Nejire/dCBP-mediated control of H3 acetylation and transcriptional regulation by testis-specific Plus3 domain proteins during Drosophila spermatogenesis

Spermatogenesis describes the development from germ line stem cells to highly specialized sperm. Drosophila melanogaster spermatogenesis is a good model system for chromatin remodelling processes as many of these processes are similar in mammals and in flies. Histone modifications are a prerequisite for the exchange of histones by protamines during these chromatin remodelling processes but also transcription processes in earlier germ cell stages can be compared. In this thesis, the histone acetyltransferase Nejire/dCBP has been characterised as being responsible for the modification of histone H3 at lysine 18 and lysine 27 during post-meiotic germ cell development as well as in the spermatocyte stage. An RNAi-mediated knock-down revealed that the function of Nejire/dCBP is essential for fertility of male flies. Efficient mRNA synthesis of postmeiotic chromatin components depends on Nejire/dCBP whereas incorporation of protamines into the chromatin does not seem to depend on Nejire/dCBP function. Drosophila spermatogenesis is featured by a special regulation of transcription and translation. While most transcripts are synthesised in spermatocytes, a large portion has to be translationally repressed until required in later stages of germ cell development. Transcriptional regulation is supported by testis-specific variants of the general transcription machinery. This includes among others the tTAFs, the tMAC complex and bromodomain proteins. Bromodomain proteins are able to recognise and bind acetylated lysine residues on N-terminal histone chains. The bromodomain proteins tBRD-1 and tBRD-2 are expressed in spermatocytes and can interact with tTAFs, this might facilitate recruitment of the TFIID complex to certain chromatin areas. Further testis-specific variants of ubiquitously expressed proteins are the Plus3 domain proteins. Here, the expression and function of the testis-enriched proteins tPlus3a and tPlus3b have been examined. Both proteins share the conserved Plus3 domain of Rtf1. RNAseq analysis using RNA from mutant testes revealed that tPlus3a and tPlus3b likely contribute to the regulation of transcription in spermatocytes. Furthermore, genes which also depend on tBRD-1 function were identified. We hypothesise that tPlus3a and tPlus3b regulate a group of genes overlapping with tBRD-1-depending genes but not with genes depending on tTAFs. tPlus3a and tPlus3b might therefore contribute to diversification of transcriptional regulation in spermatocytes.Die Spermatogenese beschreibt den Prozess der Entwicklung von Keimbahnstammzellen hin zu hochspezialisierten Spermien. Die Spermatogenese von Drosophila melanogaster eignet sich sehr gut als Modell zur Analyse von Umstrukturierungen des Chromatins in männlichen Keimzellen, da die zugrundeliegenden Prozesse in Säugetieren und Fliegen sehr ähnlich sind. Histon-Modifikationen sind beispielsweise eine Voraussetzung für den Austausch von Histonen durch Protamine in postmeiotischen Stadien der Spermatogenese, aber auch Prozesse auf Transkriptionsebene früheren Keimzellstadien lassen sich vergleichen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Histonacetyltransferase Nejire/dCBP, die für die Modifikation von Histon H3 an Lysin 18 und Lysin 27 sowohl während der postmeiotischen Keimzellentwicklung als auch im Spermatozytenstadium verantwortlich ist, näher charakterisiert. Durch einen RNAi-vermittelten knock-down von Nejire/dCBP konnte gezeigt werden, dass dessen Funktion essentiell für die Fertilität männlicher Fliegen ist. Die effiziente Synthese von mRNAs postmeiotisch exprimierter Chromatinkomponenten scheint durch Nejire/dCBP reguliert zu werden. Der Einbau von Protaminen in das Chromatin scheint jedoch nicht direkt von der Funktion von Nejire/dCBP anhängig zu sein. Die Drosophila Spermatogenese zeichnet sich durch eine besondere Regulation der Transkription und der Translation aus. Während die meisten Transkripte in Spermatozyten hergestellt werden, muss ein Großteil davon translational reprimiert werden, um in späteren Stadien der Keimzellentwicklung zur Verfügung zu stehen. Die Regulation der Transkription in Spermatozyten wird von Testis-spezifischen Varianten der generellen Transkriptionsmaschinerie unterstützt. Dazu gehören unter anderem die tTAFs, der tMAC Komplex und Bromodomänen-Proteine. Bromodomänen-Proteine sind in der Lage, acetylierte Lysine an N-terminalen Histonketten zu erkennen und an diese zu binden. Die in Spermatozyten exprimierten Bromodomänenproteine tBRD-1 und tBRD-2 können mit tTAFs interagieren und schaffen so möglicherweise eine Möglichkeit für die Rekrutierung des TFIID Komplexes an bestimmte Bereiche des Chromatins. Weitere Testis-spezifische Varianten ubiquitär exprimierter Proteine stellen die Plus3-Domänenproteine dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Expression und die Funktion der im Testis angereicherten Proteine tPlus3a und tPlus3b untersucht. Diese Proteine besitzen eine konservierte Plus3-Domäne. Mit Hilfe einer RNAseq Analyse von RNA aus Testes von Mutanten konnte gezeigt werden, dass tPlus3a und tPlus3b wahrscheinlich zur Regulation der Transkription in Spermatozyten beitragen. Zudem wurden dabei Gene identifiziert die ebenfalls durch tBRD-1 reguliert werden. Unsere Hypothese ist, dass tPlus3a und tPlus3b eine Gruppe von Genen regulieren, die zwar mit denen der tBRD-1-abhängigen Gene überlappen, jedoch kaum mit den tTAF-abhängigen Genen. tPlus3a und tPlus3b könnten so zur Diversifizierung der Transkriptionsregulation in Spermatozyten beitragen