Forscher entdecken große Mengen nicht-kodierender RNAs in Hoden, was auf eine neue Rolle in der Spermienfunktion und Evolution hindeutet

Forscher der Universität Toronto haben die räumliche Verteilung von rund 700 langen nicht-kodierenden RNAs, auch lncRNAs genannt, in den Hoden kartiert. Das Team entdeckte viel mehr lncRNAs in den Hoden als bisher angenommen, was darauf hindeutet, dass lncRNAs bei der männlichen Fortpflanzung eine wichtigere Rolle spielen könnten als bisher angenommen. Das Forscherteam begann eine genomweite Analyse der lncRNA-Lokalisierungsmuster in den Hoden eines in der biomedizinischen Forschung häufig verwendeten Modellorganismus: der Fruchtfliege. Sie fanden heraus, dass sowohl die Anzahl der exprimierten lncRNA-Gene als auch ihr Expressionsniveau weit über den Erwartungen lagen, die auf bestehenden Aufzeichnungen und der Annahme ihrer mangelnden Relevanz beruhten, was teilweise darauf zurückzuführen ist, dass lncRNAs nicht für Proteine kodieren.

Laut Matthew Jachimowicz, Mitautor der Studie und Doktorand der Molekulargenetik am Donnelly Centre for Cellular and Biomolecular Research der U of T. sind lange nicht-kodierende RNAs ein kontroverses Thema, weil nicht klar ist, welche Funktionen die meisten von ihnen erfüllen, wenn überhaupt. Die Unsicherheit im Zusammenhang mit lncRNAs ist zum Teil auf die Annahme zurückzuführen, dass ihre Expression in allen Genomen relativ gering ist. Die Ergebnisse der neuen Studie widerlegen diese Annahme und zeigen, dass lncRNAs in der Evolution und Entwicklung von Spermien eine wichtige Rolle spielen können. Die Studie wurde in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

RNAs in Hoden und Spermienfunktion

Im gesamten Tierreich weisen die sich entwickelnden Spermien die höchste Genexpression auf, wobei lncRNA-Gene sogar in noch höherem Maße als kodierende Gene und viel länger exprimiert werden. Das Y-Chromosom, das während der Spermienentwicklung in einzigartiger Weise exprimiert wird, stellt für die Forscher auch eine besondere Herausforderung dar, da es eine Reihe ungewöhnlicher genetischer Merkmale aufweist, darunter transponierbare Elemente, Satellitenwiederholungen und Pseudogene. Transponierbare Elemente sind DNA-Sequenzen, die sich von einem Bereich des Genoms zu einem anderen bewegen. Sowohl Satellitenrepeats als auch Pseudogene sind nicht kodierend, wobei erstere aus größeren Abschnitten sich wiederholender DNA-Sequenzen bestehen, während letztere strukturell den Genen ähnlich sind.

Das Vorhandensein dieser sich wiederholenden nicht codierenden Elemente im Y-Chromosom führt dazu, dass sie in allen Entwicklungsstadien außerhalb der Spermienproduktion zum Schweigen gebracht werden. Sie können jedoch Risiken für die Spermien darstellen, da die nicht codierenden Elemente in die Gene integriert werden, was zu Mutationen, Fehlfunktionen der Spermien oder Anomalien bei der Geburt führen kann. Das Forschungsteam fand mehrere Beispiele für lncRNA-Gene, die potenziell schädliche transponierbare Aktivitäten minimieren und sie auf einem Niveau halten, das die Entwicklung neuer Gene anstelle von Mutationen in bestehenden Genen fördert.

Das Forscherteam entdeckte auch eine neue Art von lncRNA-basierten Partikeln in der Samenflüssigkeit, die die Fortpflanzung und die Nachkommenschaft beeinflussen könnten. Sie stellen die Hypothese auf, dass die neuen lncRNA-basierten Partikel sowohl von Spermien als auch von Nicht-Spermienzellen produziert werden könnten, und dass sie möglicherweise komplexe interzelluläre Signale senden. Viele der lncRNAs, die gefunden wurden, waren laut Catherine Shao, Erstautorin der Studie und Laborantin am Donnelly Centre, in früheren Studien übersehen worden, weil sie nicht polyadenyliert sind. Dieser Prozess fügt dem RNA-Molekül einen Schwanz hinzu, der aus einer Kette von Adeninbasen besteht, die das Molekül stabilisiert und den Abbau verhindert. Es hat sich herausgestellt, dass die meisten lncRNAs nicht polyadenyliert sind, weshalb so viele mit herkömmlichen Methoden nicht entdeckt werden konnten.
Insbesondere die neu entdeckten lncRNA-basierten Partikel haben laut den Forschern das Potenzial, die Entwicklung neuer RNA-basierter Therapien zu unterstützen.