M1AP & Meiose

In den Industriestaaten sind ~ 7% aller Männer unfruchtbar, doch bei den meisten bleibt die Diagnose einer klaren kausalen Ursache hierfür aus. Die Azoospermie, also das vollständige Fehlen von Spermien im Ejakulat, ist die schwerwiegendste Form der Unfruchtbarkeit. Können darüber hinaus auch im Hoden keine Spermien mehr gefunden werden, spricht man von einer nicht-obstruktiven Azoospermie (NOA), die in den meisten Fällen durch einen meiotischen Arrest (MeiA) verursacht wird. Die Keimzellen arretieren dabei in verschiedenen Stadien ihrer Entwicklung und es werden keine reifen Spermien mehr gebildet.

Kürzlich konnten wir in einem Projekt das meiosis 1 arresting protein-codierende Gen M1AP als potentiellen Kandidaten, der zu einem meiotischen Stillstand, NOA und demnach zu männlicher Unfruchtbarkeit führt, identifizieren (Wyrwoll et al., 2020).

Abbildung 1: Ein wildtypischer M1AP-Genotyp (A) mit normaler Spermatogenese der Hodenbiopsie (B/C), während eine LoF-Variante in M1AP (D) zu meiotischem Arrest im Patienten führt (E/F). Die Duplikation (c.676dup) bewirkt einen Frameshift und den Einbau eines vorzeitigen Stoppcodons (p.Trp226fsTer4). Transfizierte HEK293T-Zellen zeigen die Entstehung eines verkürzten Proteins (G).

In unserer MERGE-Kohorte (Male Reproductive Genomics), die mehr als 900 Exome, davon 64 mit MeiA, umfasst, haben wir drei unfruchtbare Männer gefunden, die eine rezidivierende homozygote LoF-Variante (LoF = loss-of-function) in M1AP tragen, wodurch ein stark verkürztes und daher sehr wahrscheinlich nicht-funktionales Protein synthetisiert wird. Unser Befund konnte durch die Identifizierung von drei weiteren Männern mit NOA- und M1AP-LoF-Varianten in Kohorten unserer Kooperationspartner des International Male Infertility Genomics Consortium (IMIGC) validiert werden. Unabhängig von unseren Ergebnissen wurde M1AP außerdem als kausales Gen für männliche Unfruchtbarkeit in einer konsaguinen Familie aus der Türkei beschrieben. Eine zuvor publizierte M1AP Knockout-Mauslinie ist ebenfalls infertil. Verschiedene Analysen zeigen, dass M1AP vorwiegend im Hoden exprimiert wird. All dies liefert entscheidende Hinweise darauf, dass M1AP eine zentrale Rolle während der Meiose der männlichen Keimzellen spielt.

Über das genaue Expressionsmuster, die subzelluläre Lokalisation oder die zelluläre Funktion von M1AP ist allerdings bisher wenig bekannt. In unserem Projekt wollen wir M1AP deshalb auf verschiedenen Ebenen untersuchen und so mehr über das Gen und das zugehörige Protein herausfinden. Wir greifen dafür auf zelluläre Modellsysteme, menschliche Hodenbiopsien und eine Knockout-Mauslinie zurück, sodass wir das Wildtypprotein und die genetischen Varianten mittels molekularbiologischer, proteinbiochemischer und mikroskopischer Techniken individuell betrachten können. Darüber hinaus wollen wir durch biomolekulare Massenspektrometrie potentielle Interaktionspartner von M1AP identifizieren und könnten so sogar weitere Kandidatengene aufschlüsseln und das zelluläre Netzwerk von M1AP detailliert beschreiben.

Durch unser Projekt M1AP and meiosis, aber auch durch unsere weiteren Projekte zur Genetik des meiotischen Arrests, werden wir zukünftig die zugrunde liegenden Prozesse und den Ursprung eines MeiA besser verstehen, und so weitere Ursachen männlicher Unfruchtbarkeit diagnostizieren können.