Chromatin condensation during Drosophila spermiogenesis and decondensation after fertilization.

Eine typische Eigenschaft der männlichen Keimzellen ist die Kondensation des Chromatins. Während in Säugern bekannt ist, dass in der Spermiogenese die Histone zuerst durch Transitionsproteine und dann durch Protamine ersetzt werden, ist in Drosophila wenig darüber bekannt. Im Folgenden charakterisie...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
1. Verfasser: Jayaramaiah Raja, Sunil
Beteiligte: Renkawitz-Pohl, Renate (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Englisch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2005
Biologie
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Zusammenfassung:Eine typische Eigenschaft der männlichen Keimzellen ist die Kondensation des Chromatins. Während in Säugern bekannt ist, dass in der Spermiogenese die Histone zuerst durch Transitionsproteine und dann durch Protamine ersetzt werden, ist in Drosophila wenig darüber bekannt. Im Folgenden charakterisiere ich die drei testisspezifisch exprimierten Drosophila Gene Mst35Ba, Mst35Bb und Mst77F. Mit eGFP Fusionsproteinen zeige ich, dass Mst35Ba und Mst35Bb tatsächlich für dProtA (Drosophila ProtaminA) beziehungsweise dProtB (Drosophila ProtaminB) kodieren und eine Identität von 94% zueinander zeigen. Die Protamine von Drosophila sind beträchtlich größer als die der Säuger, enthalten aber ebenfalls beide typische Cystein/Arginin Blöcke. Die ektopische Expression von dProtA und dProtB in den Speicheldrüsen führt zur ausschließlichen Lokalisation dieser Proteine im Kern. Beide Protamine binden an die Polytänchromosomen ohne irgendeine Präferenz für das Eu- oder Heterochromatin, was das Bindeverhalten der Protamine in den Kernen der Spermien widerspiegelt. Anders als in Säugern sind die Protamingene von Drosophila nicht haploinsufficient. Bei der Durchmusterung der Mutantenkollektion aus dem Zuker-Labor konnte keine Mutation in einem der beiden Protamingene gefunden werden, was für eine funktionelle Redundanz spricht. Mst77F kodiert für ein spermatidenspezifisches Linker-Histon-ähnliches Protein. Das Expressionsmuster von Mst77F deckt sich mit dem der Protamine. Mst77F zeigt große Ähnlichkeit zum Säugerprotein HILS1. ProtaminA-eGFP, ProtaminB-eGFP und Mst77F-eGFP tragende transgene Drosophila-Linien zeigen, dass diese Proteine zu wichtigen chromosomalen Proteinbestandteilen ab dem Kanustadium elongierender Spermatiden und in den Kernen reifer Spermien werden, während His2AvDGFP im Kanustadium abgebaut wird. Der Übergang von der nukleosomalen zu der auf Protaminen basierenden Chromatinkonfiguration findet also im Kanustadium der Spermatidenentwicklung statt. Mst77F Mutanten (ms(3)nc3) zeichnen sich durch kleine runde Kerne aus und sind männlich steril. Diese Daten lassen vermuten, dass der generelle Mechanismus der Chromatinkondensierung in Drosophila mit dem in Säugern vergleichbar ist. Während des Kanustadiums der Spermatidenentwicklung wird Histon H2AvD abgebaut. Im Folgenden zeige ich eine neue Funktion von UbcD1, einem E2-Ubiquitin konjugierenden Enzym, das für den Abbau von H2AvD nötig ist. Auch die E3 Ligasen Cullin-1 und Cullin-3 werden beide während der Drosophila Spermatogenese exprimiert. Cullin-1 wird in allen frühen Keimzellen in den Fusomen exprimiert und während der Meiose abgebaut. In späteren Stadien wird Cullin-1 erneut exprimiert und ist während des Kanustadiums der Spermatidendifferenzierung im perinuklearen Bereich lokalisiert. Cullin-3 wird in den elongierten Spermatiden exprimiert. Während der frühen Befruchtungsstadien enthält der väterliche Pronukleus noch Protamine und Mst77F, gewinnt aber vor der Zygotenbildung eine nukleosomale Konfiguration. In den von Sesame-mutanten Weibchen gelegten Eiern behält der väterliche Pronukleus die auf Protaminen basierende Chromatinkonfiguration bei, während Mst77F-eGFP entfernt wird. Dies deutet darauf hin, dass das sesame Genprodukt (HIRA) für den Abbau der Protamine essentiell ist, während der Abbau von Mst77F unabhängig von Sesame erfolgt.