Printer Friendly

The role of epigenetics in spermatogenesis Epigenetigin spermatogenezdeki rolu.

ABSTRACT

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 accessibility 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. Histonc 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.

Key words: Chromatin remodeling; DNA methylation; epigenetics; histone modification; spermatogenesis.

OZET

Erkek germ hucreleri, fertilizasyonu gerceklestirebilmek icin ozgun morfoloji ve isleve sahiptir. Sperm deoksiribonukleik asiti (DNA), erkekten oosite tasinmasi sirasinda genomun korunmasi amaciyla yuksek derecede stkilastirilmistir. Sperm hucreleri, maturasyon icin farklilasirken yaygin epigenetik modifikasyonlara ugrarlar. DNA metilasyonu, histon modifikasyonu ve kromatin yeniden duzenlenmesi gibi epigenetik modilikasyonlar spermatogenezin onemli duzenleyicileridir. DNA hipermetilasyonu gen susturulmasi ile iliskili iken, DNA hipometilasyonu gen ifadesinin artisi ile iliskilidir. Sperm hucrelerinde gelisimsel genlerin promotorlari ileri derecede hipometiledir. Uygun DNA metilasyonu embriyo gelisimi icin gereklidir. Histon modifikasyonlan, histonlarin DNA'ya baglanma kapasitelerini ve duzenleyiei faktorlerin DNA'ya erisebilir1igini degistirerek gen ifadesinin de degisimine neden olmaktadir. Fosforilasyon, metilasyon, asetilasyon ve ubikinasyon histon kuyruklannda yer alan lizin ve serin rezidulerinin primer modifikasyonlandir. Mature spermde somatik hucrelerde bulunan histonlann yarunda testise ozgu histon H2B gibi testise ozgu histon varyantlari da bulunmaktadir. Spermatoeenezde histonlarin protaminlerle yer degistirmesi kritik basamakur. Histonlann hiperasetilasyonu, kromatin yapisiru geyseterek topoizomerazlarca indliklenen DNA zincir kinklanna yol agar boyleee histonlann gecis proteinleri ile yer degistirmesi kolaylastirilmaktadir. Gecis proteinlerinin protaminlerle yer degistirmesi sperm DNA'simn sinin sikica paketlenmesine yol acmaktadir. Bu derleme spermatogenez sirasinda gerceklesen epigenetik degisimleri tanitmaktadir.

Anahtar sozcukler: DNA metilasyonu; epigenetik; histon modifikasyonu; kromatin yeniden duzenlenmesi; spermatogenez.

Epigenetik, mitotik ve/veya mayotik olarak kalitilabilen ancak DNA dizilerinde degisim olmaksizin gen anlatimini degistiren stabil degisiklik1erdir. (1) Eski Yunanca'da, epi- on eki ustunde, uzerinde, otesinde anlamini tasimaktadir. Bundan dolayi adi genetigin uzerinde ya da otesinde anlamina gelmektedir.

Epigenetik mekanizmalar, organizmanin yasami boyunca ge1isimin farkli evrelerinde, replikasyon ve gen ekspresyonu esnasinda duzenleyici rolu olan cok cesitli proteinlerin DNA ile etkilesimini duzenlemektedir. Her hucre cesidi kendine ozgu olan epigenetik imzaya sahiptir. Bu imza canlinin gelisim oykusunu ve cevresel etkilerini, hucre ve organizmanin fetotipinde yansitir. (2)

Epigenetik degisiklik1er, DNA'nin paketlenmesinde gorev yapan histon proteinleriyle DNA'nin bir dizi molekuler modifikasyonlarini kapsar. DNA, histon proteinlerinin cevresini sararak nukleozom adi verilen kromatinin temel yapisal birimini olusturur. DNA metilasyonu, histon ve kromatin modifikasyonlanyla gen ifadesini farkli zaman ve cevre kosullarinda kontrol eder. (3), (4) Gelisim sirasinda germ huerelerinin epigenetik profili degismektedir. (5), (6) Implantasyon sonrasi embriyo doneminde, epiblasttaki pluritent hucreler primordial germ hucrelerinin (PGC) ge1isimini saglar. Kadinlarda PGC'leri mayoz I'in profazinda baskilanirken, erkeklerde mitotik duraksamaya girer. Germ hucrelerinin epigenetik profilleri mayozun farkli asamalarinda degisime ugrar. (7)

Bu derlemede spermatogenez sirasinda sperm DNA's' metilasyonu, sperm histon modifikasyonlari ve sperm kromatin modifikasyonlari gozden gecirilecektir.

1. Sperm DNA Metilasyonu

DNA metilasyonu, CpG adaetpinda bultman sitozin nukleotidinin midi ii halkasinin 5. karbonuna bir metil grubunun eklenmesiyle meydana gelen biyokimyasal islemdir. (8) CpG adaetklart yaklasik 500 bp uzunlugundaki genomik bolgeler olup yuksek siklikta CG dinukleotidlerini (CG/GC >%55) bulundururlar. (9) Bu diziler memeli genlerinin yaklasik %40'inin promotor bolgesinde yer ahir. Promotor bolgesinde yer alan ve CpG adaetklartncla gorulen DNA metillenmesi transkripsiyon transkripsiyon diizeyinde kahtilabilir susturmaya yol agar. CpG adactklannda gorulen DNA metillenmesi, gen ifadesinin kontrolunde onemli oynamaktadir. Gen ifadesinin duzenlenmesinde, ozellikle genlerin promotor bolgelerindeki metillenme, transkripsiyon faktorlerinin tam ma biilgelerinde degisiklikler meydana getircrek bu faktorlerin baglanmasint engellemektedir. Bu sekilde gen ifadesinin baskilanmasinda rol oynamaktadir. (10)

DNA metilasyonu, DNA metiltransferaz (DNMT) enziminin etkisiyle meydana gelir. DNA metil transferazdan bini [bir DNMT1, bir DNMT2, uc DNMT3 (DNMT3a/3b ve DNMT3L)]S-adenozil metiyoninden bir metil grubunun sitozine transferini kataliz etmektedir. (10) DNMT1, DNA reptikasyonu strasmda DNA metilasyon motifinin devamindan sorumludur ve balm metiltransferazt olarak adlandinlmaktathr. DNMT3'ler metillenmemis sitozinlerin metilasyonuna de novo olarak aracalk etmekte ve erken embriyonik ge1iim doneminde genomik DNA'ytmetillemektedir. DNMT2'nin rolu tam olarak aciklanamamakla birlikte tRNA metiltransferazi olarak etki edebilecegi onerilmektedir. (10-12) Kazantlan degisiklikler devamli ve kalicidir. (4), (13) Hipometilasyon ve hipermetaasyon genomun farkli bolgelerinde kendiliginden meydana gelebilir. (14)

Son zamanlarda yapilan bir calismada insamn ve sempanzenin sperm metilasyon haritalari be1irlenmitir. Bu calismada gelisimden sorumlu genlerin promotorlarini hipometile olduklarini ve sorumlu hucrelerin promotorlari ile karsi1astirildiginda daha guclu hipometilasyon gosterdikleri bildirilmistir. Aynca sperm genomundaki tekrar bolgelerinin yuksek derecede metilasyon gosterirken, transpozonlarin daha zayif metilasyon gosterdikleri belir1enmistir. (15)

2. Sperm Histon Modifikasyonu

Histonlar, okaryotik hucrelerin cekirdeginde yer alan ve DNA'nin nuklezomlar halinde paketlenmesini saglayan, lizin ve arjinince zengin olan bazik proteinlerdir. H2A, H2B, H3 ve H4 histon proteinleri nukleozomun cekirdek bolumunde yer alinaktadirlar. Nukleozomlar, iki H3-H4 dimeri ve iki H2A-H2B dimerinin birlesmesiyle olusan oktamerik yapidaki proteinleri icerir ve birbirlerine H1 histonlanyla baglanirlar. (16) Histonlar, basit kimyasal modifikasyonlarla DNA'nin baglanma ve diger duzenleyici faktorlerin DNA ile etkilesebilme ozelliklerini degistirerek, gen aktivasyonunda da degisimine yol acmaktadtrlar. Histon modifikasyonlari ozgul enzimlere baglidir. (17) Histon modifikasyonlari asetilasyon, metilasyon, fosforilasion ve ubikinsyon ile gerceklestirilir. Genel olarak, histon H3 ve H4'un asetilasyonu acik kromatin yaptsma, transkripsiyon faktorierinin baglanmasini kolaylastiran aktif transkripsiyona yol acmaktadirlar. (18) Deasetilasyon ise transkripsiyonun inaktivasyonu ile iliskili olup ve genel olarak metilasyon ile korelasyon gostermektedir. Genel olarak histon asetilasyonu transkripsiyonun aktif oldugu bolgelerde gorulurken. hipoasetile histonlar ise inaktif okromatin ve heterokromatin bolgelerde yer abr. (19) Bir diger duzenleyici mekanizma da histon kuyruklarindaki lizinin metilasyonudur. Histon kuyruklanndaki lizinin serine degisimi gibi kimyasal degisimler metilasyon, asetilasyon ve ubikinasyon ile gergek1estiri1mektedir. (20), (21) H3K9 ve H3K27 histonlari genellikle inaktivasyonla iliskilidir. (22) Histonlarin metilasyonu ise hem aktif hem de inaktif kromatin bolgelerinde yer almaktadir. Histon H3'un amino terminalindeki 9. lizinin metilasyonu (H3-9K) DNA'nin sessizlestirmesine yol acmakta ve heterokromatik bolgelere yayilmaktadir. Diger yandan, histon H3 proteinin 4. lizinin (H3-4K) metilasyonu aktivasyonla iliskili olup agirlikli olarak aktif genlerin promotor bolgelerinde yer almaktadir. Spermatogenez strasinda histonlarin kuyruklarinin metilasyonu H3-K4 ve H3-K9 metiltransferaz tarafindan gerceklestirilmektedir. (23)

H3 ve H4 histon proteinlerinin kuyruklari arasmdaki modifikasyonlar etkilesime neden olmaktahr. Bunlarm bir bolumu histon kodu olarak anlandirilan, aktif ve inaktif kromatin donusumunu tersinir bir mekanizma ile duzenler. (24)

Premayotik PGC'ler ve spermatogonia, ozgun histon H3K9me3 modifikasyonu modelini gosterir. (25), (26) Ancak, erkek germ huerelerinde mayozun baslamasiy1a bu modeller degisirler (Sekil 1). (27) Histon modifikasyonu ve kompozisyonundaki degisiklikler hatasiz mayoz ve sonrasinda gametlerin maturasyonunda gereken kromatin modifikasyonlarinda onemli rol almaktadir. (6) Hem kadin hem erkek gamet hucreleri mayoz sonrasi gelisimsel degisikliklere ugrarlar. X kromozomu uzerindeki bazi histonlar histonlar H3K9me2 isaretleyerek alikoymasma ragmen haploid spermatidlerde global yeniden modellenme dusuk orandadir. (28), (29) Testiste, H2A, H2B, H3 ve H1 in varyantlart ifade edilmektedir. Standart histonlara nazaran, histon varyantlarin stabiliteleri daha dusuktur. (30) Testiste, testise ozgu histon varyantlarinin yani sira somatik histon varyantlart da ifade edilmektedir. Mature spermde en fazla bulunan histon varyanti testise ozgu histon H2B'clir. (31) Testise ozgu histon H2B acisindan zengin olan bolgeler iyon kanallan ve spermatogenezde gorev alan genleri kapsarken, gelisimden sorumlu genleri icermemektedir. Testise ozgu H1T2 baglayici histon varyanti spermatogenez sirasinda kromatin kondenzasyonunda onemli role sahiptir. (32) Belirli hucre tiplerinde bulunan histon varyanti H2AZ'nin ise perisentromerik heterokromatin bolgelerinde yogunlastigi immunohistokimyasal calismalarda gosteri1mistir. (33), (34) H3K4me3'un yogunlastigi bolgeler spermatogenezle iliskili genler iken H3K4me2 ise gelisimden sorumlu genlerinin zengin oldugu genlerde bulunmaktadir. Histon hiperasetilasyonu haploid spermatidlerin histon protamin degiiminden sorumludur. HIls1 baglayiet histon varyanti (hitone-l-like protein in spermatids 1) uzayan spermatidlerde ifade edilir. (35), (36) Sonuc olarak, histon paketlenmesi spermatoaenez icin hem evrimsel hem de gelisimsel bir islemdir. (33)

Bu iki epigenetik duzenleyici mekanizma, DNA metilasyonu ve histon modifikasyonu, gen ekspresyonunda birbiriyle siki sekilde iliskilidir. Gen ekspresyonunun basarili epigenetik kontrolu siklikla her iki mekanizmanin isbirligi ve etkilesimine ihtiyac duyar. (1)

3. Spermiyogenez Swasmda Kromatin Modifikasyonu

Fertilizasyon, spermin disi ureme sistemi boyunca hareket etmesini, zona pellusidaya baglanmasini ve oosit icine penetrasyonu gibi bircok olayi gerektirmektedir. (37) Bu asamalarin basarilabilmesi icin sperm hucresinde histonlann %90-95'inin protaminlerle yer degistirmesini gerektiren carpici degisiklikleri kapsayan duzenlenme meydana gelir. (38) Protaminler arjinince zengin, cekirdek icerisinde yer alan ve spermatogenezin ileri evrelerinde sentezlenen kucuk proteinlerdir. (39) Sperm kromatinin protaminasyonu, sperm motilitesi icin gereken nukleusun sikistmlmasini kolaylastirirken, sperm genomunu oksitlenmekten ve disi ureme sistemi icerisindeki zararli molekullerden de korur. Protaminasyon sonrasi DNA'nin Hen derece paketlen-mesi transkripsiyonu engellemektedir. Protaminasyon. sperm hucrelerine ozgu epigenetik duzenlenmedir. (38) Fertilizasyon oncesinde mature sperrnin tastdigt paternal haploid genom protaminlerle stkrca paketlenirken, metafaz II'de baskilanan maternal genom histon proteinleri He paketlenir. Fertilizasyon sonrasinda protaminler hizlica histonlarla yer degistirmekte ve oosit metafaz II'yi tamamlayarak polar body atilmaktadir. Paternal kromatinde yer alan H3 ve H4 histonlart maternal kromatin ile karsilastirildiginda daha fazla asetil1enmektedir. (40), (41)

[ILLUSTRATION OMITTED]

Sperm DNA'sinin paketlenmesini saglayan histon proteinlerinin protaminerle degisim mekanizmast hala tam olarak olmasa da bazi asamalari an1asi1abi1mis cok basamakli islemdir. Erken deigisim olaylan, spermatogenez sirasinda ifade edilen secilrnis histonlann, histon varyantlan yer degistirmesini kapsamaktadir. Mature spermde en fazla bulunan histon proteini testise ozgii histon 2B olup ekspresyonundalci benzersiz bir ozelligi nedeniyle ilgi cekicidir. ilgi cekici olmasimn nedeni 3' ucta poliadenilasyona ugramamasi ve sperm kromozomlannin telomer kisimlarinda lokalize olmasidir. (42) Bazi histonlarin, varyantlany riyla yer degistirmesinin sonucu olarak histonlann asetilasyonu artar. Asetilasyon, asetilaz ve deasetilazlarca duzenlenmektedir. Histonlann hiperasetilasyonu lcromatin yapisinin gevsemesine yol acmaktadir. Gevsek kromatin yapisi topoizomeraz kaynakli zincir kink lanm uyararak histonlann aynlmasmi ve gecis proteinleri (Transition proteins: TP) ile yer degistirmesini kolaylastirmaktadir. (43), (44) Hiperasetilasyon histonlarin protamin degiOni ile sonuclanan olaylar zincirini tetik1er. (45) Gecis proteinleri 1 ve 2 orta derecede bazik ozellik gosteren nonhiston proteinlerdir, spermatogenezin 12 ve 13. evrelerinde bulunurlarken 14. evresinde ortamdan ayrilirlar. (30) Bu proteinler DNA'ya baglanarak, histonlarin ayrilmasini ve sonrasinda yer alan protamin ile sikistirma evresi icin kritik oneme sahiptir. (46) TP'ler daha sonra tamamen protaminlerle yer degistirir. Insartda yaklasik olarak esit oranda ifade edilen iki protamin (P1 ve P2) bulumnaktadir. TP ve protamin eksprese eden genler onemli olcude ortusmektedir (Sekil 2). (47) Ayni zamanda bu proteinler benzersiz bir translasyonel duzenlenme mekanizmasina sahiptir. (48) Bu onemli translasyon sonrasi mekanizma, uygun kromatin kondensasyonu icin gereken fosforilasyonu icermektedir. (49) Gecis proteinlerinden birinin nakavt edildigi farelerde, diger gecis proteini ile yetersiz de olsa protamin ile DNA paketlenme islemi yapilabilmesine ragmen bu farelerin infertil oldugu goz1emnistir. (50) Histonlann. protaminle degisimleri sonrasinda parcalanmaktadirlar. Protaminlerin sperm kromatinine katilmast. DNA'nin daha stki paketlenmesini induklemektedir. Boylece spermatozoanin sekil almasi ve transfer islemi strasinda genom icin guvenilir kosullar olusturulmasi saglanir. Oakes ve ark.'lari (51) genom boyunca DNA metilasyonunlin ozelliklerinin spermiogenez strasinda pakitenden sonra az degistigini Fertil erkeklerde P1/P2 protaminlerinin orani bire esittir. Protamin transkriplerinin yanlis islenmesi, subfertilite ile iliskilendirilen immature P2 prekursorlerinin artmasma yol acar. (52), (53) Subfertilite ayni zamanda P1/P2 oranlannin bozulmasiyla iliskilidir. (38), (54) Yayinlanan celiskili calismalar bulunmasma ragmen protamin oranmdaki sapmalar, azalan sperm sayisi ve islevi, IVF'te dusuk embriyo kalitesi gibi cok farkli fenotiple iliskilendirilmistir. (48), (55), (56) Aynca yapilan calismalar, ejekulatta ortalama P1/P2 oranninin farkli donemlerde degistigi tespit edilmistir. (57), (58) Sonuc olarak, anormal protaminasyon anormal semen parametrelerine sahip erkelerde yaygin olup normal semen parametrelerine sahip ve fertil erkeklerde de az rastlanmaktadir. (53), (59) Bircok calisma da histonlann protaminlerle anormal degisimini dusuk semen kalitesi ve bazi calismalar da azalan IVF basarisi ve gebelik hiziartyla iliskilendirmistir. (56), (58), (60), (61)

[ILLUSTRATION OMITTED]

Protamin duzeylerinin uygun olmasi kromatinin daha siki paketlenmesine ve sonucta da sperm nukleusunun daha fazla stkistullmasma neden olmaktadir. Memeli sperm kromatini uc bolumden olusmalctachr. Bu bolumler protaminlere baglanan DNA bolumu, histonlara baglanan DNA bolumu ve sperm cekirdek matriksine baglanan DNA bolumudur. (62) Protamin ile DNA'nin paketlenme islemi, protaminler ve toroidal kromatin yapilari arasincla disulfit baglarinin olusturulmastyla gercek1emektedir. (63) Her toroidal alt unitede yaklasik 50 kb DNA paketlenmektedir. (39) Ward, yakin zamanda DNA'nin protaminlerle paketlenmesi ile ilgili olarak ozgUn bir model ortaya atmistir. Bu modele gore her toroid, DNA'nin bir halka bolgesi ile baglaytet bolge matriks baglantili bolgelere esittir. (62), (64) Bu model toroid stkistirilmastyla ve toroidlerin istiflenmesiyle protamine bagli DNA'nin hasardan korunurken, linker (baglayict) bolgelerin ve histona bagh DNA bolgelerinin endonukleazlarin olusturdugu DNA hasanna maruz kalcligini gostermektedir. (65)

Diger yandan fertil erkeklerde DNA'nin yaklasik %5-10'nu, infertil erkeklerde ise daha fazlast histonlara bagli kalmaktadir. (66), (67) Sperm nukleusunda somatik hucrelere benzer kromatin bulunmasinin cocuklara farkli genetik bilginin iletilmesine neden olabilecegi bildirilmisir. Son zamanlara kadar sperm nukleusunda protarninlerle yer degistirmeyen histonlarin ne ise yaradigi bilinmemekteydi ve buyuk olcude yetersiz protaminasyondan kaynaklandigi dusunu1mekteydi. yapilan iki calisma sperm genomu boyunca tutulan ve protaminlerle yer degistirmeyen histonlarin lokalizasyonunu belirlemistir. Arpanahi ve arkadaslart insan ve fare sperm kromatinini endonukleazlarla keserek endonukleazlara duyarli bolgeleri be1irlemislerdir. (68) Endonukleazlara duyarlt bolgelerin, buyuk olcude histona bagli bolgeler olduklannt ve promotorlan da iceren duzenleyici genom bolgelerini banndirdiklanni bildirmislerdir. Hammoud ve ark.'1ari (66) ise farkli bir yontem kullantnislardir. Histona bagh kromatini, protamine bagli kromatinden ayirmak icin micrococcal ntikleaz sindirimi ve jel purifikasyon yontemi kullanmislardir. Bu protein purifikasyonunu, histona bagli ve protamine bagli DNA'yi tanimlamak icin mikroarray analizi ve dizileme ilemi takip etmistir. Bu calismada fertil ve normospermik erkelerin sperrnleri kullanilmts ve histonlann gelisim icin gereken genlerin promotorlannda yogunlastigi, miRNA ve imprintinge ugrayan genlerde de kesintiye u.gramadigmt Oster-Bu caltsma, protamin lerin ise hic.bir gen ailesinde yogun-laktmadigint da gostennektedir. Sonuc olarak, bu iki calisma geriye kalan histonlarin embriyonun gelisiminde potansiyel bir epigenetik rollintin olabilecegini g6stermektedir. Hammoud ve arkadaslan kalan histonlarin varyantlannin epigenetik rolunun bir amaca yonelik olabilecegini bildirmektedirler. Gercekten, sonrasinda yaptiklari calismalar, embriyonik kok hucrelerin sorumlu genlerin ve ge1isimden sorumlu kritik genlerde H3K4me3 ve H3K27me3'un bivalent olarak damgalandigostermislerdir. Bivalent isaretlenmis olan bu DNA bolgeleri ayni zamanda metillenmistir ve genomun dengede kalmasini saglayan bolgeler arasinda yer aldtklan bildiri1mistir. (66), (69) Son calismalar kalan histonlann spermin epigenetik konumunun belirlenmesinde onemli role sahip oldugunu, genomda rastgele dagilmadigini ve ozgul histon moditikasyonlannin genom aktivasyonu ve susturma islemini duzenleyecek sekilde oldugunu gostermektedir. (69-71) Bu veriler sperm kromatinin, fertilizasyon sonrasi transkripsiyonel duzenlemeyi etkileyebilecek epigenetik ozellikleri kalitabilecegini gostermektedir. (72)

Son yillarda erkek infertilitesiyle ilgili cok saytda genetik calisma yapilmis olmasma ragmen hala infertilite olgulartrun onemli kisminin nedenleri aciklanamamaktadtr. yapilan caltsmalar epigenetik faktorlerin spermatogenezde onemli rol aldigmt gastermektedir. Bu falctiirlerin ve etki mekanizmalarmm tam olarak anlasilmast, erkek infertilitesinin nedenterinin belirlenmesi ve sonrasinda da bu mekanizmalartn nasil kontrol edilebileceginin belirlenmesine katki saglayabilir.

Conflict of Interest

No conflict of interest was declared by the authors.

Peer-review: Externally peer-reviewed.

Author Contributions

Concept--S.G., T.K.; Design--S.G.. T.K.: Supervision--&G.; Funding--S.G.: Materials--S.G.. T.K.: Data Collection and/or Processing--S.G., TK.; Analysis and/or Interpretation--S.G.. T.K.: Literature Review--S.G.. T.K.: Writer--S.G., TX.; Critical Review--S.G.

Acknowledgements

We would like to thank Mert Nahir for drawing of figure.

Cikar Catimasi

Yazarlar herhangi bir cikar catismasi bildirmemislerdir.

Hakem degerlendirmesi: Dis bagurisiz.

Yazar Katkdari

Fikir--S.G., T.K.; Tasanm--S.G., T.K.; Denetleme--S.G.: Kaynaklar Malzemeler--S.G., T.K.; Veri toplanmusi velveya ik;lemesi--S.G., TX.; Analiz ve/veya yorum--S.G., MK.; Literattir taramasi--S.G.. T.K.: Yaztyt yazan--S.G.. T.K.: Elestirel inceleme--S.G.

Tesekkur

Seklin cizimindeki katkilarindan dolayi Mert Nahir'e tesekkur ederiz.

Kaynaklar

(1.) Carrell DT. Epigenetics of the male gamete. Fertil Steril 2012;97:267-74.

(2.) Angers B. Castonguay E. Massicotte R. Environmentally induced phenotypes and DNA methylation: how to deal with unpredictable conditions until the next generation and after. Mol Ecol 2010;19:1283-95.

(3.) Li E. Chromatin modification and epigenetic reprogramming in mammalian development. Nat Rev Genet 2002;3:662-73.

(4.) Richardson BC. Role of DNA methylation in the regulation of cell function autoimmunity, aging and cancer. J Nutr 2002:132:2401-5.

(5.) Surani MA, Hayashi K. Hajkova P. Genetic and epigenetic regulators of pluripotency. Cell 2007;128:747-62.

(6.) Kimmins S, Sassone-Corsi P. Chromatin remodelling and epigenetic features of germ cells. Nature 2005;434:583-9.

(7.) Dada R, Kumar M. Jesudasan R. Fernandez JL. Gosalvez J. Agar-wal A. Epigenetics and its role in male infertility. J Assist Reprod Genet 2012:29:213-23.

(8.) Talbert PB. Henikoff S. Spreading of silent chromatin: inaction at a distance. Nat Rev Genet 2006;7:793-803.

(9.) Takai D, Jones PA. Comprehensive analysis of CpG islands in human chromosomes 21 and 22. Proc Nati Acad Sci U S A 2002;99:3740-5.

(10.) Yi SV, Goodisman MA. Computational approaches for understanding the evolution of DNA methylation in animals. Epigenetics 2009;4:551-6.

(11.) Okano M. Xie S. Li E. Cloning and characterization of a family of novel mammalian DNA (cytosine-5) methyltransferases. Nat Genet 1998:19:219-20.

(12.) Gabor Miklos GL, Maleszka R. Epigenomic communication systems in humans and honey bees: from molecules to behavior. Horm Behav 2011:59:399-406.

(13.) Wilson VL. Jones PA. DNA methylation decreases in aging but not in immortal cells. Science 1983:220:1055-7.

(14.) Issa JP. CpG-island methylation in aging and cancer. Curr Top Microbiol lmmunol 2000;249:101-18.

(15.) Molaro A. Hodges E. Fang F. Song Q. McCombie WR. Hannon GJ, et al. Sperm methylation profiles reveal features of epigenetic inheritance and evolution in primates. Cell 2011;146:1029-41.

(16.) Campos El, Reinberg D. Histones: annotating chromatin. Annu Rev Genet 2009;43:559-99.

(17.) Cairns BR. The logic of chromatin architecture and remodelling at promoters. Nature 2009;461:1.93-8.

(18.) Liu Y. Lu C. Yang Y. Fan Y. Yang R, Liu CF. et al. Influence of histone tails and H4 tail acetylations on nucleosome-nucleosome interactions. J Mol Biol 2011;14:749-64.

(19.) Peng L, Seto E. Deacetylation of nonhistone proteins by HDACs and the implications in cancer. Handb Exp Pharmacol 2011;206:39-56.

(20.) Kouzarides T. Chromatin modifications and their function. Cell 2007;128:693-705.

(21.) Handy DE, Castro R. Loscalzo J. Epigenetic modifications: basic mechanisms and role in cardiovascular disease. Circulation 2011;123:2145-56.

(22.) Werner M, Ruthenburg AJ. The united states of histone ubiquity Lation and methylation. Mol Cell 2011;43:5-7.

(23.) Carrell DT. Emery BR, Hammoud S. The aetiology of sperm protamine abnormalities and their potential impact on the sperm epi-genome. mt J Androl 2008;31:537-45.

(24.) Lachner M, O'Sullivan RI, Jenuwein T. An epigenetic road map for histone lysine methylation. Cell Sci 2003;116:2117-24.

(25.) McLaren A. Primordial germ cells in the mouse. Dev Biol 2003:262:1-15.

(26.) Payne C. Braun RE. Histone lysine trimethylation exhibits a distinct perinuclear distribution in Plzfexpressing spermatogonia. Dev Biol 2006;293:461-72.

(27.) Peters AH, O'CarroI I D, Scherthan H, Mechtler K, Sauer S, Schofer C. et al. Loss of the Suv39h histone methyltransferases impairs mammalian heterochromatin and genome stability. Cell 2001:107:323-37.

(28.) Namekawa SH, Park PJ, Zhang LF, Shima JE. McCarrey JR. Griswold MD. et al. Postmeiotic sex chromatin in the male germline of mice. Curr Biol 2006;16:660-7.

(29.) Turner JM, Mahadevaiah SK. Ellis RI Mitchell Mi. Burgoyne PS. Pachytene asynapsis drives meiotic sex chromosome inactivation and leads to substantial postmeiotic repression in spermatids. Dev Cell 2006;10:521-9.

(30.) Gaucher J. Reynoird N. Montellier E. Boussouar F. Rousseaux S. Khochbin S. From meiosis to postmeiotic events: the secrets of histone disappearance. FEBS J 2010;277:599-604.

(31.) van Roijen Hi, Ooms MP, Spaargaren MC, Baarends WM, Weber RF. Grootegoed M. et al. Immunoexpression of testisspecific histone 2b in human spermatozoa and testis tissue. Hum Reprod 1998:13:1559-66.

(32.) Manianov I, Brancorsini S. Catena R. Gansmuller A. Kotaja N. Parvinen M, et al. Polar nuclear localization of H1T2. a histone 1-11 variant. required for spermatid elongation and DNA condensation during spermiogenesis. Proc Nat! Acad Sci U S A 2005;102:2808-13.

(33.) Carrell DT, Hammoud SS. The human sperm epigenome and its potential role in embryonic development. Mol Hum Reprod 2010;16:37-47.

(34.) Rangasamy D. Berven L. Ridgway P. Tremethick DJ. Perieentric heterochromatin becomes enriched with H2aZ during early mammalian development. EMBO J 2003;22:1599-607.

(35.) Meistrich ML, Trostle-Weige PK, Lin R. Bhatnagar YM, Allis CD. Highly acetylated H4 is associated with histone displacement in rat spermatids. Mol Reprod Dev 1992;31:170-81.

(36.) Sonnack V. Failing K. Bergmann M. Steger K. Expression of hyperacetylated histone H4 during normal and impaired human spermatogenesis. Andrologia 2002;34:384-90.

(37.) Yamauchi Y. Shaman JA, Ward WS. Nongenetic contributions of the sperm nucleus to embryonic development. Asian J Androl 2011;13:31-5.

(38.) Oliva R. Protamines and male infertility. Hum Reprod Update 2006;12:417-35.

(39.) Bathorn R. A model for the structure of chromatin in mammalian sperm. J Cell Biol 1982:93:298-305.

(40.) Santos F. Hendrich B. ReikW, DeanW. Dynamic reprogramming of DNA methylation in the early mouse embryo-. Dev Biol 2002:24 I :172-82.

(41.) Adenot PG, Mercier Y. Renard JP, Thompson EM. Differential H4 acetylation of paternal and maternal chromatin precedes DNA replication and differential transcriptional activity in pronuclei of 1-cell mouse embryos. Development 1997;124:4615-25 .

(42.) Churikov D. Siino J. Svetlova M. Zhang K, Gineitis A. Morton Bradbury E. et al. Novel human testis-specific histone H2B encoded by the interrupted gene on the X chromosome. Genomics 2004;84:745-56.

(43.) Rousseau S. Boussouar F. Gaudier J, Reynoird N. Montellier E, Curtet S. et al. Molecular models for post-meiotic male genome reprogramming. Syst Biol Reprod Med 2011 ;57:50-3.

(44.) Song N, Liu J, An S. Nishino T. Hishikawa Y. Koji T. Immunohistochemical analysis of histone H3 modifications in germ cells during mouse spermatogenesis. Acta Histochem Cytochem 2011:44:183-90.

(45.) Rousseaux S. Gaucher J. Thevenon J. Caron C. Vitte AL. Curtet S. et al. ISpermiogenesis: histone acetylation triggers male genome reprogramming I. Gynecol Obstet Fertil 2009;37:519-22.

(46.) Meistrich ML. Mohapatra B. Shirley CR, Zhao M. Roles of transition nuclear proteins in spermiogenesis. Chromosoma 2003:111:483-8.

(47.) Corzett M, Mazrimas J. Balhorn R. Protamine 1: protamine 2 stoichiometry in the sperm of eutherian mammals. Mol Reprod Dev 2002;61:519-27.

(48.) Carrell DT. Emery BR. Hammoud S. Altered protamine expression and diminished spermatogenesis: what is the link'? Hum Reprod Update 2007;13:313-27.

(49.) Aoki VW, Carrell DT. Human protamines and the developing spermatid: their structure, function, expression and relationship with ma le iniertility. Asian J Androl 2003;5:3 I 5-24.

(50.) Shirley CR. Hayashi S. Mounsey S. Yanagimachi R. Meistrich ML. Abnormalities and reduced reproductive potential of sperm from Tnp1 - and Tnp2-null double mutant mice. Biol Reprod 2004;71:1220-9.

(51.) Oakes CC, La Salle S. Smiraglia DJ, Robaire B. Trasler JM. A unique configuration of genome-wide DNA methylation patterns in the testis. Proc Nati Acad Sci U S A 2007;104:228-33.

(52.) de Mateo S. Ramos L. de Boer P. Meistrich M. Oliva R. Protamine 2 precursors and processing. Protein Pept Lett 2011;18:778-85.

(53.) Carrell DT. Liu L. Altered protamine 2 expression is uncommon in donors of known fertility, but common among men with poor fert i I izing capacity, andmay reflect other abnormalities of spermi-ogenesis..1 Androl 2001;22:604-1.0.

(54.) Aoki VW. Liu L. Jones KP, Hatasaka HH, Gibson M, Peterson CM. et al. Sperm protamine 1/protamine 2 ratios are related to in vitro fertilization pregnancy rates and predictive of fertilization ability. Fertil Sled] 2006;86:1408-15.

(55.) Torregrosa N. Dominguez-Fandos D. Camejo MI, Shirley CR, Meistrich ML, Ballesca JL, et al. Protamine 2 precursors, protamine 1/protamine 2 ratio. DNA integrity and other sperm parameters in infertile patients. Hum Reprod 2006;21:2084-9.

(56.) Simon L. Castillo J. Oliva R. Lewis SE. Relationships between human sperm protamines. DNA damage and assisted reproduction outcomes. Reprod Biomed Online 2011:23:724-34.

(57.) Huser T. Orme CA. Holiars CW. CorzettMEL Balhorn R. Raman Spectroscopy of DNA packaging in individual human sperm cells distinguishes normal from abnormal cells. J Biophotonics 2009;2:322-32.

(58.) Aoki VW, Emery BR. Liu L, Carrell DT. Protamine levels vary between individual sperm cells of infertile human males and correlate with viability and DNA inteerity. J Androl 2006;27:890-8.

(59.) Nanassy L, Liu L. Griffin J, Carrell DT. The clinical utility of the protamine Uprotamine 2 ratio in sperm. Protein Pept Lett 2011;18:772-7.

(60.) Soteriadou KP, Remoundos MS. Katsikas MC, Tzinia AK. Tsikaris V. Sakarellos C. et al. The Ser-Arg-Tyr-Asp region of the major surface glycoprotein of Leishmania mimics the Arg-Gly-Asp-Ser cell attachment region of libronectin. J Biol Chem 1992;267:13980-5.

(61.) Haidl G. Schill WB. Assessment of sperm chromatin condensation: an important test for prediction of IVF outcome. Arch Androl 1.994;32:263-6.

(62.) Ward WS. Function of sperm chromatin structural elements in fertilization and development. Mol Hum Reprod 2010: I 6:30-6.

(63.) Cree LH. Balhorn R. Brewer LR. Single molecule tudie of DNA-protamine interactions. Protein Pept Lett 2011;18:802- 10.

(64.) Yanagimachi R. Male gamete contributions to the embryo. Ann N Y Acad Sci 2005;1061:203-7.

(65.) Dominguez K. Arca CDR, Ward WS. The relationship between chromatin structure and DNA damage in mammalian spermatozoa. Zini A. Agarwal A. editors. Sperm chromatin: biological and clinical applications in male infertility and assisted reprod, 2011. pp.61-8.

(66.) Hammoud SS. Nix DA, Zhang H, Purwar J, Carrell DT, Cairns BR. Distinctive chromatin in human sperm packages genes for embryo development. Nature 2009:460:473-8.

(67.) Hammond SS, Nix DA, Hammoud AO, Gibson M, Cairns BR, Carrell DT. Genome-wide analysis identifies changes in histone retention and epigenetic modifications at developmental and imprinted gene loci in the sperm of infertile men. Hum Reprod 2011:26:2558-69.

(68.) Arpanahi A, Brinkworth M. Iles D. Krawetz SA, Paradowska A, Platts AE, et al. Endonucleasesensitive regions of human spermatozoal chromatin are highly enriched in promoter and CTCF binding sequences. Genome Res 2009;19:1338-49.

(69.) Gan Q. Yoshida T, McDonald OG, Owens GK. Concise review: epigenetic mechanisms contribute to pluripotency and cell lineage determination of embryonic stem cells. Stern Cells 2007;25:2-9.

(70.) Hammoud S. Liu L, Carrell DT. Protamine ratio and the level of histone retention in sperm selected from a density gradient preparation. Andrologia 2009;41:88-94.

(71.) Li Y. Lalancette C, Miller D. Krawetz SA. Characterization of nucleohistone and nucleoprotamine components in the mature human sperm nucleus. Asian J Androl 2008;10:535-41.

(72.) Miller D, Brinkworth M. Iles D. Paternal DNA packaging in spermatozoa: more than the sum of its parts? DNA, histones, protamines and epigenetics. Reproduction 2010;139:287-301.

Department of Medical Biology, Faculty of Medicine, Ondokuz Mayis University, Samsun, Turkey

Submitted: 01.02.2013

Accepted: 30.04.2013

Correspondence: Sezgin Gunes Department of Medical Biology, Faculty of Medicine, Ondokuz Mayis University, 55139 Samsun, Turkey

Phone: +90 362 312 19 19-3164

E-mail: sgunes@omu.edu.tr

[c]Copyright 2013 by Turkish Association of Urology

Available online at www.turkishjournalofurology.com
COPYRIGHT 2013 AVES
No portion of this article can be reproduced without the express written permission from the copyright holder.
Copyright 2013 Gale, Cengage Learning. All rights reserved.

 
Article Details
Printer friendly Cite/link Email Feedback
Title Annotation:Review
Author:Gunes, Sezgin; Kulac, Tuba
Publication:Turkish Journal of Urology
Article Type:Report
Geographic Code:7TURK
Date:Sep 1, 2013
Words:4437
Previous Article:The effect of preoperative intravenous dexketoprofen trometamol on postoperative pain in minor outpatient urologic surgery / Gunubirlik kucuk...
Next Article:How should prostate specific antigen be interpreted? Prostat spesifik antijen nasil yorumlanmalidir?
Topics:

Terms of use | Privacy policy | Copyright © 2018 Farlex, Inc. | Feedback | For webmasters