt der Spermienfunktion. Die erfolgreiche Befruchtung und die Überlebensrate des Embryos hängen von der präzisen Reorganisation des väterlichen Chromatins während der Spermatogenese ab, einem Prozess, der einzig in Spermien zu finden ist. Die reguläre Kondensation durch Histone liefert nicht die Größenverringerung und Abschirmung, die für den Transport durch die männlichen und weiblichen Fortpflanzungsbahnen notwendig sind. Histone werden daher durch Protamine ersetzt die nur in Spermien exprimiert sind.Die beiden Säugetierprotamine (PRM1 und PRM2) wurden im Kontext der männlichen Unfruchtbarkeit sowie der Morphologie des Spermakopfs intensiv untersucht und sind entscheidend für die Spermienfunktion. Dennoch gibt es einen wesentlichen Aspekt, der noch immer ein fehlendes Puzzleteil in der Chromatin-Kondensation in Spermien darstellt: die posttranslationale Modifikation von PRM2. Im Gegensatz zu PRM1 wird PRM2 als längeres Prä-Protein hergestellt und anschliessend prozessiert. Die im C-Terminus liegende DNA bindende Domäne von PRM2 wird dabei von der hochgradig divergierenden und funktionell unerforschten N-terminalen Domäne (cleaved-PRM2) abgespalten. Cleaved-PRM2 ist nicht Teil des Chromatin-DNA Paketes im reifen Spermium.Es wurde gezeigt, dass diese Verarbeitung für die korrekte Chromatin-kondensation und die Verhinderung von DNA-Schäden unerlässlich ist, doch unser Wissen über diese Domäne und ihre Funktion ist bestenfalls rudimentär.In dem hier beantragten Projekt wird die Funktion und die Rolle von cleaved-PRM2 und der Wechselwirkung mit anderen Schlüsselproteinen bei der Regulation und Durchführung von Chromatin-kondensation während der Spermiogenese in einem Mausmodell untersucht. Die vorgeschlagene Studie ist als interdisziplinärer Ansatz konzipiert und kombiniert CRISPR/Cas Gene Editing und vergleichende evolutionäre Methoden. Dies wird uns die einmalige Gelegenheit geben, Einblicke in die molekulare Basis der Organisation und der Abschirmung des väterlichen Genoms zu gewinnen und unser Verständnis der Beteiligung der Protamin-vermittelten DNA-Reorganisation bei männlicher Unfruchtbarkeit voranzutreiben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Hubert Schorle