Функциональность митохондрий модифицирует активность акрозина, способность к акросомальной реакции и целостность хроматина человеческих сперматозоидов
Мембранный потенциал митохондрий может определять ряд ключевых функций сперматозоидов.
Вопрос исследования
Какие основные биологические характеристики фертильного потенциала сперматозоидов, помимо подвижности, ассоциированы с функциональностью митохондрий?
Краткий ответ
Функции сперматозоида, определяющие его способность к оплодотворению, включая активность акрозина, акросомальную реакцию (АР) и целостность хроматина, связаны с функциональностью митохондрий, которая оценивалась по митохондриальному мембранному потенциалу (ММП).
Что уже известно
Корреляционные исследования предполагают потенциальную роль ММП сперматозоидов в определении способности сперматозоидов к оплодотворению и обеспечении их подвижности. Однако, нет исследований, в которых описываются другие факторы, определяющие фертильный потенциал сперматозоидов в его связи с ММП.
Дизайн, объём и продолжительность исследования
ММП сперматозоидов оценивалась у 627 молодых студентов колледжа в когортном исследовании «Male Reproductive Health in Chongqing College Students» (MARHCS) в 2014 году. Среди этих участников активность акрозина и целостность хроматина измерялись у 378 и 604 человек соответственно. Эти две детерминанты фертильного потенциала сперматозоидов сначала сравнивались между группами с высоким, средним и низким ММП в популяции студентов колледжа. Влияние падения ММП под воздействием карбонил-цианида 3-хлорфенилгидразона (КЦХФ) на активность акрозина, АР, фрагментацию ДНК, выработку активных форм кислорода (АФК) и содержание АТФ в сперматозоидах человека оценивалось in vitro.
Участники / материалы, условия, методы
ММП сперматозоидов оценивался с помощью окрашивания JC-1, активность акрозина – с помощью метода с субстратом N-α-бензоил-DL-аргинин-пара-нитроанилид HCl (BAPNA), целостность хроматина, представленная в виде индекса фрагментации ДНК (ИФД), измерялась с помощью теста структуры хроматина сперматозоидов (SCSA), АР оценивалась с помощью окрашивания хлортетрациклином, а внутриклеточная выработка АФК оценивалась с помощью дигидроэтидия. Концентрация АТФ определялась с помощью люциферазы. Измерения выполнялись с помощью спектрофотометрии или проточной цитометрии.
Основные результаты и влияние случайности
Непараметрический анализ показал значительное повышение активности акрозина и меньший ИФД у лиц со средним или высоким ММП по сравнению с теми, у кого был низкий ММП. После взвешивания по потенциальным искажающим факторам было подсчитано повышение активности акрозина сперматозоидов на 7.9% и 44.4% и понижение ИФД сперматозоидов на 12.0% и 25.2% в группах со средним и высоким ММП соответственно. Снижение ММП под воздействием КЦХФ приводило к значимому снижению активности акрозина и способности к АР, и повышало ИФД человеческих сперматозоидов. Более того, снижение ММП сперматозоидов индуцировало гиперпродукцию АФК и снижало содержание АТФ.
Ограничения и причины для осторожности
Мы не можем исключить вклад лейкоцитов в продукцию АФК, и мы не применяли отбор по размеру для выявления этих клеток при FACS-анализе. Не проводилось одновременного окрашивания на жизнеспособность, и влияния мёртвых сперматозоидов на оценку ММП и функции акросом исключить нельзя.
Более широкие выводы из полученных результатов
Функциональность митохондрий может быть необходимой для поддержания активности акрозина сперматозоидов, АР и целостности хроматина. Нужно разработать тест на функциональность митохондрий, который будет использоваться независимо или в дополнение к стандартным параметрам спермограммы при диагностике бесплодия или в процесс оценки риска.
Финансирование исследования / конфликт интересов
Это исследование было поддержано программой «Key Program of the National Natural Science Foundation of China» (No. 81630087) и фондом «National Natural Science Foundation of China» (No. 81703254). Ни у кого из авторов нет конфликта интересов.
Mitochondrial functionality modifies human sperm acrosin activity, acrosome reaction capability and chromatin integrity
Авторы: Guowei Zhang, Wang Yang, Peng Zou, Fan Jiang, Yingfei Zeng, Qing Chen, Lei Sun, Huan Yang, Niya Zhou, Xiaogang Wang, Jinyi Liu, Jia Cao, Ziyuan Zhou, Lin Ao
Human Reproduction, January 2019, Volume 34, Issue 1, Pages 3–11
DOI: 10.1093/humrep/dey335