title: Die Testes spezifische Expression von Bromodomänen-Proteinen und Untereinheiten des Polycomb-Repressiven-Komplexes sowie deren mögliche Funktionen während der Spermatogenese in Mammalia
title: The testis-specific expression of bromodomain proteins and subunits of the Polycomb repressive complex and their possible functions during mammalian spermatogenesis
Creators: name: Gonzalez, Nicola Helena
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: Spermatogenesis
Life sciences
Polycomb Repressive Complex
Mammalia
Spermatogenese
Bromodomain Proteins
Polycomb-Repressiven-Komplexe ,
Bromodomänen-Proteine

description: Die Spermatogenese ist ein sehr
      konservierter Prozess von der Fliege bis zu Mammalia, bei dem
      aus diploiden Spermatogonien haploide Spermatiden entstehen.
      Bei der Spermatogenese von Mammalia endet die Transkription
      in frühen, runden Spermatiden. Die für die Spermiogenese
      benötigten Transkripte werden translational reprimiert und
      selektiv bei Bedarf translatiert. In Drosophila melanogaster
      hingegen findet die Transkription translational reprimierter
      mRNAs bereits in den frühen Spermatozyten statt. Bezüglich
      des Drosophila-Testes gilt die Hypothese, dass u. a. ein
      testisspezifischer Transkriptionsfaktor TFIID existiert, der
      die Transkription der post-meiotisch relevanten Gene mit
      Hilfe von TATA-Box bindende Protein assoziierten Faktoren
      (tTAFs) initiiert. Weiterhin wird postuliert, dass der
      Polycomb-Repressive-Komplex 1 (PRC1) die Expression der
      Spermiogenese-relevanten Gene bis hin zu den frühen
      Spermatozyten reprimiert. Mit Unterstützung der tTAFs soll
      der PRC1 vom Promotor dieser Gene entfernt und zum Nukleolus
      der Spermatozyten rekrutiert werden, wobei die tTAFs
      zusätzlich auch an der Transkriptionsaktivierung dieser Gene
      beteiligt sein sollen. Zusätzlich konnten testisspezifisch
      exprimierte Bromodomänen-Proteine (tBRD-1, tBRD-2, tBRD-3)
      identifiziert werden, die in Drosophila-Testes mit
      Untereinheiten des PRC1 und den tTAFs in Spermatozyten zu
      kolokalisieren vermögen. Basierend auf diesen Daten ist die
      Vermutung aufgestellt worden, dass tBRDs an der
      Transkriptionsaktivierung in Spermatozyten beteiligt sind. Ob
      die Reprimierenden Komplexe PRC1 und PRC2 auch in
      Säuger-Testes vorkommen, ist nicht bekannt. In Mammalia ist
      BRDT das einzig bekannte BRD-Protein, dem eine Rolle bei der
      Transkriptionsinitiation als auch bei der Reorganisation des
      Chromatins im Verlauf der Spermatogenese nachgesagt wird. Im
      ersten Teil dieser Arbeit wurden klassische BRD-Proteine in
      Testes von Mammalia evaluiert. Die Resultate verweisen
      darauf, dass die Transkripte für die BRD-Proteine BRD2, BRD8
      und TIF1α in frühen runden Spermatiden signifikant
      angereichert sind. Zudem überlappt die Expression diese
      Proteine mit dem Auftreten aktiver RNA-Polymerase II. Die
      Expression der beiden BRD-Proteine BRD3 und SMARCA2 überlappt
      mit der des Transitionsproteins 1 sowie mit hyperacetyliertem
      Histon H4. Die experimentellen Studien legen nahe, dass die
      genannten BRD-Proteine neben BRDT möglicherweise an der
      Transkription meiotischer und post-meiotischer Gene (BRD2,
      BRD8, TIF1α) sowie an der Reorganisation des Chromatins
      innerhalb des Histon-Protamin-Austausches (BRD3, SMARCA2)
      beteiligt sind. Im zweiten Teil der Arbeit wurde untersucht,
      ob die klassischen Untereinheiten des PRC1 und PRC2 in
      Säuger-Testes (Maus und Mensch) existieren. Es konnte gezeigt
      werden, dass die Transkripte der PRC1-Untereinheiten (Ring1,
      Bmi1, Scmh1, Cbx2, Cbx8) und des PRC2 (Ezh2, Eed, Suz12) in
      murinen Testes synthetisiert werden. Die Daten der
      Transkriptverteilung in Spermatogonien, Spermatozyten und
      runden Spermatiden erlaubten zudem den Rückschluss, dass der
      murine PRC1 u. a. aus den Untereinheiten RING1, BMI1 und
      SCMH1 sowie der PRC2 u. a. aus EZH2, EED und SUZ12 aufgebaut
      sein könnte. Zudem führt die korrelierende
      Transkriptverteilung einiger PRC- und BRD-Transkripte zu der
      Annahme, dass die Neusynthese der PRC-Untereinheiten
      erforderlich sind für die Repression aller Spermatogenesegene
      im Verlauf der Spermatidendifferenzierung.
description: Spermatogenesis is a controlled
      process in which diploid spermatogonia develop into haploid
      spermatids. It is also highly conserved among many organisms.
      In mammalian spermatogenesis, transcription ends in round
      spermatids. Due to this, transcripts that are required for
      spermiogenesis have to be transcribed in round spermatids and
      are translationally repressed until they are needed. In
      contrast to mammals, transcription of translationally
      repressed mRNAs takes place in early spermatocytes of
      Drosophila melanogaster. In Drosophila, a testis-specific
      transcription factor TFIID is hypothesized to transcribe
      post-meiotic relevant mRNAs in association with
      testis-specific TATA-box binding-protein-associated factors
      (tTAFs). The Polycomb repressive complex 1 (PRC1) is assumed
      to be responsible for repressing spermiogenesis-relevant
      genes until they are transcribed in early spermatocytes. In
      these cells, PRC1 is supposed to be removed from the promoter
      of post-meiotic relevant genes by tTAFs and is recruited to
      the nucleolus. Additionally to the removal of PRC1, it is
      postulated that tTAFs are involved in transcription
      activation of these genes. Furthermore, three testis-specific
      bromodomain proteins (tBRD-1, tBRD-2, tBRD-3) have been
      identified which partially co-localize with subunits of PRC1
      and tTAFs in spermatocytes of Drosophila. Based on these
      findings in Drosophila, it has been hypothesized that tBRDs
      are involved in transcriptional initiation in spermatocytes.
      It is obscure, whether PRC1 and PRC2 also exist in mammalian
      testes. So far, BRDT is the only known BRD-protein considered
      to play a role during transcription initiation and chromatin
      reorganization throughout spermiogenesis. The first aim of
      this study was to evaluate classical BRD-proteins in
      mammalian testes. The results revealed that the transcripts
      of Brd2, Brd8 and Tif1α are significantly enriched in round
      spermatids and that these BRD-proteins are localized in the
      same germ cells as active RNA-polymerase II is. Two
      BRD-proteins (BRD3, SMARCA2) showed the same expression
      pattern as hyperacetylated H4 and transition protein 1.
      Whereby active RNA-polymerase II served as a marker for
      transcription. Hyperacetylated H4 as well as transition
      protein 1 were used to indicate the upcoming
      histone-to-protamine transition. Summing up these results, in
      addition to BRDT three further BRD-proteins (BRD2, BRD8 and
      TIF1α) were detected that could be involved in transcription
      of meiotic and post-meiotic relevant genes. Two other
      BRD-proteins (BRD3, SMARCA2) were found which could play a
      role during chromatin reorganization throughout
      histone-to-protamine transition. The second aim was to
      analyze if classical subunits of the PRC1 and PRC2 are
      present in the testes of mice and men. In mice, transcripts
      of some PRC1-subunits (Ring1, Bmi1, Scmh1, Cbx2, and Cbx8)
      and PRC2-subunits (Ezh2, Eed, Suz12) were detected in testes.
      Due to the transcription pattern of these subunits within
      different germ cells of mice, it is assumed that the subunits
      RING1, BMI1 and SCMH1 are part of PRC1 and EZH2, EED and
      SUZ12 could be part of the PRC2. Since some PRC- and
      BRD-transcripts are significantly enriched in meiotic and
      post-meiotic germ cells, it is assumed that PRC1 and PRC2 are
      newly synthesized in these germ cells in order to repress all
      spermatogenesis relevant genes and therefore stop
      transcription during spermatid differentiation.