Epigenetiğin spermatogenezdeki rolü

Abstract

Erkek germ hücreleri, fertilizasyonu gerçekleştirebilmek için özgün morfoloji ve işleve sahiptir. Sperm deoksiribonükleik asiti (DNA), erkekten oosite taşınması sırasında genomun korunması amacıyla yüksek derecede sıkılaştırılmıştır. Sperm hücreleri, maturasyon için farklılaşırken yaygın epigenetik modifikasyon- lara uğrarlar. DNA metilasyonu, histon modifikasyonu ve kromatin yeniden düzenlenmesi gibi epigenetik modifikasyonlar spermatogenezin önemli düzenleyicileridir. DNA hipermetilasyonu gen susturulması ile ilişkili iken, DNA hipometilasyonu gen ifadesinin artışı ile ilişkilidir. Sperm hücrelerinde gelişimsel gen- lerin promotorları ileri derecede hipometiledir. Uygun DNA metilasyonu embriyo gelişimi için gereklidir. Histon modifikasyonları, histonların DNAya bağlanma kapasitelerini ve düzenleyici faktörlerin DNAya erişebilirliğini değiştirerek gen ifadesinin de değişimine neden olmaktadır. Fosforilasyon, metilasyon, aseti- lasyon ve ubikinasyon histon kuyruklarında yer alan lizin ve serin rezidülerinin primer modifikasyonlarıdır. Mature spermde somatik hücrelerde bulunan histonların yanında testise özgü histon H2B gibi testise özgü histon varyantları da bulunmaktadır. Spermatogenezde histonların protaminlerle yer değiştirmesi kritik ba- samaktır. Histonların hiperasetilasyonu, kromatin yapısını gevşeterek topoizomerazlarca indüklenen DNA zincir kırıklarına yol açar böylece histonların geçiş proteinleri ile yer değiştirmesi kolaylaştırılmaktadır. Geçiş proteinlerinin protaminlerle yer değiştirmesi sperm DNAsının sıkıca paketlenmesine yol açmaktadır. Bu derleme spermatogenez sırasında gerçekleşen epigenetik değişimleri tanıtmaktadır.

Male germ cells have a unique morphology and function to facilitate fertilization. Sperm deoxyribonucleic acid (DNA) is highly condensed to protect the paternal genome during transfer from male to oocyte. Sperm cells undergo extensive epigenetic modifications during differentiation to become a mature spermatozoon. Epigenetic modifications, including DNA methylation, histone modifications, and chromatin remodeling are substantial regulators of spermatogenesis. DNA hypermethylation is associated with gene silencing. Meanwhile, hypomethylation is associated with gene expression. In sperm cells, promoters of developmental genes are highly hypomethylated. Proper DNA methylation is essential for embryo development. Histone modifications are chemical modifications that change the DNA-binding capacity of histones and the acces- sibility of regulatory factors to the DNA, thereby altering gene expression. Phosphorylation, methylation, acetylation, and ubiquitination are primary modifications of lysine and serine residues on histone tails. In addition to somatic histones, testis-specific histone variants are expressed, including histone H2B in mature sperm. The replacement of histones with protamines is a crucial step in spermatogenesis. Histone hyper- acetylation induces a loose chromatin structure and facilitates topoisomerase-induced DNA strand breaks. As a result, histones are replaced with transition proteins. Next, the transition proteins are replaced with protamines that induce compaction of sperm DNA. This review provides an overview of epigenetic changes during spermatogenesis.