KFO 326 - Male Germ Cells: from Genes to Function - P4: Das Keimzell-Epigenom und -Transkriptom bei Männern mit normaler und beeinträchtiger Spermatogenese

Grunddaten zu diesem Projekt

Beschreibung

Spermaproben mit abnormalen Parametern (Oligoasthenoteratozoospermie, OAT) scheinen epigenetisch veränderte Subpopulationen von Spermien zu enthalten. Der Ursprung und das Ausmaß dieser epigenetischen Veränderungen sowie die möglichen reproduktiven Konsequenzen sind bislang weitgehend ungeklärt. Im erwachsenen Mann werden Spermien von den spermatogonialen Stammzellen gebildet, welche sich aus den primordialen Keimzellen (englisch PGCs) entwickeln. Während der Embryonalentwicklung findet in den PGCs eine Demethylierung der DNA statt, die eine Neuetablierung der männlichen keimzellspezifischen Methylierungsmuster während der späteren Stadien der Entwicklung ermöglicht. Wie kürzlich gezeigt wurde, können Fehler in der epigenetischen Reprogrammierung in der Keimbahn der Maus zu einer vorzeitigen Differenzierung der männlichen Keimzellen und letztendlich zu adulten Hoden ohne Keimzellen führen. Diese Studie stellte erstmalig eine direkte Verbindung zwischen veränderter DNA-Methylierung in frühen Keimzellen und männlicher Unfruchtbarkeit her. Basierend auf der derzeitigen Datenlage postulieren wir, dass die epigenetische Heterogenität in Spermien von OAT Patienten auf eine epigenetisch heterogene Population von Spermatogonien zurückgeht und mit veränderten Transkriptionsprofilen assoziiert ist.In diesem Projekt werden wir das Methylom von Spermien und Spermatogonien sowie das Transkriptom von Spermatogonien untersuchen. Die Proben werden von Patienten mit normalen Parametern (normozoosperm bzw. mit qualitativ intakter Spermatogenese) sowie von OAT Patienten gewonnen. Die Datensätze werden untereinander und mit Daten von männlichen embryonalen Stammzellen (ESCs), PGCs und weiterentwickelten Keimzellen (AGCs) verglichen. Differenziell methylierte Regionen werden funktionell annotiert und mit tiefer Bisulfitsequenzierung auf Einzelmolekülebene näher untersucht. Von besonderem Interesse sind Regionen, die eine niedrige Methylierung aufweisen, da sie mit genregulatorischen Elementen angereichert sind und auf eine epigenetische Heterogenität der Zellpopulation hinweisen. Gene, die in Spermatogonien von Patienten mit qualitativ normaler Spermatogenese bzw. OAT differenziell exprimiert sind, werden mittels Einzelzellgenexpression analysiert, um Subpopulationen identifizieren zu können. In einem integrativen Ansatz werden Zielgene mit differenzieller DNA-Methylierung und Genexpression korreliert werden. Die Identifizierung von epigenomischen und transkriptomischen Veränderungen in der gestörten Spermiogenese wird die Basis für die Etablierung eines epigenetischen Atlas für männliche Infertilität bilden und möglicherweise auch für die Entwicklung von neuen diagnostischen Tests von Bedeutung sein.