TY  - THES
T1  - Eine Untersuchung von zwei Tiermodellen auf ihre Eignung für Studien der Spermatogenese (Weißbüschelaffe, Callithrix jacchus) und der frühen Embryonalentwicklung (Rind, Bos taurus) des Menschen
T3  - Giessen : VVB Laufersweiler
A1  - Hecht,Nadine
Y1  - 2011/01/04
N2  - Der Histon-Protamin-Austausch ist nicht nur für die männliche Fertilität und die
Befruchtungsfähigkeit der Spermatozoen von entscheidender Bedeutung, sondern er scheint
auch einen Einfluss auf die Qualität und die Entwicklung von Embryonen zu haben. Der
Histon-Protamin-Austausch wird durch eine Histonacetylierung eingeleitet und erfolgt beim
Menschen nur zu etwa 85%. Man nimmt an, dass die acetylierten Resthistone in
Spermatozoen als epigenetische Signale eine wichtige Rolle für die frühe
Embryonalentwicklung spielen. Zahlreiche Untersuchungen zum Histon-Protamin-Austausch
während der Spermatogenese beim Mensch existieren bereits und liefern wertvolle
Informationen in Bezug auf die Befruchtungsfähigkeit von Spermatozoen. Da menschliche
Embryonen aus ethischen Gründen nicht für wissenschaftliche Untersuchungen zur
Verfügung stehen, sind weiterführende Untersuchungen, die die frühe Embryonalentwicklung
betreffen, am Mensch nicht möglich. Aus diesem Grund lag der Fokus dieser Arbeit auf der
Etablierung eines Tiermodells für die Spermatogenese und die frühe Embryonalentwicklung
des Menschen. Im ersten Teil dieser Studie sollte geklärt werden, ob sich der Weißbüschelaffe
(Callithrix jacchus) als Tiermodell für die Spermatogenese des Menschen eignet. Hierzu
führten wir in-situ Hybridisierungen gegen Protamine und immunhistochemische
Untersuchungen gegen spezifisch an Lysin5 (H4K5ac) Lysin 8 (H4K8ac), Lysin 12 (H412ac)
und Lysin 16 (H4K16ac) acetyliertem Histon H4 an Biopsiematerial des Hodens von Mensch
und Callithrix jacchus durch und analysierten anschließend das Expressionsmuster. Da die
Protamin-1 Sequenz bei Callithrix jacchus noch nicht bekannt war, stellten wir zuerst eine
Sonde her. Protamine-1 (PRM-1) und Protamin-2 (PRM-2) waren in runden und
elongierenden Spermatiden detektierbar. Alle Antikörper gegen acetyliertes Histon H4
zeigten in runden und elongierenden Spermatiden positive Signale. H4K8ac und H4K16ac
zeigten zusätzlich in Spermatogonien des Menschen positive Signale, während beim
Marmoset H4K8ac und H4K12ac in diesen Zellen detektierbar waren. Der Antikörper gegen
H4K16ac zeigte beim Menschen bereits in den pachytänen Spermatozyten beginnend in
Stadium III der Spermatogenese eine positive immunhistochemische Reaktion. Zusätzlich zu
Hodenbiopsien führten wir immunhistochemische Untersuchungen an Ausstrichen von
ejakulierten Spermatozoen von Mensch und Callithrix jacchus durch. Alle Antikörper zeigten
eine positive Reaktion, jedoch variierte der prozentuale Anteil an positiven Spermatozoen
deutlich zwischen den vier eingesetzten Antikörpern. Western Blot Analysen von
homogenisiertem Ejakulat des Menschen und Callithrix jacchus mit den vier Antikörpern
konnten in beiden Spezies spezifische Banden feststellen. Die Präsenz von spezifisch an Lysin
5, 8, 12 und 16 acetyliertem Histon H4 in Spermatozoen beider Spezies zeigt, dass der
Histon-Protamin-Austausch nicht vollständig ist. Dies war beim Menschen bereits bekannt
und konnte in dieser Untersuchung auch für den Weißbüschelaffen gezeigt werden. Aufgrund
der Tatsache, dass der Mensch und der Weißbüschelaffe eine ähnliche Organisation des
Keimepithels aufweisen, der Histon-Protamin-Austausch bei Beiden nicht vollständig ist,
beide Spezies PRM-1 und PRM-2 exprimieren, und eine gleiche Expression von PRM-1 und
PRM-2 mRNA in runden und elongierenden Spermatiden zeigen, eignet sich der
Weißbüschelaffe als Tiermodell für den Histon-Protamin-Austausch im Menschen. Da
acetylierte Histone in Spermatozoen im Verdacht stehen mit Genen assoziiert zu sein, die den
Start der Transkription und die frühe Genexpression in der Zygote bedingen, also vom
Spermatozoon auf die Eizelle bei der Befruchtung übertragen werden, eignet sich der
Weißbüschelaffe unter Umständen auch als Tiermodell für die frühe Embryonalentwicklung
des Menschen.
In einem zweiten Teil dieser Studie wurde das Expressionsmuster von acht Genen in
Spermatozoen, Oozyten, Zygoten, 2-Zell und 4-Zell Embryonen von Callithrix jacchus und
Bos taurus mittels RT-PCR analysiert: Protamine-1 (PRM-1), Protamine-2 (PRM-2), Histon
H1 (H1), Histon H3 (H3), Histon H4 (H4), cAMP-responsive element modulator (CREM),
DNA Methyltransferase 1 (DNMT1) und TATA box-binding Protein (TBP). Unser Ziel war es
spermienspezifische Transkripte zu identifizieren, die vom Spermium auf die Oozyte während
der Fertilisierung übertragen werden. Es ist bekannt, dass diese Gene eine wichtige Rolle
während der Spermiogenese und frühen Embryonalentwicklung spielen. In Callithrix jacchus
und Bos taurus zeigten unsere Ergebnisse, dass PRM 1 Transkripte von Spermatozoen auf die
Oozyte übertragen werden. Mit unseren Ergebnissen bekräftigen wir die Hypothesen anderer
Studien, dass das Spermium mehr als nur Überbringer des männlichen Genoms ist, sondern
auch spermienspezifische Transkripte während der Fertilisierung auf die Oozyte überträgt, die
für die frühe Embryonalentwicklung essentiell sind.
CY  - Gießen
PB  - Universitätsbibliothek
SN  - 978-3-8359-5688-9
AD  - Otto-Behaghel-Str. 8, 35394 Gießen
UR  - http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2011/7908
ER  -