Studie untersucht keimbahnspezifischen Regulator der mitochondrialen Fusion

Keimbahn-Stamm- und Vorläuferzellen (GSPCs), einschließlich primordialer Keimzellen (PGCs) und Keimbahn-Stammzellen (GSCs), erzeugen verschiedene Stadien von Keimstammzellen und differenzieren sich dann in Spermien und Eizellen, um Nachkommen zu produzieren. GSPCs erneuern sich auch selbst, um mehr Stammzellen zu erzeugen. Die Bestimmung des Zellschicksals von GSPCs wird durch eine Vielzahl von Mechanismen reguliert, wie z. B. die Änderungen auf der Ebene der Translation, Transkription und epigenetische Modifikationen. Bei diesen Faktoren, die für die GSPC-Selbsterneuerung und -Differenzierung wesentlich sind, wird wahrscheinlich ein keimbahnspezifisches Expressionsmuster beobachtet.

Zusätzlich zu ihrer seit langem anerkannten Rolle bei der Energieproduktion können Mitochondrien auch die Bestimmung des Zellschicksals regulieren. Das Gleichgewicht der mitochondrialen Fusion und Spaltung, nämlich die mitochondriale Dynamik, ist eng mit der Zellphysiologie und sogar dem Zellschicksal verbunden. Es bleibt jedoch unbekannt, ob es einen keimbahnspezifischen Regulator der mitochondrialen Dynamik gibt und wie er bei der Keimzellentwicklung und Gonadendifferenzierung funktioniert.

Kürzlich demonstrierte eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Sun Yonghua vom Institut für Hydrobiologie (IHB) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Zusammenarbeit mit Prof. Chen Zhenxia von der Huazhong Agricultural University die neuartigen Mechanismen, die eine keimbahnspezifische mitochondriale Organisation erforderlich machen zur Pflege und Differenzierung von GSPCs. Diese Studie wurde veröffentlicht in Fortgeschrittene Wissenschaft.

Durch die Kreuzanalyse der RNA-Sequenzierungsergebnisse von jugendlichen Hoden und Eierstöcken von Zebrafischen stellten die Forscher fest, dass der mitochondriale Organisationsprozess durch die Gen-Ontologie-Analyse erheblich bereichert wurde, und identifizierten mitoPLD (Zebrafisch pld6) als ein neuartiges keimbahnspezifisches Gen im Zusammenhang mit der mitochondrialen Fusion.

Durch die Erzeugung von pld6-Knockout-Mutanten fanden die Forscher heraus, dass sich die Mutanten ausschließlich zu unfruchtbaren Männchen ohne Spermien in den Hoden entwickelten. Zygotische Zerstörung von pld6 hatte keinen Einfluss auf die anfängliche Anzahl von GSPCs, wohingegen die Mutanten bei 25 dpf eine geringe Größe in Gonaden aufwiesen und die GSPCs sich danach nicht in frühe Oocyten differenzieren konnten.

Darüber hinaus entdeckten die Forscher, dass die Keimzellen in den Mutanten nach 35 dpf verschwanden, was schließlich zu einer Vermännlichung und Unfruchtbarkeit der Mutanten führte. Die mitochondriale Fusion in den pld6-depletierten GSPCs war stark beeinträchtigt, und die Mutanten zeigten Defekte in der piRNA-Biogenese und Transposon-Suppression.

Diese Studie deckte zum ersten Mal Pld6 von Zebrafischen als einen neuartigen keimbahnspezifischen Regulator der mitochondrialen Fusion auf und hob seine wesentliche Rolle bei der Aufrechterhaltung und Differenzierung von GSPCs sowie bei der Gonadenentwicklung und Gametogenese hervor, was die Zunahme des Bewusstseins für die Beziehung zwischen der mitochondrialen Dynamik und der Bestimmung des Zellschicksals von GSPCs.