Spermatogenese
Abbildung 1: Während der Spermatogenese durchlaufen die Keimzellen drei Entwicklungsphasen. Die Spermatogonien (Spg) unterliegen einer mitotischen Vermehrung. Regelmäßig differenzieren Spermatogonien zu primären Spermatozyten (SpzI), die in die Meiose eintreten. Aus einer primären Spermatozyte entstehen zunächst zwei sekundäre Spermatozyten und schließlich vier runde Spermatiden (rSpd). Diese teilen sich nicht mehr, sondern differenzieren zu reifen elongierten Spermatiden (eSpd). Während dieser als Spermiogenese bezeichneten Entwicklungsphase werden Histone gegen Protamine ausgetauscht. Die DNA ist zunächst an Nukleosome gebunden, d. h. Histonoktamere aus je zwei Molekülen H2A, H2B, H3 und H4. Die Histon-gebundene-DNA wickelt sich auf und formt als dreidimensionale Struktur ein sogenanntes Solenoid. Protamine (Protamin-1 und Protamin-2) binden über ihr zentrales Polyargininsegment an die DNA, während ihre N- und C-terminalen Enden in Disulfid-Brückenbindungen involviert sind. Die Protamingebundene DNA formt als dreidimensionale Struktur ein sog. "Doughnut". Hierbei handelt es sich um konzentrische Kreise von Protamin-DNA-Komplexen, die durch van der Waals-Kräfte zusammen gehalten werden. Diese Protamin-DNA-Wechselwirkungen führen zu einer enormen Kondensation des Kernchromatins in haploiden Spermatiden, die für die weitere Differenzierung zu befruchtungsfähigen Spermien eine zentrale Rolle spielen (Erklärung siehe Text). SzN = Nukleus der Sertolizelle. (Mod. nach: Hees H, Sinowatz F. Histologie – Kurzlehrbuch der Zytologie und mikroskopischen Anatomie. 2. Aufl. Deutscher Ärzte Verlag, Köln, 1992)


Keywords: DNA,  Mitose,  Schema,  Spermatogenese,  Spermiogenese,  Urologie

Spermatogonien - Spermatide2
Abbildung 2: Die Entwicklung von Spermatogonien zu reifen Spermatiden wird als Zyklus des Keimepithels bezeichnet. Durch die räumliche Koordination verschiedener Keimzellklone entstehen im Keimepithel ständig wiederkehrende Muster der Anordnung von Keimzellen, die Stadien des Keimepithelzyklus. Beim Menschen wird der Keimepithelzyklus in 6 Stadien eingeteilt, die Differenzierung runder Spermatiden in elongierte Spermatiden wird nochmals in 8 Entwicklungsstufen unterteilt [30]. Durch die Chromatinkondensation kommt es in haploiden Spermatiden zu einer zeitlichen Entkopplung von Transkription und Translation, d. h. die Transkription der Protamin-mRNA erfolgt im Kern von Step-1–4-Spermatiden (grün), die Translation der Protamin-Proteine mit zeitlicher Verzögerung im Zytoplasma von Step-4–8-Spermatiden (rot).


Keywords: Keimepithel,  Schema,  Spermatid,  Spermatogonien,  Urologie,  Zyklus

Spermatogenese
Abbildung 3a-d: Paraffinschnitt eines Mannes mit normaler Spermatogenese (A: HE-Färbung, B: In-situ-Hybridisierung für Protamin-1) und eines Patienten mit gestörter Spermatogenese (C: HE-Färbung, D: Insitu-Hybridisierung für Protamin-1). Der Tubulus in D enthält nicht nur weniger runde Spermatiden als in B, sondern darüber hinaus auch runde Spermatiden, die negativ für Protamin-1 sind. Primärvergrößerung × 40.


Keywords: Histologisches Präparat,  Paraffinschnitt,  Spermatogenese,  Urologie

RT-PCR - Protamin 1
Abbildung 4: RT-PCR für Protamin-1 aus Kryo-TESE von drei Patienten (Patient 1: Spur 1 und 2; Patient 2: Spur 3 und 5; Patient 3: Spur 6 und 7). Als Positivkontrolle für die Qualität der mRNA der Kryo-TESE diente GAPDH (Spur 1, 3 und 6), die in allen drei Patienten ein Amplifikationsprodukt aufweist. Während bei Patient 1 kein Protamin-1 nachgewiesen werden konnte (Spur 2), zeigten Patient 2 und 3 deutliche Amplifikationsprodukte für Protamin-1 (Spur 5 und 7). Spur 4 enthält einen 100 Bp DNA-Marker.


Keywords: DNA,  Protamin-1,  RT-PCR,  Urologie