Wissenschaftler knacken DNA-Code von Spermien
Ein vom Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) in Heidelberg, Deutschland, und Grenoble, Frankreich, geführtes Team europäischer Forscher hat jetzt entdeckt, dass ein Protein mit der Bezeichnung Brdt, das nur in sich entwickelnden Spermienzellen vorkommt, eine wichtige Rolle bei der Ausrichtung der engen Verpackung der Spermien-DNA spielt. Die Ergebnisse der im Fachjournal Nature veröffentlichten Studie zeigen, warum Spermien ganz besonders stromlinienförmig sind. Die EMBL-Forscher stellten in Zusammenarbeit mit Kollegen vom Institut de Biologie Structurale (IBS) - Jean-Pierre Ebel und vom Institut Albert Bonniot (IAB), Frankreich, erfolgreich fest, wie man am besten den Histon-Code liest, der das Geheimnis der schnellen Spermien enträtselt. Eines ist klar: Fruchtbarkeit hängt in hohem Maße von der Geschwindigkeit ab, mit der die Spermien schwimmen. Die übermäßig lange und sperrige DNA (Desoxyribonukleinsäure) wird praktischerweise in eine komplexe Struktur - das Chromatin - verpackt, das der strukturelle Baustein eines Chromosoms ist. Lange DNA-Stränge werden um Proteine - die sogenannten Histone - herumgewickelt. Was aber macht die Spermien-DNA so einzigartig? Nach Meinung der Forscher ist das Chromatin der Spermien sogar noch kompakter, wodurch die Spermienkopfgröße kleiner und hydrodynamischer wird. Studien haben gezeigt, dass Chromatin auf eine sehr ausgeklügelte Weise reguliert wird. Verschiedene chemische Tags markieren Histone und wirken als ein Code, um Änderungen in der Chromatinstruktur anzuweisen. Den Forschern zufolge "binden sich verschiedene Proteine an die Tags, deren Kombination dann den Code entschlüsselt." In der Vergangenheit durchgeführte Forschungen ließen ahnen, dass diese Proteine unter Nutzung einer oder mehrerer modularer "Domänen" Bindungen eingehen, wobei jede Domäne mit nur einem Tag markiert ist. Die Wissenschaftler des EMBL, IBS und IAB ermittelten nun eine weitere Stufe der Raffinesse. Das Team entdeckte bei der Bewertung der Histonbindung des Brdt-Proteins, dass es die stärkste Bindung zu einem Histon mit zwei Tags eines bestimmten Tagtyps - Azetylgruppen (kohlenstoff- und wasserstoffhaltige Gruppen) - eingeht, aber nur eine Proteindomäne nutzt. "Wir waren davon überaus überrascht", gibt Dr. Christoph Müller vom EMBL zu. "Wir betrachteten die Struktur und sahen, dass die Domäne eine Art Tasche bildet, die beide Tags auf einmal bindet." Dr. Saadi Khochbin vom IAB dazu: "In den Spermien werden diese Tags, kurz bevor die DNA beginnt hyperkompakt zu werden, in einer riesigen Welle in das Chromatin aufgenommen. Wenn Brdt fehlt, findet die zusätzliche Verdichtung nicht statt und der Spermienkopf ist dann weniger stromlinienförmig. Männliche Mäuse ohne Brdt sind unfruchtbar." Allerdings, so die Wissenschaftler, könnten sie nur spekulieren, ob die Art und Weise, wie Brdt Verbindungen mit den Histontags eingeht, eine wichtige Rolle bei der ausgeprägten Verdichtungsfähigkeit spiele. "Eine Idee ist, dass Histone sequenziell Tags gewinnen, und die Verdichtung nur dann ausgelöst wird, wenn die Tags vollständig vorhanden sind", erläutert Dr. Müller. "Brdt bindet sich an die letzten beiden Tags in dieser Sequenz, was die Brdt-Bindung zum allerletzten Schritt in diesem Prozess macht - ein endgültiges Signal, mit der Hyperverdichtung zu beginnen." Carlo Petosa vom IBS dazu: "Wir haben erneut die Strukturen der anderen Chromatin-assoziierten Proteine untersucht und sahen, [dass] dieser Tag-bindende Mechanismus wahrscheinlich von ihnen genutzt wird, was [somit] auch unser Verständnis erweitert, wie der Histon-Code zu lesen ist." Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Ergebnisse ihrer Studie zur Lösung von Problemen bei der Spermienentwicklung beitragen können. Das Team nimmt außerdem eine Bewertung vor, wie dieses Protein die männliche Unfruchtbarkeit beeinflusst.
Länder
Deutschland, Frankreich