Molekulare Mechanismen der Spermatogenesestörung auf transkriptioneller und epigenetischer Ebene

• Antragstellerinnen: Dr. Sandra Laurentino, Ph.D.; Privatdozentin Dr. Nina Neuhaus
• Fachliche Zuordnung: Reproduktionsmedizin, Urologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329621271

Die Hälfte aller männlichen Patienten, die sich mit Infertilität am Centrum für Reproduktionsmedizin und Andrologie (CeRA) vorstellen, zeigt deutlich beeinträchtigte Spermienparameter (Oligoasthenoteratozoospermie, OAT). Die verantwortlichen molekularen Mechanismen dieses Phänotyps sind dabei weitestgehend unbekannt. Wir konnten erstmalig nachweisen, dass im Hodengewebe dieser Patienten Epimutationen in den undifferenzierten Keimzellen (Spermatogonien) auftreten. Diese lassen sich jedoch nicht in den maturen sowie motilen Spermien nachweisen. Dies deutet darauf hin, dass es Subpopulationen von Spermatogonien gibt, die Qualitäts-Checkpoints durchlaufen, welche verhindern, dass Spermien mit einem fehlerhaften Epigenom gebildet werden. Einzelzell-RNA-Sequenzierung (RNA-Seq) von Hodengeweben infertiler OAT Männer zeigte zudem eine veränderte Dynamik der Spermatogoniendifferenzierung sowie Veränderungen der Stammzellnische. Das Ziel dieses Antrags ist es, die molekularen Eigenschaften von spermatogonialen Subpopulationen auf Transkriptions- und DNA-Methylierungsebene zu untersuchen, sodass Spermien-bildende Zellen von arretierten unterschieden werden können. Darüber hinaus wird der Einfluss der Keimzellnische auf diese Prozesse untersucht. Wir werden Hodengewebe von OAT-Patienten und Kontrollen mit normaler Spermatogenese auf Einzelzell-RNA-Ebene sequenzieren. Damit werden wir einen umfassenden Datensatz generieren, um die transkriptionellen Mechanismen zu identifizieren, die zu Defekten in der Keimzelldifferenzierung führen. Bioinformatische Ansätze werden die integrativen Analysen der RNA-Seq und der generierten whole genome bisulfite sequencing Daten ermöglichen. Um die differenziell methylierten Regionen in den Spermatogonien von infertilen Männern genauestens zu untersuchen, werden wir ultra-hochauflösende DNA-Methylierungsanalysen der Zielsequenzen durchführen. Die Relevanz dieser Daten wird auf zellulärer Ebene durch multispektrale Bildgebungsverfahren der Proteine in den entsprechenden Hodengeweben untermauert. Durch die Analysen auf epigenetischer, transkriptioneller und Proteinebene werden wir einen einzigartigen und integrierten Blick auf die Mechanismen gewinnen, die für die Keimzelldifferenzierung und die Qualitätskontrolle in der menschlichen Spermatogenese essentiell sind. Diese Mechanismen werden eine präzisere Subklassifizierung der heterogenen OAT-Patientengruppe ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Klinische Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: KFO 326: Male Germ Cells: from Genes to Function