Primordiale Keimzellen (PGCs) sind die erste während der Entwicklung etablierte Keimzellpopulation. Das Überleben von Arten hängt von PGCs in sexuell reproduzierenden Organismen ab, da sie die Gründerzellen für die Keimbahn sind.
Bei Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, Xenopus laevis und dem Zebrafisch Danio rerio werden PGCs durch Vererbung des mütterlichen Keimplasmas während der frühen Embryogenese spezifiziert. Keimplasma ist sowohl ausreichend als auch notwendig für die Spezifikation von Zebrafisch-PGC, und die Akkumulation von Keimplasma an Spaltfurchen erfordert die Koordination von Mikrotubuli, Aktin-Zytoskeletten und molekularen Motoren. Wie dieser Prozess reguliert wird, ist jedoch noch weitgehend unverstanden.
Kürzlich lieferte ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Hu Wei vom Institut für Hydrobiologie (IHB) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften den ersten Beweis dafür, dass die Sinhcaf-abhängige Histon-Deacetylierung für die Aggregation des Keimplasmas und die Spezifikation der Urkeimzellen essentiell ist. Die Studie wurde veröffentlicht in EMBO-Berichte.
Die Forscher erzeugten zuerst Sinhcaf-Knockout- und Überexpressions-Zebrafischlinien. Sie fanden heraus, dass die mütterlich-zygotischen Sinhcaf-Mutanten (MZsinhcaf -/-) Keim-Plasma-Aggregationsdefekte, eine verringerte PGC-Häufigkeit und ein voreingenommenes männliches Geschlechterverhältnis aufwiesen. All diese Effekte wurden durch Sinhcaf-Überexpression gerettet, was zu überschüssigen PGCs und einem von Frauen voreingenommenen Geschlechterverhältnis führte.
Mithilfe der Co-Immunpräzipitationsanalyse fanden die Forscher heraus, dass der Zebrafisch Sinhcaf mit den Kernkomponenten des SIN3-HDAC-Komplexes interagierte. Western-Blot-Ergebnisse zeigten, dass der Verlust von Sinhcaf zu einem erhöhten Acetylierungsniveau von Histon 3 in Zebrafisch-Follikeln im ausgewachsenen Stadium (FG) führte.
Die Forscher führten dann transkriptomische und quantitative Echtzeit-PCR-Analysen durch und zeigten, dass die Menge an kif26ab-Transkripten in sinhcaf-mutierten FG-Follikeln und reifen Eizellen signifikant verringert war. Die Ergebnisse der Chromatin-Immunpräzipitation zeigten weiter, dass Sinhcaf direkt an die Transkriptionsregulationsregion von kif26ab binden kann.
Der Verlust von Sinhcaf erhöhte sowohl die Acetyl-Histon H3 (K9)- als auch die Acetyl-Histon H3 (K18)-Spiegel in der Promotorregion von kif26ab, sagte Prof. Hu und fügte hinzu, dass kif26ab laut dem Luciferase-Promotor-Assay durch Sinhcaf transkriptionell aktiviert wird.
Die Forscher zeigten, dass die unterdrückte Expression von kif26ab eine fehlerhafte Keimplasmaaggregation in den Spaltfurchen und eine verringerte PGC-Zahl im Genitalkamm verursachte. Die Injektion von kif26ab-mRNA könnte teilweise die verminderten Keimplasmakomponenten in den Spaltfurchen von MZsinhcaf –/– -Embryonen retten.
Diese Studie deckt eine entscheidende Rolle von Sinhcaf bei der Keimplasmaaggregation und der anschließenden PGC-Spezifikation auf, die durch die Regulierung des Histonacetylierungsstatus des kif26ab-Promotors zur Aktivierung seiner Transkription vermittelt wird. Die sinhcaf –/– -Mutanten bieten ein modifizierbares in vivo-Modellsystem, um zu bestimmen, was die PGC-Spezifikation steuert.
Binbin Tao et al., Sinhcaf‐abhängige Histon‐Deacetylierung ist essentiell für die Spezifikation von Urkeimzellen, EMBO-Berichte (2022). DOI: 10.15252/embr.202154387