Histon-Acetylierung ist essentiell für die Spermatidenentwicklung von histonbasiertem zu protaminbasiertem Chromatin in Drosophila melanogaster

In der Spermatogenese vieler Tiere wird die histonbasierte Chromatinstruktur des paternalen Genoms aufgelöst, um durch eine Struktur auf Grundlage von Protaminen ersetzt zu werden. Der korrekte Ablauf dieses Histon-Protamin Wechsels (H-P Wechsel) ist essentiell für die männliche Fertilität. Der H-P...

Ausführliche Beschreibung

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1. Verfasser: Awe, Stephan
Beteiligte: Renkawitz-Pohl, Renate (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2010
Biologie
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Zusammenfassung:In der Spermatogenese vieler Tiere wird die histonbasierte Chromatinstruktur des paternalen Genoms aufgelöst, um durch eine Struktur auf Grundlage von Protaminen ersetzt zu werden. Der korrekte Ablauf dieses Histon-Protamin Wechsels (H-P Wechsel) ist essentiell für die männliche Fertilität. Der H-P Wechsel findet auch in den Spermatiden von Drosophila statt. Bisher war nicht bekannt, in welchem Zeitrahmen der H-P Wechsel innerhalb der postmeiotischen Entwicklung abläuft. In dieser Arbeit wurde dazu ein Kultursystem für isolierte, pupale Testes und einzelne Spermatidenverbände (Zysten) etabliert. Mit Hilfe von Histon-RFP- und Protamin-eGFP-exprimierenden Fliegen wurde in fluoreszenzmikroskopischen Zeitraffer-Aufnahmen die Entwicklung isolierter Zysten durch die Meiose und den H-P Wechsel in vivo beobachtet. Der H-P Wechsel findet 50-60 h nach der Meiose statt und ist innerhalb von 5 h abgeschlossen. Sowohl bei Vertebraten als auch bei Drosophila geht dem H-P Wechsel eine Hyperacetylierung des Histons H4 voraus und er wird begleitet von DNA-Strangbrüchen. Im Säuger-Modell werden die Histon H4-Hyperacetylierung als mögliches Startsignal des H-P Wechsels und Topoisomerasen als verantwortlich für die DNA-Strangbrüche angesehen. In der vorliegenden Arbeit wurde überprüft, ob diese Annahmen auch für die Spermatogenese von Drosophila zutreffen. Durch Inhibitorbehandlung von pupalen Testes und isolierten Zysten in Kultur wurde die Aktivität von Histon-Acetyltransferasen (HATs) und Histon-Deacetylasen (HDACs) manipuliert. Histon-Acetylierung zeigte sich als essentiell für die korrekte Entwicklung postmeiotischer Keimzellen. Allerdings induzierte eine HDAC-Inhibitor-vermittelte, vorzeitige Histon-Acetylierung kein vorzeitiges Auftreten von Merkmalen des H-P Wechsels. Histon H4-Acetylierung ist somit nicht hinreichend als das alleinige Startsignal des H-P Wechsels in Drosophila. Die Inhibition von Topoisomerasen des Typs I und II zeigte keinen Effekt auf den H-P Wechsel und die Entwicklung postmeiotischer Spermatiden. Ein Zusammenhang zwischen Topoisomeraseaktivität und DNA-Brüchen in Spermatiden von Drosophila scheint daher nicht zu bestehen. Bisher war nicht bekannt, welche HATs an der Histon H4-Acetylierung des H-P Wechsels beteiligt sind. Nach manueller, stadienspezifischer Isolation von Einzelzysten konnte hier mittels RT-PCR die Expression einiger HATs während des H-P Wechsels geprüft werden und ein Kandidat identifiziert werden. Die in dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse wurden genutzt, um ein Arbeitsmodell zum molekularen Ablauf des H-P Wechsels aufzustellen.