More than protamines: Identification of further sperm proteins from which Prtl99C is essential for male fertility and full chromatin compaction in Drosophila melanogaster

Bei der Spermatogenese handelt es sich um den konservierten Prozess der männlichen Keimzellentwicklung, welcher im Wesentlichen aus drei Stadien besteht: prae-meiotische, meiotische und post-meiotische Stadien.,Nach der Meiose entwickelt sich aus einer Histon-reichen runden haploiden Spermatidenkern der Protamin-haltige Kern des nadelförmiger Spermium-.In dieser Phase wird das Chromatin neu organisiert und das Volumen des Nukleus dramatisch reduziert. Die Kompaktierung der DNA durch spezielle Chromatinkomponenten dient dem Schutz des väterlichen Erbguts gegen chemische und physikalische Schäden, um Mutationen und Fertilitätsdefekte zu verhindern. In Drosophila, wird der Austausch von Histonen zu Protaminen von der Expression weiterer HMG (high mobility group)-Box haltiger Proteine begleitet. Im Gegensatz zu Maus, führt ein Verlust der Protamine in Drosophila nicht zu Sterilität. Trotz Mutationen in den Protamin-Genen, findet jedoch in beiden Organismen eine effiziente Kompaktierung des väterlichen Genoms statt. Aufgrund dieser Kenntnisse wurde angenommen, dass neben den Protaminen noch weitere HMG-box-haltige Proteine an der Chromatin Kondensation beteiligt sein müssen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Protein Prtl99C identifiziert und charakterisiert, welches eine HMG-Box Domäne besitzt und spezifisch im späten Spermatiden exprimiert wird. Mittels einem GFP-gekoppelten Fusionsprotein, sowie einem Prtl99C-spezifischen Antikörper konnte das Protein in den reifen Spermienkernen detektiert werden. Analysen homozygoter Prtl99C-ΔC Mutanten zeigen verlängerte Spermienkerne und reduzierte Fertilität, demnach scheint der C-terminale Bereich von Prtl99C notwendig für die Chromatin_Kompaktierung zu sein. RNAi vermittelter Knock-down von Prtl99C führt ebenfalls zu einer Verlängerung der Spermienkerne bis zu 35% und einer reduzierten Fertilität. Während der Verlust der Protamine nur zu um 8% längeren Kernen führt, elongieren die Kerne bei Verlust von Protaminen und Prtl99C um bis zu 47%. Aufgrund dieser Ergebnisse wird postuliert, das während der Spermatogenese viele Chromatin-assoziierende Proteine eine Funktion in der Chromatin-Reorganisation ausüben, um ein kompaktes männliches Genom zu bilden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zum ersten Mal eine Chromatinkomponente des reifen Drosophila Spermiums beschrieben, welche essentiell für die männliche Fertilität ist. Die hier erzielten Erkenntnisse helfen, den Prozess der Kondensation des Spermiengenoms durch verschiedene in additiver Weise wirkende basische Proteine besser zu verstehen. Zusätzlich wurde durch Analysen vorhandener Testis Proteom Daten ein weiteres basisches Protein identifiziert, welches ein Homolog zu dem Mammalia THEG Protein darstellt und ebenso essentiell für die Fertilität von Drosophila sein könnte.