Väterliche Alterseffekte auf das Spermien-Epigenom und dessen Einfluss auf die nächste Generation

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Haaf
• Fachliche Zuordnung: Reproduktionsmedizin, Urologie ; Humangenetik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422212342

Im Vergleich zu vielen Studien über die epigenetische Programmierung durch maternale Faktoren, ist über den Einfluss väterlicher Faktoren auf die nächste Generation wenig bekannt. Ziel dieses Antrags ist die Identifizierung evolutionär konservierter Spermien-Methylierungsmuster, die durch das Vateralter beeinflusst werden, und herauszufinden, inwieweit diese epigenetischen Veränderungen in die nächste Generation weitergegeben werden. Um epigenetische Signaturen für Spermaqualität und Erfolg von assistierten Reproduktionstechniken (ART) zu entdecken, wird "Reduced Representation Bisulfite Sequencing (RRBS)" mit jeweils 24 sorgfältig "gematchten" (für bekannte Confounding Faktoren) Spermaproben durchgeführt, von Männern mit normalem bzw. abnormalem Spermiogramm, die entweder zu einer Schwangerschaft geführt haben oder nicht. Mit 12 Proben pro Gruppe wird auch die Hydroxymethylierung mit oxidativer (ox) Bisulfite-Sequenzierung studiert. Um Alters-abhängige Methylierungsveränderungen in nicht-menschlichen Primaten und im Rind zu identifizieren, werden RRBS und RRoxBS an Spermaproben von 16 Weissbüschelaffen verschiedener Altersklassen und Spermaproben derselben 12 Bullen im jungen und hohen Alter durchgeführt. Übereinstimmende Korrelationen zwischen Spermien-Methylierung und Vateralter in drei Spezies sind ein starker Hinweis auf suszeptible, funktionell relevante Gene/Pathways für das Vateralter. Die jeweils 10 besten Kandidatengene zur Vorhersage des Vateralters und ART-Erfolges sollen durch Bisulfite-Pyrosequenzierung an einer unabhängigen Kohorte von bis zu 1000 Spermaproben validiert werden. Um die Weitergabe der Alters-abhängigen Methylierung in menschlichen Spermien in die nächste Generation zu studieren, werden informative Nabelschnurblutproben von Kindern, die durch IVF/ICSI mit dem analysierten Sperma gezeugt wurden, identifiziert. Durch Deep Bisulfite Sequencing kombiniert mit einer SNP-Typisierung können die Methylierungsmuster von väterlichem und mütterlichem Allel unterschieden und Spermien-Methylierung mit väterlicher Allel-Methylierung (in diploiden somatischen Zellen) korreliert werden. In vielen Aspekten einschließlich der embryonalen Entwicklung und Gestation ist das Rindermodell dem Menschen ähnlicher als Nager. Durch in vitro Maturation und Fertilisation von Schlachthaus-Oozyten mit Sperma von drei Bullen im jungen bzw. im hohen Alter werden Rinder-Blastocysten produziert. Bisulfite-Pyrosequenzierung und Taqman Assays werden mögliche Alterseffekte auf rDNA-Methylierung und Expression offenlegen. Durch RNA-Sequenzierung von individuellen Blastocysten sollen die Trankriptome von Embryonen alter vs. junger Bullen verglichen werden. Zusammenfassend wird diese Studie umfangreiche Informationen über Assoziationen des Spermien-Methyloms mit Vateralter, ART-Erfolg, Embryogenese und Weitergabe an das Epigenom der Nachkommen liefern. Solche Daten werden dringend benötigt, um die die epigenetische Sicherheit von ART besser abzuschätzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen