Anzeige
New research by biologists at the University of Pennsylvania School of Veterinary Medicine has now identified one way the body does exactly that. This protective role is fulfilled in part by a class of small RNA molecules called pachytene piwi-interacting RNAs, or piRNAs.
Without them, germ-cell development in males comes to a halt. Because these play such an important role in allowing sperm to develop normally, the research indicates that defects in these molecules or the molecules with which they interact may be responsible for some cases of male infertility.
Jeremy Wang, an associate professor of developmental biology and director of the Center for Animal Transgenesis and Germ Cell Research at Penn Vet, and Ke Zheng, a postdoctoral researcher in Wang's lab, authored the study, which appears in PLOS Genetics.
Scientists know of 8 million different piRNAs in existence; they are the most abundant type of small non-coding RNA. The molecule piRNA gets its name because it forms complexes with piwi proteins. Earlier work had indicated that these piwi-piRNA complexes suppress the activity of transposable elements or "jumping genes," which are stretches of DNA that can change position and cause potentially damaging genetic mutations. These sequences are also known as transposons.
"There are about 50 human diseases caused by transposable elements, so it's important for the body to have a way to try to repress them," Wang said.
This transposon-suppressing activity had been confirmed in a group of piRNAs called pre-pachytene piRNAs, which are expressed before meiosis, the unique process by which germ cells divide. But Zheng and Wang wanted to investigate if a separate group of piRNAs that emerge during meiosis, called pachytene piRNAs, were also required for "silencing" transposons.
Working in male mice, the researchers manipulated an enzyme called MOV10L1, which is known to interact with piwi proteins and is believed to help produce piRNA molecules. They created a mutant mouse in which they could selectively inactivate MOV10L1 at specific stages before, during and after meiosis. The mice that lost the function of MOV10L1 before or at the pachytene stage of meiosis were sterile. When Zheng and Wang examined their germ cells more closely, they found that spermatogenesis had apparently come to a halt at the post-meiotic stage: Early stages of the germ cells were present, but the mice completely lacked mature sperm.
Further experiments allowed Zheng and Wang to pinpoint that MOV10L1 was playing a critical role at the pachytene stage. MOV10L1 mutants lacked pachytene piRNAs, but their levels of pre-pachytene piRNAs were unaffected, as the mutation was "turned on" after they had already been produced.
The researchers also found that, in the MOV10L1 mutants, piwi proteins congregated together along with mitochondria, suggesting that mitochondria may be involved in the generation or organization of pachytene piRNAs. Furthermore, the spermatids, or early-stage sperm, of the mutants had severe DNA damage. While the researchers suspected that the damage may have been caused because of transposons that had been freed from repression in the absence of piRNAs, they actually found that two common transposable elements were not de-repressed in the mutants. They also found a build-up of pachytene piRNA precursors in the testes of the mutants. Their findings raise the possibility that there is another mechanism by which damage occurs.
"It could be the accumulation of precursor molecules is causing some of the damage," Wang said.
This new function for MOV10L1, in playing an essential role in producing pachytene piRNAs, gives researchers a greater understanding of germ-cell development.
"This is the first time we've shown that pachtyene piRNA is required for maintaining genome integrity in the post-meiotic germ cells," Wang said. "It turns out that MOV10L1 is a master regulator of the piRNA pathway and is required for the production of all piRNAs, both pre-pachytene and pachytene."
Any disruptions to this "master regulator" role, therefore, could lead to problems.
"I think we're just beginning to appreciate the significance of this pathway," Wang said. "Mutations at various points in the pathway could lead to infertility."
This research was supported by the National Institutes of Health's National Institute of Child Health and Human Development.
Katherine Unger Baillie | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.upenn.edu
Weitere Berichte zu: DNA > genetic mutation > germ cells > jumping gene > master regulator > MOV10L1 > RNA > RNA molecule > transposable elements
DNA-Variante beeinflusst Diabetesrisiko und Behandlungserfolg
17.05.2013 | Deutsches Zentrum für Diabetesforschung
Aus zwei wird drei: In Deutschland kommt eine dritte Ringelnatter vor
17.05.2013 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen
Supraleitungssensoren der PTB ermöglichen hochempfindliche Messungen der magnetischen Kernresonanz dünner Helium-3-Schichten - aktuelle Veröffentlichung in Science
Tieftemperatur-Spezialisten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) haben mit ihren SQUIDs dazu beigetragen, dass die magnetischen Momente von Atomen des seltenen Isotopes 3He (Helium-3) extrem empfindlich gemessen werden konnten. Mithilfe dieser Sensoren wurden hochempfindliche Kernresonanzspektrometer entwickelt, die jetzt tiefe Einblicke in den Zustand der Materie bei extrem tiefen Temperaturen lieferten.
Konkret sperrte ...
Gut 99 Prozent des gesamten Eises an Land ist in den riesigen Eisschilden der Antarktis und Grönlands gespeichert, nur knapp ein Prozent dagegen in Gletschern.
Die Schmelzwasser dieser Gletscher trugen im Zeitraum 2003 bis 2009 etwa genauso viel zum Anstieg des Meeresspiegels bei, wie die beiden Eisschilde: rund einen Drittel. Dies ist eines der Resultate einer internationalen Studie mit Beteiligung von UZH-Geographen.
Wieviel alle Gletscher zum Anstieg des Meeresspiegels beitragen, wurde noch nie so genau ...
Siemens hat das weltweit erste kabellose Ultraschallgerät vorgestellt. Der Schallkopf ist mit einer Hand gut bedienbar und überträgt das Ultraschallbild per Radiofrequenz auf den Bildschirm.
Das Fehlen der Kabel ist vor allem bei Operationen oder interventionellen Eingriffen von Vorteil, wo beispielsweise Nadeln mit Hilfe von Ultraschall visualisiert werden. Die Kabel am Schallkopf behindern die Person, die das Gerät bedient, und sie können trotz steriler Schutzhüllen ein Infektionsrisiko darstellen.
Das kabellose Acuson Freestyle arbeitet bis zu ...
Siemens will mit einem großen Touch-Display Bahnbetreibern helfen, Störungen besser zu bewältigen.
Das Display mit rund 1,50 Metern Diagonale veranschaulicht alle Daten und Fakten, um Entscheidungen treffen zu können. Herzstück der Lösung ist eine Software, die mit Hilfe mathematischer Optimierungsalgorithmen bisher entkoppelte Systeme wie Wartung oder Zugdisposition vernetzt.
Bisher reagieren einzelne Abteilungen von Bahnbetreibern weitgehend unabhängig auf Störfälle, weil sie über das ...
Forschern des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF und des Karlsruher Instituts für Technologie KIT ist es gelungen, 40 Gbit/s bei 240 GHz und über eine Entfernung von einem Kilometer per Funk zu übertragen.
Mit ihrer jüngsten Demonstration haben sie einen neuen Weltrekord erzielt und knüpfen damit erstmals nahtlos an die Kapazität von Glasfaser an. Solche Richtfunkstrecken könnten zukünftig Lücken in der Versorgung mit Breitband-Internet schließen, indem die drahtlosen Links das Netz an schwer zugänglichen Stellen oder im ländlichen Raum ergänzen.
Digital, mobil und ...
Anzeige
Anzeige

DNA-Variante beeinflusst Diabetesrisiko und Behandlungserfolg
17.05.2013 | Biowissenschaften Chemie
Aus zwei wird drei: In Deutschland kommt eine dritte Ringelnatter vor
17.05.2013 | Biowissenschaften Chemie
New method proposed for detecting gravitational waves from ends of universe
17.05.2013 | Physik Astronomie
Internationale Informatikkonferenz ICCS 2013
17.05.2013 | Veranstaltungsnachrichten
Herausforderungen des demografischen Wandels
17.05.2013 | Veranstaltungsnachrichten
Die 16 besten Nachwuchschemikerinnen und -chemiker Deutschlands treffen sich in Kiel
17.05.2013 | Veranstaltungsnachrichten