(Alllex/Getty Images) Unsere DNA ist verdammt dicht in unserem Zellkern gepackt. Jedes Chromosom ist ein langes DNA-Molekül, das um Proteine, sogenannte Histone, gewickelt ist, wie ein sehr kleiner Faden auf sehr kleinen Spulen.
Aber Spermien stellen sogar die Packfähigkeiten der Chromosomen in den Schatten.
„Wenn die DNA unter normalen Umständen so viel Platz einnehmen würde wie eine Wassermelone, wären Spermien nur so groß wie ein Tennisball.“ sagt Entwicklungsforscher Hubert Schorle vom Universitätsklinikum Bonn.
Bei Menschen und Mäusen ersetzen zwei Proteine, sogenannte Protamine, die Histone, um die DNA noch dichter zu packen und so jeden Platz auszunutzen wie Blöcke in einem Tetris-Spiel . Dieser Vorgang wird Hyperkondensation genannt.
Wie das geschieht, ist ziemlich gut verstanden, aber Schorle und ein Forscherteam haben sich noch tiefer mit dem Prozess der Hyperkondensation beschäftigt und untersucht, was passiert, wenn man sich mit einem dieser Protamine, PRM2, anlegt.
Während des gesamten Prozesses der Spermienbildung wird ein Teil des PRM2-Proteins, genannt N-Terminus ist abgeschnitten. Dieses Abschneiden oder Spalten scheint entscheidend für die Spermienproduktion zu sein, nun ja... Spermien.
„Die ordnungsgemäße Spaltung von PRM2 scheint daher entscheidend für eine erfolgreiche Reproduktion zu sein, doch die Funktion der gespaltenen PRM2-Domäne und die PRM2-Verarbeitung sind bisher unbekannt.“ Das Team schreibt in seiner Arbeit.
Um herauszufinden, was passiert, haben die Forscher mutierte Mäuse geschaffen, die keinen zu entfernenden N-Terminus an ihrem PRM2 hatten. Nach einer genauen Untersuchung ihrer Spermien stellte das Team fest, dass PRM2 unbedingt verkleinert werden muss, da die DNA der Mäuse mit ungespaltenem PRM2 vollständig zerfallen war.
„Die Entfernung von Übergangsproteinen während der Hyperkondensation ist beeinträchtigt“, sagt Erstautorin Lena Arévalo, ebenfalls vom Universitätsklinikum Bonn.
„Außerdem scheint die Kondensation zu schnell voranzuschreiten, sodass die DNA-Stränge brechen.“
Wenig überraschend führte dies zu unfruchtbaren Männern, allerdings nur, wenn beide Kopien (oder Allele) von PRM2 verloren gingen oder beschädigt waren. Als nur eines dieser Gene verloren ging, blieben die Mäuse fruchtbar. Unten sehen Sie ein Diagramm dazu.
(Arévalo et al., PLOS Genetics, 2022)
Obwohl wir noch keine direkten Beweise für diese Wirkung beim Menschen haben, ist es möglich, dass Fruchtbarkeitsprobleme beim Menschen manchmal durch Probleme bei der PRM2-Spaltung verursacht werden. Das Team prüft derzeit, ob dies der Fall ist.
„Es gibt nur wenige Forschungsgruppen, die die Rolle von Protaminen bei der Hyperkondensation analysieren“, sagt Schorle.
„Wir sind bisher das einzige Labor weltweit, dem es gelungen ist, sowohl PRM1- als auch PRM2-defiziente Mauslinien zu erzeugen und zu züchten, die nun zur Untersuchung der Rolle dieser Proteine bei der Spermatogenese verwendet werden.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in PLOS-Genetik .