همراهی تغییر سطح نشان‌های هیستونی H3K9ac و H3K9me2 در ناحیه‌ی تنظیمی ژن‌های ترانزیشن پروتئین و پروتامین با نقص اسپرماتوژنز

نوع مقاله : مقاله های پژوهشی

نویسندگان

1 گروه ژنتیک، مرکز تحقیقات پزشکی تولید مثل، پژوهشکده‌ی زیست‌شناسی و علوم پزشکی تولید مثل جهاد دانشگاهی، پژوهشگاه رویان، تهران، ایران

2 استادیار، گروه آندرولوژی، مرکز تحقیقات پزشکی تولید مثل، پژوهشکده‌ی زیست‌شناسی و علوم پزشکی تولید مثل جهاد دانشگاهی، پژوهشگاه رویان، تهران، ایران

3 استاد، گروه آندرولوژی، مرکز تحقیقات پزشکی تولید مثل، پژوهشکده‌ی زیست‌شناسی و علوم پزشکی تولید مثل جهاد دانشگاهی، پژوهشگاه رویان، تهران و بخش اورولوژی، بیمارستان شریعتی، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران

4 دانشیار، گروه ژنتیک، مرکز تحقیقات پزشکی تولید مثل، پژوهشکده‌ی زیست‌شناسی و علوم پزشکی تولید مثل جهاد دانشگاهی، پژوهشگاه رویان، تهران، ایران‌

چکیده

مقدمه: اسپرماتوژنز موفق نیازمند مجموعه‌ای از وقایع اپی‌ژنتیکی بسیار کنترل شده است که به فشردگی کروماتین اسپرم ختم می‌شود. طی این وقایع اپی‌ژنتیکی، بیان ترانزیشن پروتئین‌ها (Transition nuclear proteins یا TNPs) و پروتامین‌ها (Protamines یا PRMs) افزایش می‌یابد تا جانشین هیستون‌ها شوند. بسیاری از عوامل اپی‌ژنتیکی در تنظیم بیان این ژن‌ها مؤثرند. بنابراین، بررسی تغییرات هیستونی مثل H3K9ac و H3K9me2 به عنوان یک ابزار قدرتمند در تنظیم ژن‌های یاد شده می‌تواند درک بهتری از مکانیسم‌های مولکولی ناباروری فراهم کند.روش‌ها: به این منظور، پس از تأیید کمیته‌ی اخلاق در پژوهش پژوهشگاه رویان، از 60 بیمار آزواسپرم مراجعه کننده به پژوهشگاه رویان رضایت‌نامه گرفته شد. سپس، بر اساس نتایج اسپرموگرام و داده‌های پاتولوژی، بیماران به سه گروه توقف کامل بلوغ اسپرم، سلول سرتولی تنها و اسپرماتوژنز کم به عنوان شاهد مثبت تقسیم شدند. بیان ژن‌های ترانزیشن پروتئین و پروتامین با استفاده از روش Quantitative reverse transcription-Polymerase chain reaction (qRT-PCR) بررسی شد. همچنین، Chromatin immunopercipitation (ChIP) همراه با Real-time PCR برای بررسی میزان حضور H3K9ac و H3K9me2 در ناحیه‌ی تنظیمی ژن‌های پیش‌گفته انجام شد.یافته‌ها: نتایج کاهش معنی‌داری در بیان ژن‌های ترانزیشن پروتئین و پروتامین در دو گروه توقف کامل بلوغ اسپرم و سلول سرتولی تنها در مقایسه با گروه شاهد نشان داد. این داده‌ها، با نتایج ChIP هم‌خوانی داشت؛ به طوری که در ناحیه‌ی تنظیمی ژن‌های پیش‌گفته در دو گروه دارای نقص اسپرماتوژنز در مقایسه با شاهد، کاهش حضور H3K9ac (نشان فعال کننده) و افزایش حضور H3K9me2 (نشان سرکوبگر) دیده شد.نتیجه‌گیری: این یافته‌ها به ارتباط معنی‌دار تغییرات هیستونی با تغییر بیان ژن‌های دخیل در فشرده‌سازی کروماتین اسپرم و نقص اسپرماتوژنز در ناباروری مردان اشاره دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The Association between the Altered Levels of H3K9ac and H3K9me2 Histone Marks in Transition Protein and Protamine Genes with Impaired Spermatogenesis

نویسندگان [English]

  • Raha Favaedi 1
  • Niloofar Sodeifi 2
  • Mohammad Ali Sadighi-Gilani 3
  • Maryam Shahhoseini 4
1 Department of Genetics, Reproductive Biomedicine Research Center, Royan Institute for Reproductive Biomedicine, Academic Center for Education, Culture and Research, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Department of Genetics, Reproductive Biomedicine Research Center, Royan Institute for Reproductive Biomedicine, Academic Center for Education, Culture and Research, Tehran, Iran
3 Professor, Department of Andrology, Reproductive Biomedicine Research Center, Royan Institute for Reproductive Biomedicine, Academic Center for Education, Culture and Research AND Department of Urology, Shariati Hospital, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran
4 Associate Professor, Department of Genetics, Reproductive Biomedicine Research Center, Royan Institute for Reproductive Biomedicine, Academic Center for Education, Culture and Research, Tehran, Iran
چکیده [English]

Background: Successful spermatogenesis requires a series of tightly controlled epigenetic events leads to condensation of sperm chromatin. Through these epigenetic events, expression of transition nuclear proteins (TNPs) and protamines (PRMs) rise to replace with histones. Many epigenetic factors are involved in regulation of these genes. Therefore, evaluation of histone modifications e.g. H3K9ac and H3K9me2, as powerful epigenetic tool in regulation of mentioned genes, can represent better insight into molecular mechanisms of infertility.Methods: The consent was obtained from 60 azoospermic infertile men referred to Royan Institute, Tehran, Iran, according local ethical approval. Then, based on spermogram and pathological features of patients, testes tissue samples were collected from three groups including complete maturation arrest, sertoli cell only syndrome, and hypospermatogenesis (as positive control). Expression of TNPs and PRMs were evaluated using quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction (qRT-PCR). Besides, chromatin immunopercipitation (ChIP) coupled with real time- polymerase chain reaction was performed to evaluate the incorporation of H3K9ac and H3K9me2 into regulatory regions of mentioned genes.Findings: There was a significant decrease in expression of TNP and PRM genes in two groups of spermatogenic failure in comparison to positive control. These findings also confirmed by chromatin immunopercipitation data which revealed decreased incorporation of H3K9ac (activating mark), and increased incorporation of H3K9me2 (repression mark) into regulatory regions of mentioned genes in complete maturation arrest and sertoli cell only syndrome groups vs. positive control.Conclusion: These finding implies significant association of histone modifications with altered expression of sperm chromatin condensing genes and impairment of spermatogenesis in male infertility.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Infertility
  • Male
  • Spermatogenesis
  • Epigenetics
  • Chromatin

مراجع

  1. Sassone-Corsi P. Unique chromatin remodeling and transcriptional regulation in spermatogenesis. Science 2002; 296(5576): 2176-8.
  2. Wykes SM, Krawetz SA. The structural organization of sperm chromatin. J Biol Chem 2003; 278(32): 29471-7.
  3. Aoki VW, Carrell DT. Human protamines and the developing spermatid: Their structure, function, expression and relationship with male infertility. Asian J Androl 2003; 5(4): 315-24.
  4. Cho C, Willis WD, Goulding EH, Jung-Ha H, Choi YC, Hecht NB, et al. Haploinsufficiency of protamine-1 or -2 causes infertility in mice. Nat Genet 2001; 28(1): 82-6.
  5. Hogarth C, Itman C, Jans DA, Loveland KL. Regulated nucleocytoplasmic transport in spermatogenesis: a driver of cellular differentiation? Bioessays 2005; 27(10): 1011-25.
  6. Bianchi F, Rousseaux-Prevost R, Sautiere P, Rousseaux J. P2 protamines from human sperm are zinc -finger proteins with one Cys2His2 motif. Biochem Biophys Res Commun 1992; 182(2): 540-7.
  7. Kouzarides T. Chromatin modifications and their function. Cell 2007; 128(4): 693-705.
  8. Brunner AM, Nanni P, Mansuy IM. Epigenetic marking of sperm by post-translational modification of histones and protamines. Epigenetics Chromatin 2014; 7(1): 2.
  9. Pai CC, Deegan RS, Subramanian L, Gal C, Sarkar S, Blaikley EJ, et al. A histone H3K36 chromatin switch coordinates DNA double-strand break repair pathway choice. Nat Commun 2014; 5: 4091.
  10. Eelaminejad Z, Favaedi R, Sodeifi N, Sadighi Gilani MA, Shahhoseini M. Deficient expression of JMJD1A histone demethylase in patients with round spermatid maturation arrest. Reprod Biomed Online 2017; 34(1): 82-9.
  11. Khalil M, Wahlestedt C. Epigenetic mechanisms of gene regulation during mammalian spermatogenesis. Epigenetics 2008; 3(1): 21-7.
  12. Siffroi JP, Alfonsi MF, Dadoune JP. Co-localization of HP1 and TP1 transcripts in human spermatids by double electron microscopy in situ hybridization. Int J Androl 1999; 22(2): 83-90.
  13. Steger K, Pauls K, Klonisch T, Franke FE, Bergmann M. Expression of protamine-1 and -2 mRNA during human spermiogenesis. Mol Hum Reprod 2000; 6(3): 219-25.
  14. Hayashi K, Yoshida K, Matsui Y. A histone H3 methyltransferase controls epigenetic events required for meiotic prophase. Nature 2005; 438(7066): 374-8.
مجله دانشکده پزشکی اصفهان
دوره 36، شماره 473 - شماره پیاپی 473
خرداد و تیر 1397
صفحه 277-283

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 04 آذر 1396
  • تاریخ بازنگری: 11 آبان 1403
  • تاریخ پذیرش: 17 فروردین 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار