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AG Molekulare Andrologie

Die AG Molekulare Andrologie befasst sich mit der opstmeiotischen Differnzierung haploider männlicher Keimzellen.

Forschung

Die AG Molekulare Andrologie beschäftigt sich mit der Differenzierung haploider männlicher Keimzellen. Während dieser so genannten Spermiogenese wird der Großteil der DNA-bindenden Histone durch Protamine ersetzt, was in einer Hyperkondensation des Spermienchromatins und einem damit einhergehenden Stopp der Transkription resultiert.

Die meisten Spezies besitzen zwei Protamine, die in einem Spezies-spezifischen Verhältnis, der so genannten Protaminratio, auftreten. Abweichungen sind stets mit einer verminderten männlichen Fruchtbarkeit verbunden. Aufgrund des zuvor geschilderten Stopps der Genexpression während der Spermienreifung kann der Nachweis der Protaminratio auch auf mRNA-Ebene erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass durch Anwendung der PCR-Technik nur sehr kleine Mengen an Untersuchungsmaterial benötigt werden.

Die in den Spermien verbleibenden Histone weisen eine Vielzahl von epigenetischen Modifikationen auf, deren Funktion bislang noch nicht eindeutig geklärt ist. Für unsere Forschungen arbeiten wir mit Samen- und Hodengewebsproben von Mensch, Maus und Pferd. Ziel ist die Identifizierung von Biomarkern, um die Spermienqualität und somit den Erfolg der Befruchtung einer Eizelle besser prognostizierbar zu machen.

Während die Protaminratio eine wichtige Rolle für die DNA-Integrität und somit die Spermienqualität spielt, gehen wir im Moment davon aus, dass die Histonmodifikationen Einfluss auf die frühe Embryonalentwicklung nehmen. Dies könnte erklären, warum ein Embryo trotz erfolgreicher Befruchtung während der weiteren Entwicklung abgestoßen wird.

Förderung

Deutsche Forschungsgemeinschaft Bonn

2015-2018: DFG (STE 892/14-1) CRISPR/Cas9-mediated generation of a protamine-2 deficient mouse line: Genetic and epigenetic analysis of the role of protamine-2 for chromatin hypercondensation and male fertility (zusammen mit Prof. H. Schorle, Bonn).

2015-2018: Forschungsförderung nach §2 Abs3 des Kooperationsvertrags (UKGM): Correlation of protamine ratio and DNA integrity in human sperm (zusammen mit Prof. H.C. Schuppe, PD Dr. A. Pilatz, Prof. U. Ziller).

2017-2020: DFG (STE 892/14-2) Consequence of a protamine-2 deficiency in mouse and man: Molecular mechanisms, reactive oxygen species and possible therapy (zusammen mit Prof. H. Schorle, Bonn).

2018-2022: International Research Training Group (IRTG) Giessen-Monash: Molecular Pathogenesis of Male Reproductive Disorders; Project 12: Impacts of epigenetic interactions between TET1 and PRC2 in spermatogenesis and fertility (zusammen mit Prof. U. Schagdarsurengin; Partner: Prof. P. Western).

 Mitarbeiter/-innen der Arbeitsgruppe

(Leiter)

 Publikationen der letzten 5 Jahre

Balhorn R, Steger K, Bergmann M, Schuppe HC, Neuhauser S, Balhorn M (2018) New monoclonal antibodies specific for mammalian protamines P1 and P2. Sys Biol Reprod Med 64:424-447

Steger K, Balhorn R (2018) Sperm nuclear protamines: A checkpoint to control sperm chromatin quality. Anat Histol Embryol 47:273-279

Rogenhofer N, Ott J, Pilatz A, Wolf J, Thaler CJ, Windischbauer L, Schagdarsurengin U, Steger K, von Schönfeldt V (2017) Unexplained recurrent miscarriages are associated with an aberrant sperm protamine mRNA content. Hum Reprod 32:1574-1582

Ozturk N, Steger K, Schagdarsurengin U (2017) The impact of autophagy in spermiogenesis. Asian J Androl 19:617-618

Steger K (2017) Lessons learned in Andrology: occupy a scientific niche, be proactive and stay visible for the scientific community. Andrology 5:200-203

Schneider S, Balbach M, Jikeli JF, Fietz D, Nettersheim D, Jostes S, Schmidt R, Kressin M, Bergmann M, Wachten D, Steger K, Schorle H (2016) Re-visiting the protamine-2 locus: deletion, but not haploinsuffiency, renders male mice infertile. Sci Rep 6:36764

Ni K, Spiess AN, Schuppe HC, Steger K (2016) The impact of sperm protamine deficiency and sperm DNA damage on human male fertility: a systematic review and meta-analysis. Andrology 4:789-799

Ni K, Steger K, Yang H, Wang H, Hu K, Zhang T, Chen B (2016) A comprehensive investigation of sperm DNA damage and oxidative stress injury in infertile patients with subclinical, normozoospermic and astheno/oligozoospermic clinical varicocoele. Andrology 4:816-824

Ni K, Dansranjavin T, Rogenhofer N, Oeztuerk N, Deuker J, Bergmann M, Schuppe HC, Wagenlehner F, Weidner W, Steger K, Schagdarsurengin U (2016) TET enzymes are successively expressed during human spermatogenesis and their expression level is pivotal for male fertility. Hum Reprod 31:1411-1424

Schagdarsurengin U, Paradowska A, Steger K (2012) Analysing the sperm epigenome: roles in early embryogenesis and assisted reproduction. Nat Rev Urol 9:609-619

Schagdarsurengin U, Steger K (2016) Epigenetics in male reproduction: effect of paternal diet on sperm quality and offspring health. Nat Rev Urol 13:584-595

Schagdarsurengin U, Western P, Steger K, Meinhardt A (2016) Developmental origins of male subfertility: role of infection, inflammation, and environmental factors. Semin Immunopathol 38:765-781

Günther K, Paradowska-Dogan A, Bärmann B, Klein H, von Eichel-Streiber C, Hartley R, Weidner W, Behr R, Steger K (2015) Expression of sperm-specific protamines impairs bacterial and eukaryotic cell proliferation. Histochem Cell Biol 143:599-609

Vieweg M, Dvorakova-Hortova K, Dudkova B, Waliszewski P, Otte M, Oels B, Hajimohammad A, Turley H, Schorsch M, Schuppe HC, Weidner W, Steger K, Paradowska-Dogan A (2015) Methylation analysis of histone H4K12ac-associated promoters in sperm of healthy donors and subfertile patients. Clin Epigenetics 19:31-48

Dottermusch-Heidel C, Klaus ES, Gonzalez NH, Bhushan S, Meinhardt A, Bergmann M, Renkawitz-Pohl R, Rathke C, Steger K (2014) H3K79 methylation directly precedes the histone-to-protamine transition in mammalian spermatids and is sensitive to bacterial infections. Andrology 2:655-665

Paradowska-Dogan A, Fernandez A, Bergmann M, Kretzer K, Mallidis C, Vieweg M, Waliszewski P, Zitzmann M, Weidner W, Steger K, Kliesch S (2014) Protamine mRNA ratio in stallion spermatozoa correlates with mare fecundity. Andrology 2:521-530

Dottermusch-Heidel C, Gärtner SM, Tegeder I, Rathke C, Barckmann B, Bartkuhn M, Bhushan S, Steger K, Meinhardt A, Renkawitz-Pohl R (2014) H3K79 methylation: a new conserved mark that accompanies H4 hyperacetylation prior to histone-to-protamine transition in Drosophila and rat. Biol Open 2, 3:444-452

Ni K, Steger K, Yang H, Wang H, Hu K, Chen B (2014) Sperm protamine mRNA ratio and DNA fragmentation index represent reliable clinical biomarkers for men with varicocele after microsurgical varicocele ligation. J Urol 192:170-176

Samans B, Yang Y, Krebs S, Sarode GV, Blum H, Reichenbach M, Wolf E, Steger K, Dansranjavin T, Schagdarsurengin U (2014) Uniformity of nucleosome preservation pattern in mammalian sperm and its connection to repetitive DNA elements. Dev Cell 30:23-35

Rogenhofer N, Dansranjavin T, Schorsch M, Spiess A, Wang H, von Schönfeldt V, Cappallo-Obermann H, Baukloh V, Yang H, Paradowska A, Chen B, Thaler CJ, Weidner W, Schuppe HC, Steger K (2013) The sperm protamine mRNA ratio as a clinical parameter to estimate the fertilizing potential of men taking part in an ART program. Hum Reprod 28:969-978