Zgradba očetovega kromatina pri sesalcih: zamenjava histonov s protamini in reprogramiranje po oploditvi

Uvod

Prenos genetskih informacije iz očeta na potomce je zelo kompleksen proces, ki zahteva natančno reorganizacijo in regulacijo kromatina. Ta reorganizacija ni pomembna le za uspešno oploditev, ampak tudi pri pravilnemu začetku embrionalnega razvoja.

Osnovna organizacija kromatina

V evkariontskih celicah je DNA zelo dolga molekula, ki je zapakirana okoli oktamerov histonov. Kompleks DNA in histonov imenujemo nukleosom. Zgoščena strukuta kromatina v nukleosome omogoča poleg zgoščenosti tudi regulacijo dostopnosti genov, kar je ključno za procese, kot so transkripcija, replikacija in popravilo DNA. Kromatin je dinamična struktura. Ključno vlogo pri tem imajo posttranslacijske modifikacije histonov, kot so acetilacija in metilacija. Te modifikacije vplivajo na interakcije med DNA in histoni in določajo ali bodo geni dostopni za prepisovanje ali ne. Nekatere modifikacije spodbujajo izražanje, druge pa ga zavirajo. Ene glavnih histonskih motifikacij so na na H3. To so H3K4me3, H3K9ac in H3K27me3, ki različno uravnavajo gensko izražanje. H3K4me3 in H3K9ac sta povezani z odprtim kromatinom in aktivnimi geni ter omogočata prepisovanje. H3K27me3 pa označuje utišane gene, do katerih pride zaradi zgoščevanja kromatina. [1]

Protamini

Po vezavi protaminov PRM1 in PRM2 pa potekajo nadaljne posttranslacijske modifikacije, kot so disulfidni mostički, ki potekajo tako znotraj posameznega protamina kot med različnimi protamini, katere oksidira spermijeva izooblika glutation peroksidaze 4 (nGPx4). Prihaja tudi do koordinacije PRM2 na okrog cinkovih ionov (enega Zn na protein), ki dodatno stabilizira kromatin zorečega spermija v obmodku. Organiziranost kromatina, povazanega z protamini se loči tudi na dvoje vrst regiji v jedru, to so regije, ki povezujejo toroide z jedrnim matriksom in​ povezovalne regije. Slednje so v večji nevarnosti, da bi jih cepile DNaze, in to občutljivost znanstveniki pridevajo k njihovi vlogi kot mesta, kjer se bo račela rekonstrukcija očetovskega kromatina po oploditvi. Ta kompaktnost omogoči tudi nastanek hidrodinamične oblike glave spermija, saj bolj kompaktno jedro z manjšim volumnom in osnovno ploskvo povzroči manjšo silo upora proti smeri premikanja spermija, kar se znantno pozna na dolgi razdalji od semenovoda vse do jajcevoda.

Viri

Arévalo, Lena & Merges, Gina & Schneider, Simon & Schorle, Hubert. (2022). Protamines: lessons learned from mouse models. Reproduction. 164. 10.1530/REP-22-0107. ​

Okada, Y., Yamaguchi, K. Epigenetic modifications and reprogramming in paternal pronucleus: sperm, preimplantation embryo, and beyond. Cell. Mol. Life Sci. 74, 1957–1967 (2017). https://doi.org/10.1007/s00018-016-2447-z​

Burton, A., Torres-Padilla, ME. Epigenome dynamics in early mammalian embryogenesis. Nat Rev Genet 26, 587–603 (2025). https://doi.org/10.1038/s41576-025-00831-4 ​

​