Влияние диабета на мужскую фертильность и эпигенетическую регуляцию при сперматогенезе
The effects of diabetes on male fertility and epigenetic regulation during spermatogenesisИсточник: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4814953/
Эти авторы внесли одинаковый вклад в эту работу.
Эффект сахарного диабета включает в себя долгосрочные повреждения, дисфункции и неудачи различных органов. Важным осложнением диабета является нарушение в мужской репродуктивной системе. Метаболизм глюкозы является важным событием в сперматогенезе. Более того, метаболизм глюкозы также важен для поддержания активности основных клеток, а также определенных функций, таких как подвижность и способность к оплодотворению у зрелой спермы. Диабетическая болезнь и экспериментально индуцированный диабет продемонстрировали, что либо диабет 1 типа, либо диабет типа 2 могут оказывать пагубное влияние на мужскую фертильность, особенно на качество сперматозоидов, такие как подвижность сперматозоидов, целостность ДНК спермы и ингредиенты семенной плазмы. Эпигенетические модификации необходимы во время сперматогенеза. Эпигенетическая регуляция представляет собой модификации хроматина, включая метилирование ДНК, модификации гистонов, ремоделирование нуклеосом и реорганизацию хроматина высших порядков и некодирующие РНК. Если сперматогенез поражается во время критического окна развития, развития эмбрионального гонадала и дифференциации зародышевой линии, вызванные окружающей средой эпигенетические модификации могут стать постоянными в эпигеноме зародышевой линии и потенциально влиять на последующие поколения через эпигенетическое наследственное наследство. Диабет может влиять на эпигенетическую модификацию во время сперматогенеза спермы и что эта эпигенетическая дисрегуляция может наследоваться через мужскую линию зародыша и передаваться более чем на одно поколение, что, в свою очередь, может увеличить риск развития диабета у потомства.
По оценкам, 382 миллиона человек страдают диабетом и что распространенность составляет 8,3% .1 Термин «сахарный диабет (DM)» описывает метаболическое расстройство множественных этиологий, характеризующееся хронической гипергликемией, с нарушениями углеводов, жира и белкового метаболизма в результате дефектов секреции инсулина, действия инсулина или обоих. 2. DM 1 типа — хроническое аутоиммунное заболевание с сильным воспалительным компонентом, характеризующееся потерей продуцирующих инсулин бета-клеток островков Лангерганса в поджелудочной железе, что приводит к к дефициту инсулина. DM 3 типа характеризуется резистентностью к инсулину, которая может сочетаться с относительно уменьшенной секрецией инсулина.4 Диабет типа 2 связан прежде всего с факторами образа жизни и генетикой. Известно, что ряд факторов образа жизни имеет важное значение для развития диабета типа 2, включая ожирение, отсутствие физической активности, плохое питание, стресс и урбанизацию.56 DM может вызывать долгосрочные повреждения, дисфункции и неудачи различных органов , включая ретинопатию с потенциальной потерей зрения, нефропатию, приводящую к почечной недостаточности, периферическую невропатию с риском язв стопы, ампутации, суставы Шарко, вегетативную невропатию, вызывающую желудочно-кишечные, мочеполовые, сердечно-сосудистые симптомы и сексуальную дисфункцию.7 Важным осложнением диабета является нарушения в мужской репродуктивной системе. Метаболизм глюкозы является важным событием в сперматогенезе. Многие исследования как у человека, так и у животных подтвердили пагубное влияние диабета на сексуальные функции, такие как параметры спермы, фрагмент ядерной ДНК и качество хроматина.8910
В следующих разделах мы рассмотрим роль метаболизма глюкозы в сперме, а также клинические и животные исследования диабета типа 1 и типа 2, его влияние на мужскую фертильность, особенно на качество спермы и потенциальный молекулярный механизм. Кроме того, будет проанализирована эпигенетическая регуляция сперматогенеза, и будут обсуждаться эффекты диабета через генерацию в зародышевой линии.
Сперматозоиды являются наиболее дифференцированной клеткой млекопитающих. Основная цель спермы состоит в переносе мужской гаплоидной ДНК на женскую ДНК с помощью ряда механизмов, которые предполагают их смещение вдоль женского полового тракта и оплодотворение. Энергия в клетках спермы используется главным образом для поддержания подвижности для полной емкости и последующей акросомы reaction.121314
Клетки спермы нуждаются в энергии, чтобы приобретать и поддерживать способность к движению после созревания эпидидимала, потому что они на самом деле неподвижны в яичках.14 Многое аденозинтрифосфат (АТФ) в сперме потребляется для поддержания подвижности. За исключением некоторых метаболитов, таких как лактат и цитрат, сперма главным образом использует сахара в качестве энергетического топлива, включая глюкозу, маннозу и фруктозу. Двумя основными метаболическими путями, участвующими в выработке энергии, являются анаэробный гликолиз и окислительное фосфорилирование.15 Ингибиторы либо окислительного метаболизма, либо гликолиза у многих видов показывают, что один из путей может поддерживать независимо мобильность.16 Обмен сперматозоидов может протекать через гликолиз, митохондриальное окислительное фосфорилирование или пентозофосфатный путь. Используемый преобладающий путь зависит от вида, содержания кислорода и / или наличия гексозы. Фактически, сперма имеет митохондриальную оболочку в середине, где могут происходить окислительные процессы.15 Поэтому наиболее важные гликолитические ферменты расположены главным образом в основной части хвоста, которая связана с волокнистой оболочкой. 151718192021
Глюкиды представляют собой полярные молекулы, которые богаты группами -OH и могут пассивно пересекать липидный бислой очень медленным и неэффективным образом. Поэтому носители необходимы, когда клетки поглощают глюкозы.15 Важную роль в снабжении клетками энергией реализуют различные мембранные белки, которые могут активно (зависимые от натрия переносчики глюкозы [SGLT]) или пассивно (переносчики глюкозы [GLUT]) переносят гексозы через липидный бислой.2223 Белки семейства SGLT являются активными транспортерами сахаров, особенно глюкозы.23 GLUT — это 13 белков семейства, которые облегчают перенос сахаров и показывают своеобразное распределение в разных тканях, а также особое сродство к субстраты. Другие гексозы (фруктоза, маннит), витамины и аминосахара в качестве глюкозамина также могут транспортироваться с помощью GLUTs. 24 Пациентная передача глюкозы через барьер крови-яичка, опосредуемая GLUT, является важным событием в сперматогенезе. GLUT также существуют в зрелых клетках спермы, которые, по сути, требуют носителей для поглощения энергетических источников, которые важны для поддержания активности основных клеток, а также для конкретных функций, таких как подвижность и способность к оплодотворению.
В клетках спермы человека GLUT1 и GLUT2 находились в акросомальной области, а главные и концевые части хвоста, тогда как GLUT3 был обнаружен в середине. 24 GLUT4 не проявлял никакой иммунологической положительности, а GLUT5 был обнаружен в субэкваториальной области и в середине и основные части.15 GLUT8 был сначала идентифицирован в семенниках, а также в других тканях.2526 GLUT8 локализуется в средней части и основной части, а также в акросомальной области спермы. Иммуноэлектронный микроскопический анализ показывает, что GLUT8 сильно обнаруживается в области акросомы и шеи спермы. В средней части GLUT8 локализуется на внешних плотных волокнах (ODF), а также на окружности спиральных митохондрий. В основной части GLUT8 локализуется в ODF.272829 GLUT8 имеет эндосомальный и лизосомальный ориентирующий мотив 30 и только транслоцируется на плазматическую мембрану в ответ на инсулин в бластоцистах.31 Поэтому он может переносить только гексозы через эндосомы и лизосомы внутриклеточно , Подобно лизосоме, акросома клеток спермы содержит лизосомальные белки при низком рН. GLUT8 может играть роль в реакции акросом при сперме, связанной с ооцитом. Действительно, сперма от мышей Glut8 — / — показала снижение АТФ и снижение подвижности по сравнению с диким типом. Однако эти спермы способны оплодотворять ооциты. Недавно был выявлен GLUT9 с высокой степенью гомологии с GLUT5, который переносит фруктозу, а также глюкозу.32 GLUT9 имеет две изоформы: длинную форму, содержащую 12-трансмембранные домены (GLUT9a) и короткую форму без двух трансмембранных доменов (GLUT9b) которые существуют в клетках спермы. Как GLUT9a, так и GLUT9b выражены в середине, в то время как GLUT9b также встречается в акросоме и основной части.27 Две изоформы также являются высокомощными переносчиками урата.33 Уретановая кислота ингибирует образование пероксинитрита (ONOO-) в сперме и может взаимодействовать с другие виды реактивного кислорода (ROS), такие как гидроксильные радикалы.34 Поскольку ROS, генерируемые спермиевыми клетками, участвуют в емкости, помимо роли обеспечения энергетических субстратов, GLUT9 может регулировать окислительно-восстановительное состояние и емкость (рис. 1).
Схематическое изображение сперматозоидов человека и локализация нескольких изоформ транспортера глюкозы в отдельных частях сперматозоида, а именно головка (которая включает в себя ядро и акросому) и хвост (постигая середину, основную часть и конечный элемент). GLUT1: транспортер глюкозы 1; GLUT2: транспортер глюкозы 2; GLUT3: транспортер глюкозы 3; GLUT5: транспортер глюкозы 5; GLUT8: транспортер глюкозы 8; GLUT9a: транспортер глюкозы 9a; GLUT9b: транспортер глюкозы 9b.
Различные GLUT в сперме дают им гибкость для адаптации к изменениям в окружающей среде, требованиям к метаболизму и т. Д. Однако аномальная среда, такая как диабет, может вызвать дисфункцию при транспортировке питательных веществ, что приводит к снижению фертильности и неблагоприятным результатам плода.3536 A В предыдущем исследовании, посвященном GLUT-экспрессии GLUT8 и GLUT9 у сперматозоидов и яичек двух разных генетически модифицированных диабетических мышей, было обнаружено, что мыши, не имеющие белка GLUT9, обладают низкой подвижностью сперматозоидов и снижают скорость оплодотворения. Авторы предположили, что отсутствие инсулина или гипергликемии нарушает транскрипцию Glut9 и заключает, что инсулин и глюкоза важны для созревания спермы и играют важную роль в движении сахара в сперме, которая косвенно контролирует подвижность во время конденсации и оплодотворения. Кроме того, когда у этих же мышей была обработана подвижность спермы инсулина, и концентрация была явно увеличена, предполагая, что сигнализация инсулина улучшает качество спермы. Кроме того, было обнаружено, что для оплодотворения требуется глюкоза, а не фруктоза, и она особенно необходима при связывании ооцита спермы и жизнеспособности эмбрионов у мыши.3738
Аномальный гомеостаз глюкозы имеет неблагоприятные исходы для репродуктивной функции в мужских гаметах. 8 Тестикулярная функция и сперматогенез поражаются как у мужчин с диабетом типа 1, так и у 2-го типа.839 Традиционный световой микроскопический анализ эякулята предполагает, что влияние диабета на качество спермы пренебрежимо малые и молекулярные методы исследования показали, что у мужчин с диабетом значительно более высокий процент спермы с фрагментацией ядерной и митохондриальной ДНК и что повреждение является окислительным по своей природе.840 Известно, что повреждение ДНК спермы связано со сниженным качеством эмбрионов, более низкой имплантацией и, возможно, раннее начало некоторых детских заболеваний (Таблица 1) .41
Пагубные последствия мужского диабета на качество спермы
Сперматозоиды у мужчин с диабетом 1 типа имеют структурные дефекты с фрагментацией ядерной и митохондриальной ДНК, уменьшенной подвижностью и снижением связывания zona pellucida.83940 Agbaje et al.42 обнаружили, что изменения в экспрессии генов, участвующих в репарации и репликации ДНК, коррелирует с увеличением фрагментации ДНК спермы, наблюдаемой у мужчин 1-го типа. Было показано, что многочисленные факторы усиливают окислительный стресс (ОС), продукцию ROS и повреждение ДНК спермы. 344 При наличии высоких концентраций в сперме полиамины (спермин, спермидин и путресцин) обладают антиоксидантными действиями, являются мощными антигликаторами и защищают против структурных / функциональных улучшенных модификаций конечных продуктов гликирования (AGE). Поэтому в последнее время они сообщили, что изменения в выражении антиоксидантов можно рассматривать как реакции на окружающую среду OS или причину их возникновения, а также количество сперматозоидов, демонстрирующих рецептор для продвинутых конечных продуктов гликирования (RAGE), и что общее количество белка, обнаруженное в сперматозоидной и семенной плазме, заметно выше, чем в образцах диабетических мужчин 1-го типа.4344. Mallidis и соавт.43 обнаружили, что у мужчин с диабетом 1 типа профили мРНК указывают на возмущения экспрессии в генах, участвующих в реакции стресса, Метаболизм ДНК и репликация / восстановление, в частности, благодаря их ассоциации с ОС, гликированию и AGE / RAGE. RAGE играет ключевую роль во многих диабетических осложнениях. Последствия взаимодействия лиганд-RAGE включают в себя повышение регуляции молекул, вовлеченных в воспалительные реакции и повреждение тканей, такие как цитокины, молекулы адгезии и матриксные металлопротеиназы.45 Прирост AGE в семенной плазме пациентов с диабетом типа 1 и типа 2 может предполагать ключевую роль процесса гликирования и увеличение ОС в дисфункции репродуктивной системы.46 Эти диабетические мужчины показали явно более высокие средние уровни белка RAGE и фрагментацию ДНК в сперме. Высокоположительная корреляция между уровнями RAGE и фрагментацией ядерной ДНК в сперме указывает на центральную роль RAGE в нарушениях сексуальной функции диабетических мужчин. Активация RAGE увеличивает продукцию ROS, а высокий уровень ROS может в свою очередь вызвать фрагментацию ДНК.47 Кроме того, изменения в митохондриальной ДНК при диабете ответственны за неблагоприятные изменения, наблюдаемые в подвижности спермы. Это важные результаты в клинической перспективе для пациентов с диабетом, которые посещают клиники бесплодия, потому что агрессивные диабетические меры контроля могут отменить эти изменения и улучшить результаты беременности.48
Исследователи обнаружили, что уровни диаминальной нитрата / нитрита первичной плазмы и уровни 8-гидроксидеоксигуанозина (8-OHdG) были заметно увеличены в диабетической группе (включая диабет типа 1 и типа 2) .49 Результаты регрессионного анализа показали, что у мужчин с диабетом соотношение нитрат / нитриты хорошо коррелировали с уровнями 8-OHdG.49 Данные показывают, что высокие уровни нитрата / нитрита в сперме диабетических мужчин указывают на повреждение ДНК, индуцированное ROS, которое коррелирует с уровнями 8-OHdG, но не сперматозоидами.49 Поскольку нет никаких эффектов на подвижность сперматозоидов, вполне вероятно, что эти спермы могут достичь оплодотворения и, следовательно, это имеет клиническое значение. Уровень малонового диальдегида, одного из конечных продуктов перекисного окисления липидов и известных маркеров ОС, заметно увеличился в сперме бесплодных мужчин с диабетом типа 2 и имел отрицательную корреляцию с плотностью сперматозоидов, общим количеством сперматозоидов, прогрессирующей подвижностью и нормальные формы, предполагая, что увеличение перекисного окисления липидов у мужчин с диабетом с плохим метаболическим контролем связано с низким качеством спермы .50 Гликемический контроль является важным элементом для предотвращения повреждения спермы у этих пациентов50. Paasch et al. продемонстрированный диабет 1 типа, диабет 2 типа и ожирение — все это сопровождается множественными изменениями протеома спермы. Они обнаружили участие семеногелин-1, кластерина и лактотрансферрина, часть комплекса белков белка эпипина (протеиназы), который, как считается, выполняет функции, связанные с оплодотворением, такие как эякуляция спермы, регулирование моторики и усиление компетенции для acrosome в патологических изменениях морфологии сперматозоидов и функций, происходящих у пациентов с диабетом и ожирением.51
У животных мужская репродуктивная среда (яичка и эпидидимальная сперма) стрептозотоцина (STZ) -индуцированных диабетических мышей подвергается значительной ОС во время ранней диабетической фазы и может, по-видимому, способствовать развитию дисфункции яичка, что приводит к изменению стероидогенеза и нарушениям сперматогенез.52 При инсулинозависимом диабете снижается активность лейдиг-клеток и производство тестостерона из-за отсутствия стимулирующего действия инсулина на эти клетки и инсулинзависимого снижения ФСГ, что, в свою очередь, снижает уровни ЛГ. Выход спермы и фертильность снижаются из-за снижения ФСГ, вызванного уменьшением инсулина.53 Гипергликемия оказывает неблагоприятное влияние на концентрацию и подвижность сперматозоидов посредством изменений в производстве энергии и управлении свободными радикалами. Кроме того, крысы, получавшие STZ в течение 1 месяца, проявляли некоторые метаболические адаптации, такие как повышение эффективности производства АТФ митохондрий, чтобы обойти вредные эффекты, способствующие развитию болезни.54 Мужской диабет может вызывать мужскую недостаточность, изменяя стероидогенез, подвижность сперматозоидов и экспрессия GLUT. Коэффициенты оплодотворения были заметно ниже в группе Акита, а группа, инъецированная STZ, по сравнению с нормальной группой. Кроме того, у оплодотворенных зиготов темпы развития эмбрионов до стадии бластоцисты в двух диабетических моделях были ниже, чем у контрольных. Маллидис и др. 55 описали изменения в тестикулярном метаболизме после индукции STZ в экспериментальной модели диабета типа 1 и выявили нарушения в нескольких важных метаболитах. В частности, диабетические мыши показали снижение карнитина, креатина и холина и повышенный лактат, аланин и мио-инозитол.55 Дефицит эпидермального фактора роста является потенциальной причиной патогенеза олигозооспермии у диабетических мышей.56 STZ-диабет также заметно уменьшен концентрации эпидидимальной ткани тестостерона, андрогенсвязывающего белка, сиаловой кислоты и глицерилфосфорилхолина, что указывает на его неблагоприятное воздействие на секреторную активность и концентрационную способность эпидидиального эпителия. Ослабленная кауда-эпидидимидная подвижность сперматозоидов и фертильность у крыс, страдающих STZ-диабетом, подразумевали дефектное созревание спермы. Инсулиновая замена предотвратила эти изменения частично или полностью.
Из приведенных выше данных видно, что STZ-диабет оказывает неблагоприятное влияние на созревание спермы, что может быть вызвано уменьшением биодоступности тестостерона и секреторных продуктов эпидидима. Некоторые ученые указали, что аномалии зародышевых клеток, наблюдаемые в гипергликемической группе, можно интерпретировать как первичный эффект STZ, а не гипергликемию.58 Некоторые исследователи продемонстрировали, что STZ-индуцированный DM может влиять на мужской потенциал фертильности, влияя на параметры спермы и целостность ДНК в мышей. Тем не менее, диабет не оказывает отрицательного влияния на замену гистонов и протаминов во время тестикулярной фазы упаковки хроматина спермы.59
После кормления высокоэнергетической диеты (HED) в течение 1 месяца у крыс наблюдались повышенные уровни гликемии, нарушение толерантности к глюкозе и гипоинсулинемия. Более того, наблюдался дисбаланс уровней тестостерона в сыворотке и сыворотке крови. HED также влиял на репродуктивные параметры, и у крыс HED наблюдалось значительное увеличение аномальной морфологии сперматозоидов60. Гликолитический метаболизм благоприятствовал в яичках крыс HED с повышенной экспрессией GLUT1, GLUT3 и фосфофруктокиназы 1. Кроме того, производство лактата и экспрессия связанных с метаболизмом генов и белков, участвующих в производстве лактата и транспорте, также были усилены HED. Содержание аланинового тестикула уменьшалось, и, таким образом, было увеличено соотношение лактат / аланин в желудочно-кишечном тракте у крыс HED, что свидетельствует об увеличении ОС. Эти результаты свидетельствуют о том, что HED индуцирует преддиабетическое состояние, которое может нарушать репродуктивную функцию путем модуляции общего метаболизма яичек .60 У крыс с предиабетом изменение HCO3-гомеодинамики в просвете эпидидимиса может повлиять на создание надлежащей среды для хранения и жизнеспособности сперматозоидов , таким образом влияя на репродуктивный потенциал мужчин61.
Эпигенетическое паттернирование начинается в зародышевой линии и имеет важное значение для нормального эмбриона и постнатального развития.62 Эпигенетические модификации во время развития зародышевых клеток постулируются, чтобы играть роли в экспрессии генов, мейозе, геномной целостности и геномном импринтинге.63 Эпигенетика относится к набору механизмов и явления, которые определяют фенотип клетки, не влияя на генотип. Эпигенетические состояния могут быть изменены факторами окружающей среды, что может способствовать развитию аномальных фенотипов. Эпидемиологические данные все чаще свидетельствуют о том, что воздействие на окружающую среду на ранних стадиях развития играет роль в восприимчивости к болезням в более поздней жизни. Растущий объем данных, как животных, так и человеческих исследований, установил, что молекулярная основа программирования связана с изменением метилирования ДНК. В молекулярных терминах он представляет модификации хроматина, включая метилирование ДНК, модификации гистонов, ремоделирование нуклеосом и реорганизацию хроматина высших порядков и некодирующие РНК.646566 Эпигенетические модификации являются существенными во время сперматогенеза (рисунок 2).
Эпигенетические изменения, возникающие во время сперматогенеза. Метилирование ДНК происходит в митотических зародышевых клетках, создавая специфические отпечатки отцов. Фосфорилирование происходит в мейотических клетках, что способствует как рекомбинации, так и образованию XY. Ubiquitylation, сумоилирование и включение вариантов h3AZ и h4.3 все вовлечены в формирование тела XY. Во время спермиогенеза происходит гиперацетилирование, чтобы помочь в переходе гистон-протамин.
Гипергликемия матери оказывает значительное вредное воздействие на структуру и функцию как репродуктивных эндокринных, так и тестикулярных структур. Это вредное изменение, вероятно, произойдет во время жизни плода и остается во время постнатальной жизни. Он показывает аналогичную картину изменений, как сообщалось ранее у взрослых мужчин-диабетиков .67 Если сперматогенез поражается во время критического окна развития, развития эмбрионального гонадаля и дифференциации зародышевой линии, индуцированные окружающей средой эпигенетические модификации могут стать постоянными в эпигеноме зародышевой линии и имеют потенциальное воздействие на последующие поколения посредством эпигенетического наследственного наследования. Возникающие в результате заболевания могут включать в себя болезни взрослого человека, включая бесплодие, как у отдельных лиц, так и у разных поколений.68 В пренатальном семеннике единственными зародышевыми клетками являются гоноциты. Гоноциты размножаются в течение нескольких дней, а затем становятся арестованными.69 Вскоре после рождения гоноциты перемещаются в подвальную мембрану, становятся сперматогонией и возобновляют пролиферацию.70 Сперматогония делит митоз, образуя пул стволовых клеток, из которых развиваются мейоз и сперматогенез. До сперматогенеза транспонируемые элементы (ТЭ) замолкаются в гоноцитах и просперматогонии.71
Метилирование, облегчаемое ДНК-метилтрансферазой (DNMT) 3L, участвует в подавлении TEs в яичке, о чем свидетельствует потеря метилирования на LINE-1 и внутрикасиверсальные транспозоны A-частиц, вызванные отсутствием DNMT3L. DNMT3L экспрессируется в гоноцитах через 14-18 дней postcoitum (dpc), когда происходит глобальное метилирование ДНК. Действительно, было высказано предположение о том, что отсутствие молчания TEs в этой модели вносит непосредственный вклад в мейотический арест и бесплодие у взрослых мышей.727374
Развитие мужских и женских зародышевых клеток особенно важно для получения дифференциальной «маркировки» импринтированных генов для обеспечения специфической экспрессии родительского происхождения.5975 Отпечатанные на родине гены являются генами, которые подвергаются моноаллельной экспрессии. То есть, выражение происходит только от аллеля, унаследованного от материнского родителя. Отпечатанные отцом гены метилируют и замолкают в мужских половых клетках. Отцовский импринтинг генов начинает устанавливаться в гоноцитах около 15,5 дкк и сохраняется в сперматогонии. Это метилирование и подавление гена проводят через оставшуюся часть сперматогенеза и сохраняют в любой результирующей сперме и потомстве. Были идентифицированы некоторые отпечатанные на родине регионы, такие как h29-Igf2, Ras-GRF и Dlk1-Gtl2.76. В мужских половых клетках установление отцовских отпечатков включает в себя фактор, названный BORIS (братом регулятора импринтированных сайтов) и DNMT, DNMT3A, DNMT3B и близкородственное DNMT3L.7677 Удаление Dnmt3L приводит к потере метилирования в регионах, отпечатанных в отпечатке. Сперматогония, которые были недостаточны в Dnmt3a и Dnmt3b, демонстрировали вариации в моделях метилирования в отпечатанных на родине областях.77 В нашем предыдущем исследовании изменение экспрессии гена Igf2 и h29 было обнаружено в сперме взрослого F1 потомства гестационного DM, что указывает на то, что изменения эпигенетики в зародыше клетки внесли свой вклад в трансгенерационную передачу.78 Кроме того, преддиабет отца изменил общие показатели метилома у сперматозоидов с большой частью дифференцированных метилированных генов, перекрывающихся с остеосинтезом поджелудочной железы у потомства, что указывает на то, что отцовский преддиабет увеличивал восприимчивость к диабету у потомства через гаметическую эпигенетику Изменения.79 Исследование показало, что преддиабет отца изменяет общие модели метилирования в сперме. Они изолировали сперму от контрольных и преддиабетических мужчин и исследовали образцы метилирования цитозина по всему геному с помощью MeDIP-Seq. Примечательно, что профили метилирования глобального цитозина были изменены в образцах преддиабета по сравнению с контрольными, и метилирование 263 upstream2k, 278 downstream2k, 121 5’UTR, 247 3’UTR, 1299 CDS и 4354 интрон-ассоциированных генов были изменены соответственно. Они отметили, что значительная доля дифференцированных метилированных генов, идентифицированных в сперме, перекрывается с большим количеством островков поджелудочной железы. В частности, они отметили, что определенные гены (такие как Pik3ca и Pik3r1) могут частично противостоять глобальному деметилированию после стерилизации и в значительной степени унаследовать метилирование цитозина из спермы, что также указывает на то, что существует передача поколений метилирования цитозина в значительной части генома.79
Новые данные из множества модельных систем демонстрируют, что некодирующие РНК, такие как микроРНК, небольшие РНК и длинные или большие РНК, играют значительную роль в регуляции эпигенетического гена и хромосомной динамики, включая механизмы для таких процессов, как компенсация дозы, импринтинг и подавление генов по помехам РНК. Недавние сообщения свидетельствуют о том, что подавление генов, опосредуемое метилированием ДНК, может быть индуцировано промотор-направленными глушителями РНК (siRNAs) в клетках млекопитающих. 808182
Исследования, рассмотренные в этом обзоре, показывают, что метаболизм глюкозы имеет большое значение для сперматозоидов, либо диабет 1 типа, либо диабет типа 2 могут оказывать пагубное влияние на мужскую фертильность, особенно на качество сперматозоидов, такие как подвижность сперматозоидов, целостность ДНК спермы и ингредиенты семенной плазмы. Диабет может влиять на эпигенетическую модификацию во время сперматогенеза спермы и что эта эпигенетическая дисрегуляция может наследоваться через мужскую линию зародыша и передаваться более чем на одно поколение, что, в свою очередь, может увеличить риск развития диабета у потомства.
Резкое увеличение диабета, одно из нарушений обмена веществ человека, требует учета влияния факторов окружающей среды на зародышевую линию. Родительское питание и метаболизм являются критическими факторами здоровья взрослых детей. Эффекты диабета по материнской линии или по отцовской линии, описанные в этом обзоре, еще раз подчеркнули важность исследования влияния между поколениями и даже трансгенерационного эффекта диабета на мужскую фертильность и здоровье потомства. Хотя большое внимание было уделено потенциальным последствиям наследственного наследства для здоровья человека, пока мало поддержки. Чтобы решить эти проблемы, в будущих исследованиях может быть достойной рассмотрения модель животного поколения, полученная из гипергликемии отца или матери и эпигенетического наследства.
GLD, YL и MEL составили основную часть рукописи. JXP участвовал в разработке и помогал составлять рукопись. MXG нарисовал цифры. JZS и HFH способствовали разработке и оформлению рукописи. Все авторы прочитали и утвердили окончательную рукопись.
Все авторы не заявляют никаких конкурирующих интересов.
Эта работа была поддержана Национальной программой фундаментальных исследований Китая (2012CB944901), Национальным научным фондом Китая (31171444 и 81200485) и Исследовательским фондом докторантуры Высшего образования (20120101120051).
Причины мужского бесплодия | Статьи
Основная причина нарушения репродуктивных функций у мужчин – недостаточное количество подвижных сперматозоидов в эякуляте. Подобные нарушения отмечаются при ретроградных отклонениях (поступлении спермы в мочевой пузырь) и крипторхизме (недостаточном опущении яичек в мошонку). Следует также выделить такие факторы, как травмы, импотенцию и выработку антител к сперматозоидам как у мужчин, так и у женщин.
Если у пар возникают сложности с зачатием, появляется необходимость в исследовании спермы. Как правило, анализ проводится на протяжении часа после забора материала. Для этого осуществляется половой акт с использованием специального презерватива или же процедура мастурбации в условиях клиники.
Что изучают при исследовании?
У здоровых мужчин при эякуляции происходит высвобождение 120–600 млн сперматозоидов. Помимо них, в сперме содержится глюкоза, вода, щелочи, цинк, холестерин и простогландиды. Анализ проводится для определения:
- объема и качества фиксации эякулята;
- концентрации, размера, формы и подвижности сперматозоидов;
- способности к оплодотворению и прохождению через слизистую матки.
Показатели и что делать при отклонениях от нормы
Результаты исследования спермы должны соответствовать следующим критериям:
- объем — 2–6 мл;
- концентрация — 20 млн/мл;
- активность — сохраняется на 1–2 ч после получения материала;
- pH — 7–8.
Если результаты анализов не соответствуют нормам, рекомендуется отказаться от курения и ограничить употребление спиртных напитков. Физические нагрузки должны быть умеренными, а рацион полноценным. С осторожностью нужно принимать медикаменты, в частности, антибактериальные препараты. Сексуальное воздержание на 3–6 дней также улучшает состояние эякулята.
Подготовка — успех счастливого отцовства
Зачатие должно планироваться заранее. Важно хотя бы за 3 месяца отказаться от курения и алкоголя, а также не принимать медикаменты без особой надобности. Дело в том, что в оплодотворении могут принимать участие и поврежденные сперматозоиды. Сбои в генетической информации чреваты развитием у ребенка врожденных дефектов, онкологических заболеваний, слабоумия и лейкемии.
Количество фруктозы, величина фруктолиза, содержание гиалуронидазы, фосфатазы и других веществ в сперме
Еще в 1933 г. Jamada, исследуя сперму человека, обнаружил в ней фруктозу, однако эти исследования оставались непризнанными. Предполагалось, что находившийся в эякуляте сахар является глюкозой (П. В. Симаков, 1936). Mann (1946) подверг данное наблюдение всестороннему изучению, выделил сахар спермы в чистом виде и доказал, что это вещество является α-фруктозой. Выделение фруктозы стимулируется и регулируется половым гормоном. Фруктоза появляется в период полового созревания в семенных пузырьках. После кастрации она исчезает и вновь появляется после введения тестостерона. Landen и Longhed (1957) установили у евнухоидов уменьшенное количество фруктозы в эякуляте.
Liebovitz и Michael (1947) подтверждают данные о том, что в сперме содержится не глюкоза, а фруктоза. Кроме того, отмечают, что содержание фруктозы в секрете простаты и семенных пузырьков не зависит от качества спермы.
Eichenberger и Goossens (1950) считают, что сперматогенез и продукция фруктозы — два неотделимых друг от друга процесса и снижение содержания фруктозы может быть причиной бесплодия, поэтому ее количественное определение необходимо. По их данным, в сперме в среднем содержится 100 мг% фруктозы, что зависит от морфологии семенных нитей. В то же время лишь нормальные спермии в состоянии полностью расходовать имеющуюся фруктозу, а дегенеративные становятся неподвижными еще при достаточном содержании сахара в эякуляте. В связи с этим авторами была предложена проба с добавлением фруктозы к уже неподвижным спермиям. Как показали опыты, последние возобновляют свое движение лишь в случае нормальной морфологии. По Mann (1948), фруктоза является существенным, но не основным ингредиентом, способствующим подвижности семенных нитей.
Неггега и Kehidai (1951),. исследовав 24 эякулята на содержание фруктозы, указывают, что ее количество колеблется от 105 до 444 мг%, при нормоспермии ее было всегда больше 264 мг%.
Raboch и Hradec (1954) произвели 181 исследование эякулята 128 пациентов на содержание фруктозы. При малом количестве спермиев и их неподвижности обнаружено довольно большое количество сахара. Следовательно, ослабление жизнеспособности семенных нитей связано с изменением в спермиях и не зависит от недостатка фруктозы.
Gropper и Nikolowski (1954) на материале 65 наблюдений пришли к выводу, что среднее содержание фруктозы в эякуляте равно 150—300 мг%. С увеличением числа спермиев и процента хорошо подвижных форм возрастает и количество фруктозы. Так, при 50% подвижных семенных нитей имелось 200 мг% сахара, а при 90%—400 мг%. Однако в дальнейшем Brem, Gropper и Korting (1956), не установили зависимости между содержанием фруктозы и состоянием спермы.
Nowakowski и Schirren (1956) встречали низкое содержание фруктозы (менее 70 мг%) при нормоспермии, в то время как в среднем, по их данным, количество сахара в эякуляте составляет 120—350 мг%. Kimmig (1957), приводя данные о нормоспермии с пониженным содержанием фруктозы, объясняет это гормональной недостаточностью. Автор придает большое значение повторному исследованию фруктозы — ее расходу (фруктолиз) за 1-й час после разжижения эякулята. «Основываясь на данном определении,— пишет Kimmig,— можно сделать заключение о жизнеспособности сперматозоидов». Автор считает, что при нормоспермии (в среднем 70 млн. семенных нитей в 1 мл) за 1-й час в 1 мл эякулята фруктолиз равен 170 у.
Waishwanar (1958) в 25 из 120 исследований обнаружил азооспермию, причем среднее количество фруктозы в этой последней группе равнялось 552 мг%. Большое количество фруктозы говорит о нормальной гормональной деятельности яичек. При аспермии с высоким содержанием фруктозы имеется механическое препятствие прохождению спермиев, в то время как малое содержание сахара характерно для патологического изменения в яичках.
Using an Extracellular Flux Analyzer to Measure Changes in Glycolysis and Oxidative Phosphorylation during Mouse Sperm Capacitation
Этот метод использует внеклеточный анализатор потока для мониторинга в реальном времени изменения в скорости гликолиза и oxphos во время емки спермы мыши. На рисунке 4 показан образцовый эксперимент, в ходе котором сперма точника была вложена в присутствии глюкозы в качестве единственного энергетического субстрата и 2-DG и антимицина и ротенона в качестве фармакологических модуляторов. Энергетический субстрат в внеклеточном флюс-анализаторе TYH и фармакологических модуляторах может свободно побираться в зависимости от цели эксперимента. Сперма мыши, не входящая в конторитизированную мышь, в BSA/TYH была прикреплена к нижней части переходной микрокамеры с покрытием ConA через их голову. В этом примере базальные значения ECAR и OCR в среднем между всеми обнаруженными скважинами составляли 12,76 и 2,75 м/м и 23,64 и 2,78 пм.ч./мин, соответственно.
После инсценировки инъекции с буфером TYH, за которой последовала инъекция 2-DG и муравья/гнили для подавления гликолиза и окислительного фосфорилирования, соответственно, конденсация спермы была вызвана инъекцией db-cAMP/IBMX.
Репрезентативные результаты показывают, что при наличии глюкозы, емкость сопровождается 7-кратным увеличением внеклеточного уровня подкисления (ECAR), который ингибируется блокированием гликолиза с 2-DG(Рисунок 4A). Опанивные сперматозоиды показывают 20-кратное увеличение коэффициента потребления кислорода (OCR) по сравнению с не-конденсированной спермы(Рисунок 4B), демонстрируя, что мышь сперматозоидов повышения как гликолиза и окислительного фосфорилирования для поддержки увеличения спроса на энергию во время емачки. Рост eCAR во время емки спермы ингибируется ингибитором гликолиза 2-DG, но не зависит от окислительного фосфорилирования ингибиторы антимицин и ротенон (Рисунок 4C), указывая, что изменение в ECAR в основном обусловлено Hй релиз от гликолиза. Увеличение OCR, как и ожидалось, блокируется антимицином А и ротеноном(рисунок 4D),но он также ингибируется 2-DG (Рисунок 4B) показывая, что увеличение притока oxphos во время емки спермы зависит от гликолитической активности.
Рисунок 1: Принцип внеклеточного анализатора потока. (A) Из-за расщепления глюкозы лактата во время гликолиза и генерации CO2 через цикл TCA, изменения в гликолизе и быкфосе сопровождаются hи выделением во внеклеточные носители. Анализатор XFe96 обнаруживает эти изменения во внеклеточной концентрации Hи ECAR. Параллельно изменения в внеклеточной концентрации O2 в связи с потреблением O2 при окислительном фосфорилировании измеряются как OCR. Блокирование гликолиза с 2-дезоксиглюкозой (2-DG) или дыхание мворующими комплексом I и комплексом III ингибиторов ротенона и антимицина А показывает, какие метаболические пути поддерживают растущий спрос на энергию при емке спермы. (B) Мышь спермы прикрепляются через их головы на дно ConA покрытием микрокамер; их flagella свободно движущихся. В то время как изменения в внеклеточной концентрации Hи O2 обнаруживаются Hq— и O2-чувствительныхфлюорофоров обездвижены к датчику зонда, до четырех различных соединений могут быть введены последовательно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 2: Схематическое представление образцового эксперимента. Изменения в ECAR (mpH/min) и OCR (pmol O 2/min) обнаруживаются в неконденционизированной и емкостирующей сперме с помощью внеклеточного анализатора потока. Цикл 1: Базальные значения ECAR и OCR. Циклы 2-5: Стабилизация системы после инъекции макета TYH. Циклы 6-8: Инкубация наркотиков. Циклы 9-27: Конденсация спермы. Стрелки указывают на инъекции. 2-DG: окончательная концентрация 50 мМ, AntA/Rot: конечная концентрация 0,5 мкм, db-cAMP: окончательная концентрация 1 мМ, IBMX: окончательная концентрация 500 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть более крупную версию этой цифры.
Рисунок 3: Анализ данных. (A) Необработанные данные об изменениях в ECAR во время емки спермы мыши. (B) Данные после удаления первых 7 точек данных. (C) Данные нормализовались до точки данных перед инъекцией cAMP/IBMX. Данные отображаются как средние 7-8 скважин, а впрыски S.E.M. показаны со стрелкаю. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 4: Изменения гликолиза и окислительного фосфорилирования во время конденсации спермы мыши. (A) Нормализованная ECAR при неемном и емкостном сперме мыши при наличии и отсутствии 50 мМ 2-DG. (B) Нормализованный OCR в не-конденсированной и емкой мышиной спермы в присутствии и отсутствии 50 мМ 2-DG. (C) Нормализованная ECAR в не-конденсированной и емкой мышиной спермы в присутствии и отсутствии 0,5 мкм антимицина А и ротенона. (D) Нормализованный OCR в не-конденсированной и емкой мышиной спермы в присутствии и отсутствии 0,5 мкм антимицина А и ротенона. Данные отображались как средние s.E.M, нормализованные к точке данных перед инъекцией db-cAMP/IBMX; n No 6. Инъекции указаны стрелой. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
| Порт | Количество циклов | Смешайте (мин) | Подождите (мин) | Мера (мин) | |
| A: Базаль ECAR/OCR | нет порта | 1 | 2:00 | 0:00 | 3:00 |
| B: Инъекция мока | 1 | 4 | 2:00 | 0:00 | 3:00 |
| C: Инъекция наркотиков | 2 | 3 | 2:00 | 0:00 | 3:00 |
| D: Емпа | 3 | 18 | 2:00 | 0:00 | 3:00 |
Таблица 1: Подробная информация о измерениях.
Дополнительная диаграмма 1: Емкочение спермы мыши во внеклеточном флюс-анализаторе TYH буфера. Фосфорилирование остатков тирозина спермы мыши, обнаруженных в разных временных точках во время емки (0 — 90 мин) после инкубации в (A) TYH с 25 мм HCO3—, 3 мг/мл BSA и 20 мм HEPES или в (B) Экстраклеточный анализатор флюкса TYH с 5 мм 500 ММ IBMX и 1 мМ HEPES, обнаруженные с антителом к фосфотирозину. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Дополнительный файл 1: Шаблон проверки волны для обнаружения изменений в гликолизе и окислительном фосфориле при емке спермы мыши. Программное обеспечение настольного на волне можно скачать бесплатно после заполнения регистрационной формы(www.agilent.com/en/products/cell-analysis/cell-analysis-software/data-analysis/wave-desktop-2-6)и установить на окнах 7, 8 или 10, (Mac OSx 10.11 (или выше) с Parallels 12 (или выше). Таким образом, волновые шаблоны могут быть созданы независимо от внеклеточного анализатора потока, экспортируются, а затем импортируются в волновое программное обеспечение любого внеклеточного анализатора потока. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть этот файл (Право нажмите, чтобы скачать).
Дополнительный файл 2: Граф колодки призма файл экспортируется из волнового программного обеспечения с образцовым анализом данных. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть этот файл (Право нажмите, чтобы скачать).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
ФРУКТОЗА В СПЕРМЕ
Оформить запрос
Fructose Sp-DAC.Lq / Фруктоза в сперме фотометрический уф-методНАЗНАЧЕНИЕ
Набор предназначен для количественного определения содержания фруктозы в сперме.
ПРИНЦИП МЕТОДА
D-фруктоза, в присутствии АТР, реагирует с гексокиназой (НК) с образова-нием фруктоза-6-фосфата. Фруктоза-6-фосфат реагирует с фосфо-глюко-изомеразой (PGI) с образованием глюкоза-6-фосфата, который, реагирует с глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой (G6P-DH) с образованием NADPH.
Интенсивность образующейся окраски, измеренной при длине волны 340 (334-365) nm, пропорциональна концентрации фруктозы.
ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Фруктоза — главный источник энергии для эякулированных сперматозоидов. Подвижность и жизнеспособность сперматозоидов зависят от скорости расщепления фруктозы – фруктолиз.
Обнаружение нормального уровня фруктозы подтверждает наличие семенных пузырьков и исключает врожденное отсутствие семявыносящих протоков или редко встречающуюся обструкцию эякуляторного протока.
Низкая концентрация фруктозы встречается у пациентов с низкой концентрацией андрогенов или указывает на врожденное отсутствие семявыносящего протока или семенных пузырьков, либо обструкцию эякуляторного протока в результате воспалительных заболеваний. Особенно важно это исследование при азооспермии, когда сочетание низкого уровня фруктозы, pH и ненормально высокого содержания лимонной кислоты указывают на врождѐнное отсутствие семенных пузырьков.
Клинический диагноз должен устанавливаться на основе интеграции клинических и лабораторных данных.
СОСТАВ НАБОРА
| Good Buffer: | 100 ml | pH 7,5 | |
| Буферный раствор | > 10 mmol/l | ||
| NADP | > 0,2 mmol/l | ||
| Substrate: | 5 | х 20 ml | |
| ATP | > 2 mmol/l | ||
| HK | > 10 U/l | ||
| Starter 1: | 1 | х 2,5 ml | |
| G6P-DH | > 5 U/l | ||
| Starter 2: | 1 | х 2,5 ml | |
| PGI | > 50 U/l | ||
| Diluent: | 2 | х 65 ml | |
| Раствор для разведения образцов | |||
| Standard: | 5 ml | ||
| Фруктоза | 1 mg/ml | ||
ХРАНЕНИЕ И СТАБИЛЬНОСТЬ РЕАГЕНТОВ
Реагенты при 2-8оС стабильны до срока, указанного на этикетке.
ОБРАЗЦЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
Сперма. Используйте свежий образец.
Перед тестированием образец центрифугируйте при 3000 об/мин в течение 10 минут и разведите 10 µl образца в 600 µl раствора Diluent.
РЕФЕРЕНТНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ
Фруктоза 2 — 5 mg/ml.
Данные величины ориентировочны, рекомендуется в каждой лаборатории установить референтный интервал для своего населения.
ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Анализатор, спектрофотометр или термостатирующий при 37оС фотометр с фильтром 340 (334-365) nm. Дозаторы от 10 µl до 1000 µl.
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА
Для контроля хода реакции и процедуры измерения рекомендуется использовать нормальные и патологические Контрольные сыворотки с известной концентрацией фруктозы.
Каждая лаборатория должна установить собственную внутреннюю систему контроля качества.
МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ
Набор предназначен только для диагностики in vitro.
Реагенты содержат нереактивные и консервирующие компоненты. Избегайте контакта с кожей и слизистыми.
Возможные остатки реагентов и образцы пациентов подлежат уничтожению в соответствии с утвержденными лабораторными правилами.
Кат.№
Фасовка
Описание
Инструкция
Запрос
3033F100
100 мл (1х100)
фотометрический уф-метод
| КОМПЛЕКСНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ | ||
| ОБЩИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ | ||
| CHECK-UP СКРИНИНГ (анализ крови)_МК | 1 | 7500 |
| Антифосфолипидный синдром(комплекс )_МК | 2 | 5200 |
| Биохимия (базовая)_МК | 1 | 1500 |
| Биохимия 19 показателей (расширенная)_МК | 1 | 3000 |
| ГЕМОСТАЗИОГРАММА (Коагулограмма)_МК | 1 | 1200 |
| Госпитальный комплекс_МК | 1 | 1400 |
| Липидный комплекс (диагностика атеросклероза)_МК | 1 | 900 |
| Щитовидная железа (скрининг)_МК | 1 | 1800 |
| Щитовидная железа_МК | 1 | 2600 |
| ДИАГНОСТИКА ИНФЕКЦИЙ | ||
| TORCH — ИНФЕКЦИИ с определением авидности IgG_МК | 8 | 4900 |
| TORCH — ИНФЕКЦИИ_МК | 1 | 4500 |
| ПЦР-13 + КВМ количественный_МК | 1 | 4700 |
| ПЦР-13 качественный_МК | 1 | 4500 |
| ПЦР-4 ИППП патогены (анализ мочи, спермы) качественный_МК | 1 | 1200 |
| ПЦР-4 ИППП патогены (анализ мочи, спермы) количественный_МК | 1 | 1400 |
| ПЦР-4 ИППП условные патогены (анализ мочи, спермы) качественный_МК | 1 | 1200 |
| ПЦР-4 ИППП условные патогены (анализ мочи, спермы) количественный_МК | 1 | 1400 |
| ДЛЯ ЖЕНЩИН | ||
| CHECK-UP №1 ДЛЯ ЖЕНЩИН (анализ крови)_МК | 1 | 12500 |
| CHECK-UP №2 ДЛЯ ЖЕНЩИН (анализ мазка)_МК | 3 | 11500 |
| ДЛЯ МУЖЧИН | ||
| CHECK-UP №1 ДЛЯ МУЖЧИН (анализ крови)_МК | 1 | 12500 |
| CHECK-UP №2 ДЛЯ МУЖЧИН (анализ мочи)_МК | 1 | 11500 |
| ФИТНЕС КОМПЛЕКСЫ | ||
| ФИТНЕС КОНТРОЛЬ СПОРТИВНОГО ПИТАНИЯ_МК | 1 | 3500 |
| ФИТНЕС МОНИТОРИНГ_МК | 1 | 4900 |
| ANTI-AGE — КОМПЛЕКСЫ | ||
| АNTI-AGING гормональный баланс_МК | 1 | 4500 |
| АNTI-AGING диагностика для женщин в постменопаузе, базовый комплекс_МК | 1 | 9500 |
| АNTI-AGING диагностика для женщин в постменопаузе, расширенный комплекс_МК | 9 | 21500 |
| АNTI-AGING диагностика для женщин, базовый комплекс_МК | 1 | 9500 |
| АNTI-AGING диагностика для женщин, расширенный комплекс_МК | 9 | 21500 |
| АNTI-AGING диагностика для мужчин, базовый комплекс_МК | 2 | 9500 |
| АNTI-AGING диагностика для мужчин, расширенный комплекс_МК | 9 | 24500 |
| ОБЩЕКЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ | ||
| ОБЩЕКЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КРОВИ | ||
| Общий анализ крови с лейкоцитарной формулой (венозная кровь | 1 | 450 |
| СОЭ по Вестергрену (венозная кровь) | 1 | 200 |
| Лейкоцитарная формула | ||
| Лейкоцитарная формула с обязательной «ручной» микроскопией мазка крови (венозная кровь) | 1 | 300 |
| Ретикулоциты | ||
| Ретикулоциты (венозная кровь) | 1 | 300 |
| Дополнительные исследования к общему анализу крови | ||
| Подсчет тромбоцитов по методу Фонио (вен. кровь) (назначать вместе с «ОАК») | 1 | 200 |
| ОБЩЕКЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОЧИ | ||
| Анализ мочи по Нечипоренко | 1 | 300 |
| Общий анализ мочи | 1 | 300 |
| ОБЩЕКЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КАЛА | ||
| Исследование соскоба на энтеробиоз | 1 | 300 |
| Копрограмма | 1 | 500 |
| Простейшие | 1 | 300 |
| Скрытая кровь | 1 | 500 |
| Яйца гельминтов | 1 | 300 |
| БИОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ | ||
| БИОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КРОВИ | ||
| Белковый и аминокислотный обмен | ||
| Креатинин | 1 | 200 |
| Мочевина. | 1 | 200 |
| Специфические белки | ||
| Антистрептолизин-О (АСЛО) | 1 | 350 |
| Ревматоидный фактор | 1 | 350 |
| С-реактивный белок | 1 | 350 |
| Церулоплазмин | 1 | 650 |
| Эозинофильный катионный белок | 1 | 650 |
| Липидный обмен | ||
| Индекс атерогенности (ХС общий, ЛПВП) | 1 | 300 |
| Триглицериды | 1 | 200 |
| Холестерин общий | 1 | 200 |
| Холестерин-ЛПВП | 1 | 200 |
| Холестерин-ЛПНП | 1 | 200 |
| Углеводный обмен | ||
| Гликированный гемоглобин (HbA1c) | 1 | 450 |
| Глюкоза (фторид). | 1 | 200 |
| Глюкозотолерантный тест (0-120) | 1 | 750 |
| Лактат | 1 | 650 |
| Ферменты | ||
| Aспартатаминотрансфераза (АСТ) | 1 | 200 |
| Аланинаминотрансфераза (АЛТ) | 1 | 200 |
| Амилаза | 1 | 200 |
| Амилаза панкреатическая | 1 | 200 |
| Гамма-ГТ | 1 | 200 |
| Лактатдегидрогеназа (ЛДГ) | 1 | 200 |
| Липаза | 1 | 250 |
| Фосфатаза щелочная | 1 | 200 |
| Пигментный обмен | ||
| Билирубин непрямой (Билирубин прямой, Биллирубин общий) | 1 | 200 |
| Билирубин общий | 1 | 200 |
| Билирубин прямой | 1 | 200 |
| Диагностика анемий | ||
| Сывороточное железо | 1 | 200 |
| Трансферрин | 1 | 300 |
| Ферритин | 1 | 600 |
| Фолаты | 1 | 650 |
| Антиоксидантный статус | ||
| Общий антиоксидантный статус (TAS) | 9 | 2500 |
| Витамины | ||
| 25-OH витамин D суммарный (25-ОН витамин D2 и 25-ОН витамин D3, общий результат) | 1 | 1900 |
| Витамин В12 | 1 | 600 |
| Минеральный обмен | ||
| Анализ минерального обмена (23 элемента) (плазма) | 5 | 3200 |
| Йод (кровь) | 5 | 750 |
| Кальций ионизированный (Ca++) | 1 | 200 |
| Магний | 1 | 200 |
| Цинк | 1 | 500 |
| БИОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОЧИ | ||
| Глюкоза (разовая) | 1 | 300 |
| Глюкоза (суточная) | 1 | 300 |
| Креатинин (разовая) | 1 | 300 |
| Мочевина (разовая) | 1 | 200 |
| Общий белок (разовая) | 1 | 200 |
| Общий белок (суточная) | 1 | 200 |
| Оксалаты (только разовая) | 1 | 1400 |
| БИОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КАЛА | ||
| Панкреатическая эластаза 1 | 8 | 1800 |
| Углеводы | 1 | 600 |
| ГОРМОНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ | ||
| ГОРМОНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КРОВИ | ||
| Щитовидная железа | ||
| Т3 свободный | 1 | 400 |
| Т4 свободный | 1 | 400 |
| Тиреоглобулин | 1 | 400 |
| Тироксинсвязывающий глобулин | 1 | 700 |
| Половые гормоны | ||
| Андростендион | 1 | 800 |
| Антимюллеров гормон (AMH/MIS) | 1 | 1200 |
| Дигидротестостерон | 5 | 1000 |
| ЛГ | 1 | 400 |
| Прогестерон | 1 | 400 |
| Пролактин | 1 | 400 |
| Свободный тестостерон | 2 | 800 |
| Тестостерон | 1 | 400 |
| ФСГ | 1 | 400 |
| Эстрадиол | 1 | 400 |
| Гипофизарно-надпочечниковая система | ||
| ДГА-S | 1 | 450 |
| Кортизол | 1 | 450 |
| Метаболизм костной ткани | ||
| Паратгормон | 1 | 800 |
| Поджелудочная железа / Желудочно-кишечный тракт | ||
| Инсулин | 1 | 600 |
| С-пептид | 1 | 600 |
| β-ХГЧ | 1 | 500 |
| Пренатальный скрининг I триместра (11-13 неделя)_МК | 2 | 1400 |
| Пренатальный скрининг II триместра (14-20 неделя)_МК | 2 | 1800 |
| Факторы роста | ||
| ИФР-1 (Соматомедин С) | 1 | 1100 |
| СТГ | 1 | 700 |
| ГОРМОНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОЧИ | ||
| ДГА-S (суточная моча) | 1 | 600 |
| ДПИД (дезоксипиридинолин) в моче | 1 | 1600 |
| Кортизол (суточная моча) | 1 | 700 |
| ИММУНОГЕМАТОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ | ||
| Антигены системы KELL | 3 | 750 |
| АТ к резус-фактору (титр) | 1 | 800 |
| Группа крови, резус-фактор | 1 | 500 |
| ГЕМОСТАЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ | ||
| D-димер | 1 | 1000 |
| Антитромбин III | 1 | 400 |
| АЧТВ | 1 | 200 |
| Волчаночный антикоагулянт | 1 | 900 |
| МНО (+ПТВ и ПТИ) | 1 | 400 |
| Протеин C | 7 | 1700 |
| Протеин S | 7 | 1900 |
| Протромбиновое время, Протромбиновый индекс | 1 | 300 |
| РФМК | 1 | 300 |
| Фибриноген | 1 | 250 |
| ОНКОДИАГНОСТИКА | ||
| ОНКОМАРКЕРЫ | ||
| CA 125 (яичники) | 1 | 600 |
| CA 15-3 (молочные железы) | 1 | 600 |
| CA 19-9 (поджелудочная железа, прямая и сигмовидная кишка) | 1 | 600 |
| CA 72-4 (желудок) | 1 | 900 |
| CA-242 (поджелудочная железа, толстый кишечник, прямая кишка) | 8 | 900 |
| Cyfra 21-1 (немелкоклеточный рак легких) | 1 | 900 |
| Cyfra 21-1 в моче. | 1 | 2000 |
| HE4 (эпителиальный рак яичников) | 1 | 1000 |
| pro-GRP | 1 | 2500 |
| S-100 (нейро-эндокринные опухоли) | 1 | 2000 |
| β-2 микроглобулин (лимфома, множественная миелома) (кровь) | 1 | 1100 |
| β-2 микроглобулин (лимфома, множественная миелома) (моча) | 1 | 1100 |
| Альфа-фетопротеин (печень) | 1 | 600 |
| Антиген плоскоклеточной карциномы (SCC) (карцинома шейки матки, носоглотки, пищевода, уха и др. локализаций) | 1 | 1800 |
| Антиген рака мочевого пузыря (UBC) (мочевой пузырь) | 8 | 1700 |
| Индекс ROMA в постменопаузе (эпителиальный рак яичников) | 1 | 1800 |
| Индекс ROMA в пременопаузе (эпителиальный рак яичников) | 1 | 1800 |
| Индекс здоровья простаты (phi-индекс). Оценка риска наличия рака предстательной железы_МК | 5 | 5200 |
| Комплексное определение ПСА свободный/ПСА общий. Дифференциальная диагностика заболеваний предстательной железы_МК | 1 | 900 |
| Нейронспецифическая енолаза | 1 | 1300 |
| Общий ПСА (Простатический специфический антиген) | 1 | 500 |
| Опухолевая М2 пируваткиназа (колоректальный рак) | 8 | 1600 |
| РЭА (толстая кишка, прямая кишка) | 1 | 600 |
| Свободный ПСА (предстательная железа) | 1 | 500 |
| Хромогранин А | 8 | 2000 |
| МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДРУГИХ ЛОКАЛИЗАЦИЙ | ||
| Клинический анализ мокроты | 1 | 400 |
| Мазок на эозинофилы отделяемого слизистых оболочек (мазки из носа, зева, уха, отделяемого глаза) | 2 | 400 |
| Риноцитограмма | 2 | 800 |
| МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ | ||
| Микробиологическая диагностика дисбактериоза кишечника с определением чувствительности возбудителя к антибактериальным препаратам и бактериофагам_МК | 5 | 2000 |
| Микробиологическая диагностика дисбактериоза кишечника с определением чувствительности возбудителя к антибактериальным препаратам_МК | 5 | 1600 |
| Посев кала на возбудителей кишечной группы (Shigella spp., Salmonella spp.) с определением чувствительности возбудителя к антибактериальным препара_МК | 5 | 1400 |
| Посев кала на возбудителей кишечной группы (Shigella spp., с определением чувствительности возбудителя к антибактериальным препаратам и бактериофаг_МК | 5 | 1800 |
| Посев кала на золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus) с определением чувствительности возбуд_МК | 3 | 1400 |
| Посев на микрофлору с определением чувствительности возбудителя к антибактериальным препаратам и бактериофагам | 1800 | |
| Посев на микрофлору с определением чувствительности возбудителя к антибактериальным препаратам | 1400 | |
| СЕРОЛОГИЯ | ||
| Скрининг | ||
| АТ и АГ к ВИЧ 1/2 (скрининг, кач.) | 1 | 400 |
| Гепатит C, anti-HCV сумм. (кач) | 1 | 400 |
| Гепатит В, HBs Ag (кач) | 1 | 400 |
| Сифилис сум. АТ (IgG и IgM) (кач) | 1 | 400 |
| ВЭБ-инфекция | ||
| Вирус Эпштейна-Барр IgG к капсидному АГ (кол) | 1 | 600 |
| Вирус Эпштейна-Барр IgG к раннему АГ (кол) | 1 | 600 |
| Вирус Эпштейна-Барр IgG к ядерному АГ (п/кол) | 1 | 600 |
| Вирус Эпштейна-Барр IgM к капсидному АГ (кол) | 1 | 600 |
| Корь | ||
| Корь IgG (п/кол) | 1 | 600 |
| Корь IgM (п/кол) | 1 | 600 |
| Коклюш | ||
| Клещевой Боррелиоз | ||
| Боррелиоз IgG (кол) | 1 | 600 |
| Боррелиоз IgM (кол) | 1 | 600 |
| Клещевой энцефалит | ||
| Вирус клещевого энцефалита IgG (п/кол.) | 8 | 700 |
| Вирус клещевого энцефалита IgM (п/кол.) | 8 | 700 |
| Гельминтозы | ||
| Аскаридоз IgG (п/кол) | 5 | 700 |
| Дифференциальная диагностика гельминтозов IgG (п/кол) | 3 | 1300 |
| Хеликобактерная инфекция | ||
| Хеликобактер пилори IgG (кол) | 1 | 600 |
| Хеликобактер пилори IgА (кол) | 2 | 600 |
| Хеликобактер пилори IgМ (кол) | 2 | 600 |
| Коронавирус | ||
| Коронавирус SARS-CoV-2, антитела IgG (п/кол.) | 1 | 1300 |
| Коронавирус SARS-CoV-2, антитела IgM (п/кол) | 1 | 1300 |
| ДИАГНОСТИКА ТУБЕРКУЛЁЗНОЙ ИНФЕКЦИИ | ||
| Микроскопические исследования | ||
| Анализ мокроты на микобактерии туберкулеза | 1 | 500 |
| ИММУНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ | ||
| Основные скриннинговые панели | ||
| Гуморальный иммунитет (иммуноглобулины IgA, IgM, IgG, IgE, циркулирующие иммунокомплексы, компоненты комплемента С3, С4)_МК | 8 | 3000 |
| Иммунный статус (скрининг) (Фагоцитарная активность лейкоцитов, клеточный иммунитет, иммуноглобулин (комплекс )_МК | 3 | 5800 |
| Клеточный иммунитет (Т-лимфоциты, Т-хелперы, Т-цитотоксические клетки, Иммунорегуляторный индекс, B-лимфоциты, NK-T-клетки, NK-клетки, Лейкоцитарная | 3 | 4500 |
| АУТОИММУННАЯ ДИАГНОСТИКА | ||
| Щитовидная железа | ||
| АТ к рецепторам ТТГ (кол.) | 1 | 1400 |
| АТ-ТГ (кол.) | 1 | 500 |
| АТ-ТПО (кол.) | 1 | 500 |
| Поджелудочная железа | ||
| АТ к бета-клеткам поджелудочной железы (кол.) | 8 | 1400 |
| Аутоиммунные заболевания ЖКТ | ||
| Антинуклеарные АТ (кол. IgG) | 2 | 900 |
| АТ к внутреннему фактору (кол.) | 2 | 900 |
| АТ к митохондриям (кол. IgG) | 2 | 900 |
| Кальпротектин в кале | 10 | 2600 |
| Половая сфера | ||
| Антиспермальные АТ (в сперме, кол.) | 8 | 900 |
| Антитела к ХГЧ IgG, IgM (п/кол.) | 8 | 900 |
| Ревматоидный артрит | ||
| Антитела ССР (Антитела к циклическому цитруллин содержащему пептиду) (кол.) | 2 | 1300 |
| ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ | ||
| Кариотипирование | ||
| Анализ кариотипа лимфоцитов периферической крови | 10 | 6500 |
| Анализ кариотипа лимфоцитов периферической крови с выявлением хромосомных аберраций | 10 | 7300 |
| Типирование генов HLA II | ||
| Типирование генов HLA II: локус DQA 1 | 3 | 2000 |
| Типирование генов HLA II: локус DQB 1 | 3 | 2000 |
| Типирование генов HLA II: локус DRB 1 | 3 | 2000 |
| МЕДИЦИНСКИЕ УСЛУГИ | ||
| Взятие биоматериала (кровь венозная) | 300 | |
| Взятие биоматериала (мазок) | 300 | |
| Взятие биоматериала ( мазок урологический) | 400 | |
| Androflor / Андрофлор | мазок, сперма | 25000 |
| Androflor screen. / Андрофлор скрин. | мазок, сперма | 20000 |
| Femoflor 16 / Фемофлор 16 | мазок | 25000 |
| Femoflor 8 / Фемофлор 8 | мазок | 12500 |
| ImmunoQuantex / ИммуноКвантэкс | мазок | 25000 |
| Femoflor screen. / Фемофлор скрин. | мазок | 25000 |
| HPV 16.18 / ПЦР HPV 16.18 высокого риска | мазок | 6000 |
| HPV-quant-15 / HPV-квант-15 | мазок | 10000 |
| HPV-quant-21 / HPV-квант-21 | мазок | 20000 |
| HSV I-II / ПЦР Вирус простого герпеса типа I-II | мазок, моча, сперма, кровь | 6000 |
| CMV / ПЦР Цитомегаловирус | мазок, моча, сперма, кровь | 6000 |
| Chlamydia trachomatis / ПЦР Хламидиоз | мазок, моча, сперма, кровь | 6000 |
| N. gonorrhoeae / ПЦР Гоноррея, бленнорея | мазок, моча, сперма | 6000 |
| Trichomonas v. / ПЦР Трихомоноз | мазок, моча, сперма | 6000 |
| Gardnerella v. / ПЦР Гарднерелез | мазок, моча, сперма | 6000 |
| Mycoplasma hominis / ПЦР Микоплазмоз h. | мазок, моча, сперма | 6000 |
| Mycoplasma genitalium / ПЦР Микоплазмоз g. | мазок, моча, сперма | 6000 |
| Ureaplasma spp. / ПЦР Уреаплазмоз | мазок, моча, сперма | 6000 |
| Treponema pallidum / ПЦР Сифилис | мазок, моча, сперма, кровь | 6000 |
| Candida albicans / Грибковое поражение слизистых | мазок, моча, сперма | 6000 |
| Listeria monocytogenes / Листериоз | мазок, моча, сперма, кровь | 6000 |
| Toxoplasma gondii / Токсоплазма | ликвор | 6000 |
Транспорт и метаболизм глюкозы в сперме у диабетиков
https://doi.org/10.1016/j.mce.2014.08.005Получить права и контентОсновные моменты
- •
Число подростков и молодых людей мужского пола с сахарным диабетом поднимается.
- •
Снижение рождаемости тесно связано с заболеваемостью сахарным диабетом.
- •
Поглощение и метаболизм глюкозы сильно нарушены у диабетиков.
- •
Сахарный диабет модулирует потребление и / или производство субстрата сперматозоидов.
Реферат
У лиц с сахарным диабетом (СД) наблюдается заметное снижение качества спермы и более высокое повреждение ДНК в сперматозоидах, что свидетельствует о том, что это нарушение обмена веществ ухудшает мужскую фертильность. Эти эффекты связаны с нарушением метаболических путей и сигналов яичек, что приводит к изменению метаболизма сперматозоидов. Сперматозоиды метаболизируют несколько субстратов, чтобы обеспечить запасы энергии, и любое изменение этой функции ставит под угрозу качество спермы.Для продукции АТФ сперматозоиды требуют наличия субстрата и участия специфических переносчиков гексозной мембраны. Известно, что DM модулирует потребление и / или производство субстрата сперматозоидов из-за измененного гликолитического поведения. Фактически, потребление и метаболизм глюкозы сильно нарушены у диабетиков. Здесь мы представляем обзор влияния DM на поглощение и метаболизм глюкозы сперматозоидами. Понимание этих процессов важно для определения ключевых механизмов, связанных с мужской (не) фертильностью, связанной с сахарным диабетом.Более того, он может способствовать разработке терапевтических средств для противодействия дисфункции метаболизма сперматозоидов, вызванной DM.
Ключевые слова
Сперма
Диабет
Сперматогенез
Метаболизм глюкозы
Транспортеры глюкозы
Мужская фертильность
Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)
Полный текстCopyright © 2014 Else Ltd.
Рекомендуемые статьи
Ссылки на статьи
Гликолиз и подвижность сперматозоидов: помогает ли ложка сахара вращаться жгутику? | Обновление репродукции человека
Аннотация
Сомнительно, что диффузия может доставить достаточно АТФ из митохондрий для поддержания активности на дистальном конце жгутика сперматозоидов.Гликолитические ферменты, связанные с волокнистой оболочкой, могут обеспечивать энергию вдоль жгутика в нужной точке. Обязательная роль гликолиза подтверждается отсутствием прогрессивной подвижности сперматозоидов мышей, у которых был «нокаутирован» ген для сперматозоидов глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы (GAPDH). Здесь я рассматриваю некоторые доказательства против этой идеи. Во-первых, чистая диффузия из митохондрии, вероятно, будет адекватной у видов с более мелкими сперматозоидами, и возможно, что быстрая доставка АТФ, необходимая для более крупных сперматозоидов, может быть достигнута с помощью челнока аденилаткиназы.Во-вторых, опыт с α-хлоргидрином показывает, что сперматозоиды могут оставаться подвижными при нормальных концентрациях АТФ, несмотря на ингибирование GAPDH; побочные эффекты возникают только в том случае, если добавляется глюкоза и накапливаются высокие уровни промежуточных продуктов гликолиза. Эти наблюдения противоречат мышам, нокаутированным по GAPDHs, как доказательство существенной роли местного гликолиза. В-третьих, сперматозоиды многих видов могут оставаться подвижными в течение длительного времени в среде без сахара, и, за исключением спермы собак, доказательства того, что глюконеогенез является возможным объяснением, являются слабыми.У большинства видов маловероятно, что местный гликолиз является единственным способом доставки АТФ к дистальному жгутику.
Поступила 9 сентября 2005 г .; принята 29 ноября 2005 г.
Введение
Жгутик сперматозоидов длинный, около 50 мкм у человека, и тонкий, около 0,5 мкм в диаметре. У многих видов жгутики еще более длинные (Таблица I). Распространение активного изгиба продолжается по длине жгутика, и, следовательно, АТФ, чтобы управлять активным скольжением, должен быть доступен по всему жгутику.Митохондрии, место окислительного фосфорилирования, расположены в средней части сперматозоида на крайнем переднем конце жгутика. Возникает вполне закономерный вопрос, может ли диффузия из митохондрий доставлять АТФ к дистальному концу жгутика достаточно быстро, чтобы поддерживать там активное скольжение. Гликолитические ферменты сконцентрированы в основной части, и некоторые из них связаны с волокнистой оболочкой жгутика (Storey and Kayne, 1975; Travis et al ., 1998; Eddy et al ., 2003), следовательно, гликолиз может продуцировать АТФ рядом с сайтом, который необходим для поддержки активного скольжения жгутиковых нитей. Было высказано предположение, что гликолиз в основной части имеет решающее значение для нормальной функции сперматозоидов (Turner, 2003). Недавнее сообщение о том, что у мышей, у которых была отключена экспрессия гена специфической для сперматозоидов изоформы глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы (GAPDH), была неподвижная сперма, подтверждает эту идею (Miki et al ., 2004).
В этой короткой статье рассматриваются доказательства того, что гликолиз необходим для местного производства АТФ для поддержки подвижности сперматозоидов, в ней не рассматривается столь же интересный вопрос о том, требуется ли глюкоза для емкости или гиперактивации сперматозоидов у некоторых видов (Fraser and Quinn, 1981; Урнер и Саккас, 1996; Урнер и др. ., 2001; Уильямс и Форд, 2001).
Сперматозоиды млекопитающих имеют общую проблему доставки АТФ вдоль жгутика, но используют различные метаболические стратегии для генерации АТФ (Ford and Rees, 1990). Этот обзор позволит избежать подробного анализа межвидовых различий. Он допускает, что сперматозоиды многих видов могут поддерживать подвижность за счет гликолиза и, таким образом, могут оставаться подвижными в анаэробных условиях или когда окислительное фосфорилирование блокируется ингибиторами (Ford and Rees, 1990; Mukai and Okuno, 2004), но утверждает, что несколько цепочек доказательств демонстрируют, что должны существовать альтернативные механизмы доставки АТФ в жгутик.Баланс между различными путями может быть разным у разных видов.
Действительно ли диффузия является проблемой?
Биофизики рассчитали скорость диффузии АТФ вдоль хвоста сперматозоидов на основе как стационарного состояния (Nevo and Rikmenspoel, 1970), так и переходной модели, учитывающей скорость выхода энергии вдоль жгутика (Adam and Wei, 1975). Обе модели показали, что диффузии достаточно для доставки АТФ к кончику хвоста, по крайней мере, у быков и сперматозоидов морского ежа.Остается открытым вопрос, остается ли это верным для более крупных сперматозоидов грызунов (Turner, 2003), хотя тесная линейная взаимосвязь между объемом митохондрий и длиной жгутиков поддерживает механизм, основанный на диффузии (Cardullo and Baltz, 1991).
Однако рассматривать АТФ изолированно — это чрезмерное упрощение. АТФ может оставаться эффективным в преобразовании энергии от метаболизма в механическую силу только в том случае, если реакция АТФ↔АДФ + неорганический фосфат (Pi) остается смещенной от равновесия.В цитоплазме типичной клетки соотношение АТФ / АДФ примерно в 10 000 раз больше, чем оно было бы при равновесии (при условии, что постоянная Pi равна 10 мМ) (Nicholls and Ferguson, 1992). В модели диффузии в более дистальных частях хвоста концентрация АТФ будет меньше, а концентрация АДФ и Pi выше по сравнению с средней частью. Следовательно, АТФазная реакция приблизится к равновесию, и скорость, с которой АТФ может гидролизоваться, чтобы обеспечить энергию для скольжения, будет ниже.Неясно, насколько это серьезная проблема; возможно, меньшая сила требуется для изгиба в дистальных областях жгутика, потому что меньшая длина должна быть отклонена против вязкого сопротивления.
Таблица I.Размеры сперматозоидов некоторых домашних и лабораторных животных
| Виды . | Длина (мкм) . | . | . | . | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| . | Голова . | Средняя часть . | Основная деталь . | Итого . | |||
| Бык | 6,8 | 9,8 | 36,9 | 53,5 | |||
| Кабан | 8,5 | 10 | 36,1 | 54,6 | 9020 54,6 9020 54,6043,0 | 65,2 | |
| Лошадь | 7,0 | 9,8 | 43,8 | 60,6 | |||
| Собака | 5,9 | 10,6 | 9020 10,6 901 9020 10,6 901 902067,0 | 110,0 | 190,1 | ||
| Мышь | 7,9 | 18,4 | 96,6 | 122,9 | |||
| Хомяк | 15.2 | 50,5 | 126,3 | 186,8 | |||
| Морская свинка | 10,9 | 11,1 | 92,1 | 114,1 | |||
| Медовый опоссум | 9012 901 9020 14,0 9020 Человек4,5 | 4,0 | 48 | 56,5 | |||
| Виды . | Длина (мкм) . | . | . | . | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| . | Голова . | Средняя часть . | Основная деталь . | Итого . | |||
| Бык | 6,8 | 9,8 | 36,9 | 53,5 | |||
| Кабан | 8,5 | 10 | 36.1 | 54,6 | |||
| Барабан | 8,2 | 14,0 | 43,0 | 65,2 | |||
| Лошадь | 7,0 | 9,8 | 43,8 | 901 9020 601 9020 43,8 901 9020 601 9020 43,8 901 901 902045,8 | 62,7 | ||
| Крыса | 12,1 | 67,0 | 110,0 | 190,1 | |||
| Мышь | 7.9 | 18,4 | 96,6 | 122,9 | |||
| Хомяк | 15,2 | 50,5 | 126,3 | 186,8 | |||
| Морская свинка | 901 9012 901 901 901 901 901 901 901 901 901 901 901 901 902 901 901 901 901 901 901 901 опоссум14,0 | 86,0 | 256,3 | 356,3 | |||
| Человек | 4,5 | 4,0 | 48 | 56.5 | |||
Размеры сперматозоидов некоторых домашних и лабораторных животных
| Виды . | Длина (мкм) . | . | . | . | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| . | Голова . | Средняя часть . | Основная деталь . | Итого . | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Бык | 6,8 | 9,8 | 36,9 | 53,5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Кабан | 8,5 | 10 | 36,1 | 10 | 36,1 | 54,6 | 65,2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Лошадь | 7,0 | 9,8 | 43,8 | 60,6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Собака | 5.9 | 10,6 | 45,8 | 62,7 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Крыса | 12,1 | 67,0 | 110,0 | 190,1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Мышь | 7,912 | 9020 7,912 901 90115,2 | 50,5 | 126,3 | 186,8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Морская свинка | 10,9 | 11,1 | 92,1 | 114.1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Медовый опоссум | 14,0 | 86,0 | 256,3 | 356,3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Человек | 4,5 | 4,0 | 48 | 56,5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Длина (мкм) . | . | . | . | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| . | Голова . | Средняя часть . | Основная деталь . | Итого . | |||
| Бык | 6,8 | 9,8 | 36,9 | 53,5 | |||
| Кабан | 8,5 | 10 | 36,1 | 10 | 36,1 | 54,6 | 65.2 |
| Лошадь | 7,0 | 9,8 | 43,8 | 60,6 | |||
| Собака | 5,9 | 10,6 | 45,8 | 62,712 | 62,712 | 9020 62,792 9020190,1 | |
| Мышь | 7,9 | 18,4 | 96,6 | 122,9 | |||
| Хомяк | 15,2 | 50.5 | 126,3 | 186,8 | |||
| Морская свинка | 10,9 | 11,1 | 92,1 | 114,1 | |||
| Медовый опоссум | 14,0 | 9012 901 9012 901 901 901 901 901 901 901 901 901 901 901 902 4,54,0 | 48 | 56,5 |
Ферментные челноки для облегчения доставки АТФ
Эта проблема доставки АТФ не ограничивается сперматозоидами, хотя для них она особенно остра, и многие клетки, особенно мышцы и нервы, должны переносить АТФ из места его производства в митохондрии в место рассеяния энергии и возвращать продукты через высокоструктурированная клеточная среда.Сейчас есть очень веские аргументы в пользу того, что это достигается с помощью «цепей передачи потока». Они зависят от быстрой передачи смещения от равновесия ферментативной реакции на одном сайте к соседним участкам, что приводит к пространственной передаче волны неравновесия. Если продукт будет добавлен с одного конца и удален с другого, то будет создана эффективная транспортная система (Dzeja and Terzic, 2003). Креатинкиназа, аденилаткиназа и фосфоглицераткиназа-челноки были предложены для передачи АТФ от митохондрии и возврата АДФ (рис. 1).Карбоангидраза и шаттлы GAPDH (не показаны на рисунке 1), как предполагается, возвращают ионы водорода и Pi, соответственно, в митохондрии.
Также возможно, что этапы гликолиза, потребляющие АТФ, могли происходить на поверхности митохондрий, в то время как этапы высвобождения АТФ происходили вблизи места потребления АТФ. Подобным образом метаболизм глицерин-1-фосфата, возникающий в результате гидролиза фосфолипидов, может обеспечивать субстрат для второй половины гликолитического пути. Митохондриальная глицерин-1-фосфатдегидрогеназа может окислять ее до дигидроксиацетон 1-фосфата, который может диффундировать вниз по хвосту.Митохондриальная глицерин-1-фосфатдегидрогеназа проявляет активность от высокой до умеренной в сперме барана, кабана, быка, крысы и мыши, но в гораздо меньшей степени присутствует в сперме кролика, человека и обезьяны (Storey and Kayne, 1980; Storey, 1980; Carey и др., ., 1981; Ford, 1981). Глицерин-1-фосфат является важным субстратом для длительного выживания спермы хряка в среде без субстрата (Jones and Bubb, 2000).
Челночные механизмы, принимаемые сперматозоидами, различаются по эволюционному спектру.Сперма беспозвоночных обычно содержит относительно высокие количества креатинфосфата (CrP) и креатинфосфокиназы или других фосфагенов (Ellington and Kinsey, 1998; Ellington, 2001), они буферируют соотношение АТФ / АДФ за счет CrP / креатина и обеспечивают челнок для облегчить диффузию АТФ вдоль жгутика (рис. 1). Шаттл CrP особенно хорошо охарактеризован в сперме морского ежа (Tombes and Shapiro, 1985). Напротив, шаттл CrP, вероятно, отсутствует или имеет лишь незначительное значение в сперматозоидах млекопитающих, потому что они не содержат или содержат только низкие концентрации CrP или других фосфагенов (Smith et al ., 1985; Robitaille и др. , 1987). В соответствии с этой точкой зрения, мыши, у которых был «выключен» ген митохондриального изотипа креатинкиназы, были фертильными, и их сперма имела характеристики подвижности, сходные с характеристиками дикого типа (Steeghs et al ., 1995).
Рисунок 1.
Возможные челночные передачи АТФ в жгутике сперматозоидов. Вдоль жгутика АТФ гидролизуется до АДФ, чтобы обеспечить энергию для активного скольжения соседних микротрубочек, ведущего к распространению изгиба жгутиков.АДФ повторно фосфорилируется путем переноса фосфата из креатинфосфата (CrP), АДФ или 1,3-бисфосфоглицерата (1,3-бис-P-Gly). Эти реакции катализируются креатинкиназой, аденилаткиназой или 3-фосфоглицерат (3-P-Gly) киназой соответственно. Эти ферменты работают близко к равновесию. В средней части митохондриальное окислительное фосфорилирование генерирует АТФ, который может поддерживать подвижность или фосфорилирование креатина, АМФ или 3-P-Gly вместе, представленных как X. Конечный эффект заключается в установлении градиента неравновесности киназных реакций (XP + ADP↔). ATP + X) вдоль жгутика, так что их согласованное действие может поддерживать концентрацию АТФ в дистальных областях жгутика без необходимости диффузии на большие расстояния.По материалам Дзеи и Терзича (2003). Обратите внимание, что для переноса ионов водорода и неорганического фосфата (Pi) могут потребоваться другие челноки. Креатинфосфатный челнок (CrP) важен для беспозвоночных, но не для сперматозоидов млекопитающих.
Рисунок 1.
Возможные челноки для переноса АТФ в жгутике сперматозоидов. Вдоль жгутика АТФ гидролизуется до АДФ, чтобы обеспечить энергию для активного скольжения соседних микротрубочек, ведущего к распространению изгиба жгутиков. АДФ повторно фосфорилируется путем переноса фосфата из креатинфосфата (CrP), АДФ или 1,3-бисфосфоглицерата (1,3-бис-P-Gly).Эти реакции катализируются креатинкиназой, аденилаткиназой или 3-фосфоглицерат (3-P-Gly) киназой соответственно. Эти ферменты работают близко к равновесию. В средней части митохондриальное окислительное фосфорилирование генерирует АТФ, который может поддерживать подвижность или фосфорилирование креатина, АМФ или 3-P-Gly вместе, представленных как X. Конечный эффект заключается в установлении градиента неравновесности киназных реакций (XP + ADP↔). ATP + X) вдоль жгутика, так что их согласованное действие может поддерживать концентрацию АТФ в дистальных областях жгутика без необходимости диффузии на большие расстояния.По материалам Дзеи и Терзича (2003). Обратите внимание, что для переноса ионов водорода и неорганического фосфата (Pi) могут потребоваться другие челноки. Креатинфосфатный челнок (CrP) важен для беспозвоночных, но не для сперматозоидов млекопитающих.
С другой стороны, активность креатинфосфокиназы была обнаружена в сперме человека. Это может быть связано с задержкой цитоплазмы во время спермиев, поскольку активность была выше у бесплодных мужчин и была связана с аномальной морфологией головки и повышенным перекисным окислением липидов (Huszar and Vigue, 1993, 1994), Концентрация креатинфосфокиназы (Huszar et al ., 1988) и соотношение между изоформами CK-B и CK-M (Huszar et al ., 1992) были предложены в качестве клинических показателей мужской фертильности, хотя полоса, обозначенная как CK-M, оказалась белок теплового шока HspA2 (Huszar et al ., 2000).
Доказательства того, что креатинфосфокиназа может играть роль в обеспечении энергии в человеческих сперматозоидах, получены из наблюдений за тем, что демембранованные человеческие сперматозоиды могут быть повторно активированы CrP плюс АДФ и что в интактных сперматозоидах ингибитор креатинфосфокиназы, динитрофторбензол, нарушал прогрессивную подвижность, когда лактат был единственный предоставленный субстрат (Yeung et al ., 1996). Однако CrP активировал подвижность менее эффективно, чем ATP, и нельзя было исключить образование ATP + AMP из ADP посредством активности аденилаткиназы. Более того, интерпретация воздействия на неповрежденную сперму в значительной степени зависит от предположения, что ингибитор действовал специфически.
Другие сообщения предполагают, что, хотя человеческие сперматозоиды содержат CK-B и митохондриальную изоформу CK-Mi, их активность имеет небольшую прогностическую ценность для оплодотворения in vitro (Rolf et al ., 1998). Более того, активность креатинкиназы не была связана с соотношением АТФ / АДФ в человеческих сперматозоидах (Vigue et al ., 1992). Мы должны сделать вывод, что в целом шаттл CrP вряд ли будет иметь большое значение в сперматозоидах млекопитающих.
Это может быть истолковано как косвенное свидетельство в пользу того, что сперматозоиды млекопитающих требуют местного производства АТФ путем гликолиза, но сперматозоиды млекопитающих содержат высокую активность аденилаткиназы, которая катализирует реакцию 2АДФ↔АТФ + АМФ (Schoff et al ., 1989) и гликолитические ферменты, включая 3-фосфоглицераткиназу. Следовательно, они могут полагаться на челноки аденилаткиназы и 3-phosphoglceratekinase для переноса АТФ вдоль жгутика. В соответствии с этим ADP может поддерживать подвижность пермиобилизованной спермы быка (Schoff et al ., 1989).
С другой стороны, мыши, у которых был удален ген аденилаткиназы 1, не демонстрировали явных физиологических отклонений (Janssen et al ., 2000), что означает, что они в норме были фертильны.Однако остается возможным, что аденилаткиназы 2 и 3, обычно ограниченные митохондрией, имеют другое распределение в сперматозоидах или что сперма содержит новый изотип аденилаткиназы. Новые изоформы аденилаткиназы, характеризующиеся N-концевым удлинением, направленным на жгутик, были продемонстрированы в Trypanosoma brucei , а в геноме человека были обнаружены последовательности близкородственных генов (Pullen et al ., 2004). О новом АК, заякоренном в белке внешнего плеча динеина Oda5p, сообщалось у Chlamydomonas (Wirschell et al ., 2004).
Требуются дальнейшие исследования, чтобы подтвердить, что эти челноки работают и что они способны поддерживать активность жгутиков, управляемую окислительным фосфорилированием митохондрий.
Данные мышей с нокаутом по GAPDH, специфичным для сперматозоидов, что гликолиз необходим для подвижности сперматозоидов млекопитающих
Сперма мышей, у которых был «нокаутирован» ген изофермента GAPDH, специфичного для семенников / сперматозоидов, не была прогрессивно подвижной и содержала очень низкую концентрацию АТФ, хотя митохондриальное дыхание, оцениваемое по скорости поглощения кислорода, было слабым. неповрежденный.Эти результаты были интерпретированы как означающие, что энергия, необходимая для подвижности сперматозоидов, генерируется гликолизом (Miki et al ., 2004). Этот вывод не принимает во внимание опыт использования предполагаемого мужского контрацептива α-хлоргидрина (1-хлорпропан-2,3-диол; рис. 2). α-Хлоргидрин оказывает быстрое и эффективное оральное мужское противозачаточное действие у многих видов животных. Он, по-видимому, действует путем ингибирования GAPDH и, в меньшей степени, триозофосфат-изомеразы и оказывает аналогичные биохимические эффекты в сперматозоидах, подвергшихся его воздействию in vitro .Сам по себе α-хлоргидрин не ингибирует GAPDH, но сначала должен метаболизироваться до активного промежуточного соединения, вероятно, β-хлоролактальдегида (Jones, 1983; Jones and Cooper, 1999). Другие родственные соединения, 6-хлор-6-дезоксисахары (Ford and Harrison, 1981; Ford et al ., 1981) и орнидазол (Bone et al ., 2000), обладают аналогичным противозачаточным эффектом, вероятно, потому что они могут вызывать такое же активное промежуточное соединение in vivo (фиг. 2).
Рисунок 2.
Химическая структура α-хлоргидрина и родственных ему противозачаточных соединений для мужчин и предполагаемого общего активного промежуточного соединения β-хлоролактальдегида.
Рис. 2.
Химическая структура α-хлоргидрина и родственных ему противозачаточных соединений, а также предполагаемого общего активного промежуточного соединения β-хлоролактальдегида.
Противозачаточные дозы α-хлоргидрина или 6-хлор-6-дезоксиглюкозы (Brown-Woodman et al ., 1978; Ford et al ., 1981) не уменьшали митохондриальное дыхание, и сперма от крыс, ставших бесплодной с 6-хлор-6-дезоксиглюкоза оставалась подвижной с нормальной концентрацией АТФ при инкубации с пируватом и лактатом (Ford and Harrison, 1981).
Имея это в виду, в ходе исследования механизма действия α-хлоргидрина мы исследовали, почему сперматозоиды, обработанные α-хлоргидрином, не могут получать энергию для поддержания подвижности и фертильности за счет окислительного фосфорилирования митохондрий.
Сперматозоиды из придатка яичка барана или сперматозоиды, эякулированные кабаном, инкубировали в среде, не содержащей субстрата, 5 мМ d-глюкозы, 10 мМ l-лактата плюс 1 мМ пирувата или 5 мМ-d-глюкозы плюс 10 мМ-l-лактата плюс 1 мМ пирувата. , каждый в присутствии или в отсутствие 1 мМ RS-α-хлоргидрина.Главный вывод заключался в том, что в течение 1 ч инкубации α-хлоргидрин не оказывал значительного влияния на подвижность или концентрацию АТФ при отсутствии глюкозы, но при наличии глюкозы подвижность и концентрация АТФ быстро снижались до очень низких значений (рис. 3). Принципиальное различие между спермой барана и кабана заключалось в том, что в последнем лактат плюс пируват обеспечивали некоторую защиту от согласованного действия α-хлоргидрина и глюкозы (Ford and Harrison, 1985). Точно так же в сперматозоидах мышей, инкубированных с 1 или 10 мМ α-хлоргидрином, подвижность частично (1 мМ) или полностью (10 мМ) ингибировалась, если присутствовала 10 мМ глюкозы, но была нормальной, если глюкоза была заменена 10 мМ β-гидроксибутиратом (Tanaka и др. ., 2004). Снижение АТФ и подвижности всегда сопровождалось заметным увеличением концентраций гликолитических промежуточных продуктов выше GAPDH, особенно фруктозо-1,6-бисфосфата и триозофосфатов (рис. 3c) (Ford and Harrison, 1986). Из-за их нейротоксических побочных эффектов (Jacobs and Ford, 1981; Ford and Waites, 1982) интерес к семейству α-хлоргидрина мужских противозачаточных средств ослаб, и механизм их действия так и не был полностью устранен. Однако мы смогли установить, что повышенные концентрации гликолитических промежуточных продуктов не увеличивали бесполезный круговорот субстрата в достаточной степени, чтобы объяснить снижение концентрации АТФ, и наиболее вероятным объяснением является то, что они секвестрировали столько фосфата, присутствующего в сперматозоиде, что ни один из них не оставался. доступны для окислительного фосфорилирования (Ford and Harrison, 1987).
Рисунок 3.
Влияние α-хлоргидрина и глюкозы на подвижность сперматозоидов барана ( a ), ( b ) концентрация АТФ ( c ) концентрация фруктозо-1,6-бисфосфата. ( a и b ) Эпидидимальные сперматозоиды барана инкубировали с 1 мМ –RS-α-хлоргидрином или холостым буфером (контроль) в течение 10 мин перед добавлением 5 мМ – d-глюкозы, 10 мМ l-лактата плюс 1 мМ – пируват или холостой буфер (без субстрата). Образцы для измерения подвижности отбирали из колб с α-хлоргидрином через 0, 15 и 45 минут и из контрольных колб через 0, 30 и 60 минут после добавления субстратов.Образцы для анализа АТФ отбирали из всех колб на 0, 10, 30 и 60 мин. ( c ) Условия эксперимента были такими же, за исключением того, что добавляли 1 мМ глюкозы. Концентрация фруктозо-1,6-бисфосфата оставалась <1 нмоль / 10 8 сперматозоидов, за исключением случаев, когда присутствовали как α-хлоргидрин, так и глюкоза. Пересчитано из ранее опубликованных данных (Ford and Harrison, 1985, 1986).
Рисунок 3.
Влияние α-хлоргидрина и глюкозы на подвижность сперматозоидов барана ( a ), ( b ) концентрацию АТФ ( c ) концентрацию 1,6-бисфосфата фруктозы.( a и b ) Эпидидимальные сперматозоиды барана инкубировали с 1 мМ –RS-α-хлоргидрином или холостым буфером (контроль) в течение 10 мин перед добавлением 5 мМ – d-глюкозы, 10 мМ l-лактата плюс 1 мМ – пируват или холостой буфер (без субстрата). Образцы для измерения подвижности отбирали из колб с α-хлоргидрином через 0, 15 и 45 минут и из контрольных колб через 0, 30 и 60 минут после добавления субстратов. Образцы для анализа АТФ отбирали из всех колб на 0, 10, 30 и 60 мин. ( c ) Условия эксперимента были такими же, за исключением того, что добавляли 1 мМ глюкозы.Концентрация фруктозо-1,6-бисфосфата оставалась <1 нмоль / 10 8 сперматозоидов, за исключением случаев, когда присутствовали как α-хлоргидрин, так и глюкоза. Пересчитано из ранее опубликованных данных (Ford and Harrison, 1985, 1986).
Эти результаты демонстрируют, что сперматозоиды, в которых GAPDH были ингибированы α-хлоргидрином, могут хорошо функционировать в течение по крайней мере 1 часа, когда нет внешней глюкозы и метаболизм любого внутреннего углеводного хранилища заблокирован. Это подтверждает, что гликолиз не требуется для поддержания нормальной моторики.Неблагоприятные эффекты на АТФ и подвижность возникают, если присутствует достаточное количество глюкозы, чтобы вызвать накопление гликолитических промежуточных продуктов, которые каким-либо образом ухудшают окислительное фосфорилирование. Следовательно, отсутствие подвижности сперматозоидов мышей с нокаутом по GAPDH нельзя рассматривать как доказательство того, что гликолиз необходим для поддержания подвижности, поскольку сперматозоиды инкубировали в среде, содержащей глюкозу, и они накапливали в 4 раза нормальные концентрации глицеральдегид-3-фосфата (Miki et al ., 2004).
Если для передачи энергии требуется гликолиз, как сперматозоиды могут быть подвижными в среде без глюкозы?
Сперма многих видов, включая человека, может оставаться подвижной в среде без глюкозы. Сперма быков является ярким примером, потому что глюкоза препятствует развитию конденсата у этого вида. Сперматозоиды остаются подвижными в среде без сахара in vitro , а жидкость яйцевода крупного рогатого скота содержит только 50–100 мкМ глюкозы, но поддерживает способность к размножению и фертильность (Galantino-Homer et al ., 2004).
Если гликолиз необходим для доставки АТФ в дистальные области придатка яичка, откуда берется субстрат? Ряд недавних работ подтверждают наличие запасов гликогена в сперматозоидах млекопитающих и даже предполагают, что они могут быть способны к глюконеогенезу.
Традиционная точка зрения состоит в том, что гликоген теряется на стадии сперматоцитов в сперматогенезе и что зрелые сперматозоиды млекопитающих не содержат гликогена (Mann, 1964). На основании респираторных коэффициентов и других данных предполагается, что их первичным эндогенным субстратом является фосфолипид (Ford and Rees, 1990).Однако недавние данные демонстрируют, что сперма собак, барана, кабана и лошади действительно содержит гликоген вместе с измеримыми активностями гликоген синтетазы и гликогенфосфорилазы. В сперме собак гликоген истощался в сперматозоидах, инкубированных в среде без субстрата, но накапливался в средах, содержащих миллимолярные концентрации глюкозы или фруктозы, причем место отложения в клетке варьировалось в зависимости от предоставленной гексозы (Ballester et al ., 2000; Паломо и др. ., 2003).
Впоследствии сообщалось, что сперма собаки инкубировалась в среде, содержащей 21,5 мМ лактата + 0,25 мМ пирувата, но гликоген не накапливался в гексозе в первые 2 часа инкубации, а радиоактивность лактата [U- 14 C] включалась в Это. Ингибитор пируваткарбоксилазы фенилуксусная кислота предотвращала синтез гликогена и подавляла подвижность без значительного влияния на жизнеспособность. Иммуноцитохимические исследования показали присутствие ключевых глюконеогенных ферментов фруктозо-1,6-бисфосфатазы и альдолазы B (Albarracin et al ., 2004). Таким образом, существуют убедительные, если не убедительные доказательства того, что сперма собак способна к глюконеогенезу, и это может быть важно для поддержания подвижности и возможности их накопления в среде без глюкозы.
Доказательства глюконеогенеза у других видов менее убедительны. 2-Дезоксиглюкоза, которая может фосфорилироваться гексокиназой, но не подвергаться дальнейшему метаболизму, была использована для блокирования гликолиза в сперматозоидах мышей (Mukai and Okuno, 2004). Хотя он является слабым конкурентом глюкозы, он снижает подвижность сперматозоидов, инкубированных с пируватом (но не с глюкозой), хотя не влияет на потенциал митохондриальной мембраны.На этом основании авторы предположили, что энергия митохондрий использовалась для управления глюконеогенезом и, таким образом, обеспечивала глюкозу для производства гликолитической энергии в жгутике. Эта интерпретация открыта для обсуждения, поскольку метаболизм 2-дезоксиглюкозы приводит к накоплению высоких концентраций 2-дезоксиглюкозо-6-фосфата. Как описано выше, увеличение количества промежуточных продуктов гликолиза, вызванное α-хлоргидрином, могло связывать большую часть фосфата в сперме, делая ее недоступной для окислительного фосфорилирования.Предотвращая разрядку движущей силы протона, эта ситуация будет увеличивать, а не уменьшать потенциал митохондриальной мембраны. Токсичность 2-дезоксглюкозы иллюстрируется ее пагубным действием на соотношение АТФ / АДФ в человеческих сперматозоидах, метаболизирующих лактат плюс пируват (Williams and Ford, 2001). Во-вторых, не было представлено никаких доказательств того, что глюконеогенез можно было обнаружить. Анализ метаболома спермы кабана показал, что глюконеогенез не происходил у этого вида (Marin et al ., 2003).
Выводы
Локальный гликолиз может доставлять энергию к дистальному жгутику, но доказательств того, что он необходим для этого, мало. Во-первых, вероятно, что диффузия, усиленная аденилаткиназой и другими челноками, достаточна для обмена АТФ, АДФ и Pi между жгутиком и митохондриями в средней части со скоростью, необходимой для поддержания подвижности. Во-вторых, опыт с ингибитором GAPDHs α-хлоргидрином показывает, что сперматозоиды могут сохранять подвижность в течение длительных периодов времени, когда гликолиз заблокирован, до тех пор, пока не накапливаются высокие концентрации промежуточных продуктов гликолиза.Это необходимо учитывать при интерпретации результатов мышей, нокаутированных по GAPDH. В-третьих, сперматозоиды большинства видов могут оставаться полностью подвижными в среде без сахара, особенно при наличии митохондриальных субстратов, и за исключением собак, свидетельства того, что глюконеогенез, обеспечивающий субстрат для дистального жгутика, отсутствуют или слабые.
Чтобы лучше понять доставку АТФ в жгутик сперматозоидов млекопитающих, необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить роль аденилаткиназы и других челноков в распределении энергии вдоль жгутика сперматозоидов млекопитающих и выявить причины, по которым сперматозоиды от мышей, нокаутированных по GAPDH, неподвижны. .Подвижны ли демембранованные или пермиобилизованные сперматозоиды этих мышей, если они снабжены АТФ, и подвижны ли неповрежденные сперматозоиды, если они защищены от контакта с гликолизуемыми сахарами, как показывает опыт с α-хлоргидрином?
Список литературы
и Wei J (
1975
) Массовый транспорт АТФ в подвижных сперматозоидах.Дж Теор Биол
49
,125
–145., Fernandez-Novell JM, Ballester J, Rauch MC, Quintero-Moreno A, Pena A, Mogas T, Rigau T., Yanez A, Guinovart JJ et al.(
2004
) Связанный с глюконеогенезом метаболизм гликогена важен для достижения «in vitro» способности сперматозоидов собаки в среде без глюкозы.Biol Reprod
71
,1437
–1445., FernandezNovell JM, Rutllant J, GarciaRocha M, Palomo MJ, Mogas T, Pena A, Rigau T, Guinovart JJ и RodriguezGil JE (
2000
) Доказательства функционального метаболизма гликогена в зрелых сперматозоидах млекопитающих.Mol Reprod Dev
56
,207
–219., Jones NG, Kamp G, Yeung CH и Cooper TG (
2000
) Влияние орнидазола на фертильность самцов крыс: ингибирование паттерна подвижности, связанного с гликолизом, и связывания зон, необходимых для оплодотворения in vitro.J Reprod Fertil
118
,127
–135., Mohri H, Mohri T., Suter D and White IG (
1978
) Механизм действия альфа-хлоргидрина в качестве средства против оплодотворения.Biochem J
170
,23
–37.и Baltz JM (
1991
) Регуляция метаболизма в сперматозоидах млекопитающих — объем митохондрий определяет длину сперматозоидов и частоту биений жгутиков.Cell Motil Cytoskel
19
,180
–188., Олдс-Кларк П. и Стори Б.Т. (
1981
) Окислительный метаболизм сперматозоидов инбредных и случайных мышей.J Exp Zool
216
,285
–292.и Woodall PF (
1985
) О размерах сперматозоидов млекопитающих.J Reprod Fertil
75
,153
–175.и Terzic A (
2003
) Фосфотрансферные сети и сотовая энергетика.J Exp Biol
206
,2039
–2047., Тошимори К. и О’Брайен Д.А. (
2003
) Фиброзная оболочка сперматозоидов млекопитающих.Microsc Res Tech
61
,103
–115.(
2001
) Эволюция и физиологические роли фосфагенных систем.Annu Rev Physiol
63
,289
–325.и Kinsey ST (
1998
) Функциональные и эволюционные последствия распределения фосфагенов в сперматозоидах примитивного типа.Biol Bull
195
,264
–272.(
1981
) Окисление глицерин-3-фосфата семенниковыми и эпидидинальными сперматозоидами.Comp Biochem Physiol
68B
,289
–293.и Харрисон А. (
1981
) Влияние 6-хлор-6-дезоксисахаров на концентрации адениновых нуклеотидов и подвижность сперматозоидов крыс.J Reprod Fertil
63
,75
–79.и Waites GMH (
1982
). Активность различных 6-хлор-6-дезоксисахаров и (S) альфа-хлоргидрина в производстве сперматоцеле у крыс и параличе у мышей, а также в ингибировании метаболизма глюкозы в сперматозоидах быков in vitro.J Reprod Fertil
65
,177
–183.и Харрисон А. (
1985
) Присутствие глюкозы увеличивает летальный эффект α-хлоргидрина на сперматозоиды барана и кабана in vitro.J Reprod Fertil
73
,197
–206.и Харрисон А. (
1986
) Совместное действие альфа-хлоргидрина и глюкозы на концентрацию АТФ в сперматозоидах связано с накоплением промежуточных продуктов гликолиза.J Reprod Fertil
77
,537
–545.и Харрисон А. (
1987
) Бесполезные циклы субстрата в гликолитическом пути сперматозоидов кабана и крысы и влияние альфа-хлоргидрина.J Reprod Fertil
79
,21
–32.и Рис Дж. М. (
1990
) Биоэнергетика подвижности сперматозоидов млекопитающих. В Gagnon C (ред.), Контроль подвижности сперматозоидов: биологические и клинические аспекты. CRC Press, Бока-Ратон, Флорида, стр.175
–202., Harrison A and Waites GMH (
1981
) Влияние 6-хлор-6-дезоксисахаров на гликолиз в сперматозоидах крыс.J Reprod Fertil
63
,67
–73.и Quinn PJ (
1981
) Гликолитический продукт является обязательным для инициации акросомной реакции сперматозоидов и подвижности хлыстовых позвонков, необходимых для оплодотворения у мышей.J Reprod Fertil
61
,25
–35., Florman HM, Storey BT, Dobrinski I и Kopf GS (
2004
) Капситация спермы крупного рогатого скота: оценка активности фосфодиэстеразы и внутриклеточного подщелачивания при фосфорилировании тирозина белка, связанного с емкостной реакцией.Mol Reprod Dev
67
,487
–500.и Vigue L (
1993
) Неполное развитие сперматозоидов человека связано с повышенной концентрацией креатинфосфокиназы и аномальной морфологией головки.Mol Reprod Dev
34
,292
–298.и Vigue L (
1994
) Корреляция между скоростью перекисного окисления липидов и клеточной зрелостью, измеренной по активности креатинкиназы в сперматозоидах человека.Дж Андрол
15
,71
–77., Vigue L и Corrales M (
1988
) Активность креатинфосфокиназы сперматозоидов как показатель качества сперматозоидов у мужчин с нормоспермией, переменной спермой и олигоспермией.Biol Reprod
38
,1061
–1066., Vigue L и Morshedi M (
1992
) Соотношение M-изоформ креатинфосфокиназы сперматозоидов и оплодотворяющий потенциал мужчин: слепое исследование 84 пар, получавших экстракорпоральное оплодотворение.Fertil Steril
57
,882
–888., Stone K, Dix D и Vigue L (
2000
) Предполагаемая М-изоформа креатинкиназы в человеческих сперматозоидах идентифицирована как 70-килодальтонный белок теплового шока HspA2.Biol Reprod
63
,925
–932.и Ford WCL (
1981
). Нейротоксичность и антифертильность 6-хлор-6-дезоксиглюкозы у мышей.Нейротоксикология
2
,405
–417., Dzeja PP, Oerlemans F, Simonetti AW, Heerschap A, de Haan A, Rush PS, Terjung RR, Wieringa B и Terzic A (
2000
) Делеция гена аденилаткиназы 1 нарушает энергетическую экономию мышц, несмотря на метаболические перестройки.EMBO J
19
,6371
–6381.(
1983
) Действие альфа-хлоргидрина на фертильность у мужчин.Aust J Biol Sci
36
,333
–350.и Cooper TG (
1999
) Переоценка посттестикулярного действия и токсичности хлорированных антифертильных соединений.Int J Androl
22
,130
–138.и Bubb WA (
2000
) Субстраты для эндогенного метаболизма зрелыми сперматозоидами кабана.J Reprod Fertil
119
,129
–135.(
1964
) Биохимия спермы и мужского репродуктивного тракта. Метуэн, Лондон., Chiang K, Bassilian S, Lee WN, Boros LG, Fernandez-Novell JM, Centelles JJ, Medrano A, Rodriguez-Gil JE и Cascante M (
2003
) Метаболическая стратегия сперматозоидов кабана, выявленная с помощью метаболической характеристики.FEBS Lett
554
,342
–346., Qu W, Goulding EH, Willis WD, Bunch DO, Strader LF, Perreault SD, Eddy EM и O’Brien DA (
2004
) Глицеральдегид 3-фосфатдегидрогеназа-S, гликолитический фермент, специфичный для сперматозоидов, необходим для сперматозоидов. моторика и мужская фертильность.Proc Natl Acad Sci USA
101
,16501
–16506.и Okuno M (
2004
) Гликолиз играет важную роль в добавлении аденозинтрифосфата в движении жгутиков сперматозоидов мыши.Biol Reprod
71
,540
–547.и Rikmenspoel R (
1970
) Диффузия АТФ в жгутиках сперматозоидов.Дж Теор Биол
26
,11
–18.и Фергюсон С.Дж. (
1992
) Биоэнергетика 2.Academic Press, Лондон., FernAndez-Novell JM, Pena A, Guinovart JJ, Rigau T. и Rodriguez-Gil JE (
2003
) Индуцированный глюкозой и фруктозой синтез гликогена в сперме собаки демонстрирует специфические изменения в локализации отложения гликогена в сперме.Mol Reprod Dev
64
,349
–359., Ginger ML, Gaskell SJ and Gull K (
2004
) Нацеливание белка необычной, эволюционно консервативной аденилаткиназы на жгутик эукариот.Mol Biol Cell
15
,3257
–3265., Робитайль П.А., Мартин П.А. и Браун Г.Г. (
1987
) P-31 Ядерно-магнитно-резонансные исследования сперматозоидов кабана, барана, козы и быка.Comp Biochem Physiol B
87
,285
–296., Behre HM, Cooper TG, Koppers B и Nieschlag E (
1998
) Активность креатинкиназы в человеческих сперматозоидах и семенной плазме не имеет прогностической ценности для мужской фертильности при экстракорпоральном оплодотворении.Fertil Steril
69
,727
–734., Cheetham J and Lardy HA (
1989
) Аденилаткиназа-активность в эякулированных жгутиках спермы крупного рогатого скота.J Biol Chem
264
,6086
–6091., Babcock DF и Lardy HA (
1985
) ЯМР-исследование P-31 придатка яичка и сперматозоида придатка яичка быка и хомяка.Biol Reprod
33
,1029
–1040., Oerlemans F и Wieringa B (
1995
) Мыши с дефицитом вездесущей митохондриальной креатинкиназы жизнеспособны и плодовиты.Biochim Biophys Acta
1230
,130
–138.(
1980
) Стратегия окислительного метаболизма сперматозоидов быков.J Exp Zool
212
,61
–67.и Kayne FJ (
1975
) Энергетический метаболизм сперматозоидов. V Путь гликолиза Эмбдена-Мейерхофа: активность ферментов этого пути в сперматозоидах придатка яичка кролика, подвергнутых гипертонической обработке.Fertil Steril
26
,1257
–1265.и Kayne FJ (
1980
) Свойства пируваткиназы и жгутиковой АТФазы в сперматозоидах кролика: связь с метаболической стратегией сперматозоидов.J Exp Zool
211
,361
–367., Takahashi T, Iguchi N, Kitamura K, Miyagawa Y, Tsujimura A, Matsumiya K, Okuyama A и Nishimune Y (
2004
) Кетоновые тела могут поддерживать подвижность, но не акросомную реакцию сперматозоидов мыши.Int J Androl
27
,172
–177.и Шапиро Б.М. (
1985
) Канал метаболитов — фосфорилкреатиновый челнок, обеспечивающий транспорт высокоэнергетических фосфатов между митохондриями сперматозоидов и хвостом.Ячейка
41
,325
–334., Foster JA, Rosenbaum NA, Visconti PE, Gerton GL, Kopf GS и Moss SB (
1998
) Нацеливание гексокиназы типа 1, специфичной для зародышевых клеток, не имеющей порин-связывающего домена, на митохондрии, а также на голову и фиброзная оболочка сперматозоидов мыши.Mol Biol Cell
9
,263
–276.(
2003
) Истории из хвоста: что мы действительно знаем о подвижности сперматозоидов?Дж Андрол
24
,790
–803.и Sakkas D (
1996
) Глюкоза участвует в слиянии сперматозоидов и ооцитов у мышей.Biol Reprod
55
,917
–922., Леппенс-Луизье Г. и Саккас Д. (
2001
) Фосфорилирование тирозина белка в сперматозоидах во время взаимодействия гамет у мышей: влияние глюкозы.Biol Reprod
64
,1350
–1357., Vigue L and Huszar G (
1992
) Концентрации аденозинтрифосфата (АТФ) и соотношения АТФ / аденозиндифосфат в человеческих сперматозоидах нормоспермических, олигоспермических и астеноспермических образцов и в их фракциях всплытия: отсутствие корреляции между параметрами АТФ и концентрации креатинкиназы в сперме.Дж Андрол
13
,305
–311.и Ford WCL (
2001
) Роль глюкозы в поддержании подвижности и емкости сперматозоидов человека.Дж Андрол
22
,680
–695., Pazour G, Yoda A, Hirono M, Kamiya R и Witman GB (
2004
) Oda5p, новый аксонемный белок, необходимый для сборки внешнего плеча динеина и связанной с ним аденилаткиназы.Mol Biol Cell
15
,2729
–2741., Majumder GC, Rolf C, Behre HM и Cooper TG (
1996
) Роль фосфокреатинкиназы в подвижности сперматозоидов человека, поддерживаемой различными метаболическими субстратами.Mol Hum Reprod
2
,591
–596.© Автор 2006. Опубликовано Oxford University Press от имени Европейского общества репродукции человека и эмбриологии. Все права защищены. Для получения разрешений обращайтесь по электронной почте: [email protected]
.Пероральный прием глюкозы для улучшения качества спермы и компонентов o
Youssef A Attia 1 , A E Abd El Hamid 1 , Fulvia Bovera 2 , Mohamed El-Sayed 1
1 Кафедра животноводства и птицеводства, факультет сельского хозяйства, Университет Даманхур, Египет; 2 Кафедра Scienze Zootecniche e Ispezione degli Alimenti, Неаполитанский университет имени Федерико II, Неаполь, Италия
Резюме: Влияние различных уровней перорального приема глюкозы на репродуктивную способность новозеландских белых кроликов было изучено на 12 кошках. в возрасте 6–7 месяцев, случайным образом разделенных на четыре группы с февраля по сентябрь.Лечение заключалось в добавлении в питьевую воду 0 (контроль), 2,5, 5 и 10 г глюкозы / л соответственно. Сперму собирали дважды в неделю с апреля по сентябрь. Для каждого лечения в течение августа были собраны три образца крови и семенной плазмы. Были изучены качество спермы, биохимические составляющие семенной плазмы и плазмы крови, тестостерон. Пероральный прием глюкозы в количестве 5 или 10 г / л питьевой воды значительно увеличивал объем спермы, подвижность сперматозоидов, концентрацию сперматозоидов, процент живых сперматозоидов, общий выход сперматозоидов и общий выход живых сперматозоидов и значительно снижал процент аномальных сперматозоидов по сравнению с контрольной группой.Добавление глюкозы в концентрации 5 г / л воды значительно увеличивало общий белок плазмы крови, альбумин, глюкозу, аланинаминотрансферазу и гормон тестостерон по сравнению с контрольной группой.
Ключевые слова: кролик, глюкоза, качество спермы, семенная плазма и плазма крови
Эта работа опубликована и лицензирована Dove Medical Press Limited. Полные условия этой лицензии доступны по адресу https://www.dovepress.com/terms.php и включают Creative Commons Attribution — Non Commercial (unported, v3.0) Лицензия. Получая доступ к работе, вы тем самым принимаете Условия. Некоммерческое использование работы разрешено без какого-либо дополнительного разрешения Dove Medical Press Limited при условии надлежащей атрибуции работы. Для получения разрешения на коммерческое использование этой работы см. Параграфы 4.2 и 5 наших Условий.
лекция: придаток яичка, эякуляция, сперма
лекция: придаток яичка, эякуляция, спермаПридаток яичка, семяизвержение, сперма
Чтение
- Глава 10
- Раздаточный материал об эпидидимисе и эякуляция
Структура сперматозоидов
- голова
- акросома
- содержит гидролитические ферменты, необходимые для оплодотворения
- ядро
- высококонденсированный с протаминами, замещающими гистоны
- сшивание протаминов дисульфидными связями происходит в придаток яичка для конденсации ДНК сперматозоидов
- ядерное кольцо — образовано концом акросомы
- постъядерный колпачок или область
- акросома
- шея — соединяет голову с хвостом
- хвост
- головной мозг
- вставляется в гнездо для имплантации головки
- средняя часть
- первая часть с ламинированными колоннами
- аксонема
- происходит от дистальной центриоли
- микротрубочек — 9 пар окружают ядро из 2 (9 + 2)
- скольжение микротрубочек, управляемых АТФазами, заставляет сперматозоиды двигаться
- грубые волокна
- 9 грубых волокон окружают аксонему
- митохондрии
- объемные грубые волокна
- расположены по спирали вокруг аксонемы
- производство АТФ посредством дыхания для обеспечения стабильности клеток и подвижность
- кольцевое пространство
- где заканчиваются митохондрии
- основная деталь
- состоит из аксонемы и связанных с ней грубых волокон
- Прочная волокнистая оболочка окружает аксонему и грубые волокна
- наконечник
- часть после конца волокнистой оболочки и грубых волокон
- головной мозг
- Axoneme
- 2-ядерные микропробирки
- 9 внешних пар микротрубочек
- соединены радиальными спицами с центральной парой
- звенья nexin соединяют каждую из внешних пар друг с другом
- Динеин (АТФаза), расположенный на микротрубке
- в отсутствие АТФ-динеина, присоединенного к другой микротрубочке
- в присутствии АТФ динеин высвобождает
- Затем АТФ превращается в АДФ с высвобождением энергии, динеин расширяется, повторно связывается в более низком участке, затем динеин укорачивается и заставляет микротрубочки скользить друг мимо друга
- нексиновые звенья, радиальные спицы, прямые волокна и фиброзная оболочка, растянутые и отводные назад
Метаболизм сперматозоидов
- гликолиз
- большинство видов могут использовать глюкозу или фруктозу
- гексокиназа сперматозоидов может использовать глюкозу или фруктозу для производства глюкозо-6-фосфата или фруктозо-6-фосфата соответственно
- Фосфогексоизомераза превращает глюкозо-6-фосфат во фруктозо-6-фосфат, который затем продолжает гликолиз
- фосфатазы могут преобразовывать глюкозо-6-фосфат обратно в глюкозу в бесполезном циклическом субстратном цикле
- дыхание
- не всегда связан с гликолизом, как в других клетках
- При необходимости в сперматозоидах можно использовать только гликолиз
- Утилизация АТФ
- подвижность
- бесполезный цикл субстрата
- поддерживать ионные градиенты плазматической мембраны
- отсутствие транскрипции после конденсации ядра во время спермиогенеза
- Зависит от температуры, поэтому процессы, зависящие от АТФ, также зависят от температуры
- Скорость сперматозоидов зависит от температуры
Транспортировка спермы по мужскому тракту
- семенных канальцев
- поток жидкости с жидкостью, секретируемой клетками Сертоли
- сокращений миоидных клеток
- rete яичка
- Поток жидкости с жидкостью из семенных канальцев и секретом сетчатыми клетками семенников
- некоторые сокращения гладкой мускулатуры средостения
- vas efferentia
- Поток жидкости с жидкостью из семенных канальцев и сетчатого яичка
- реснички эпителиальных клеток бьются и перемещают жидкость вдоль
- придатка яичка
- семявыносящий проток
- уретра
Функция придатка яичка
- созревание
- изменение рождаемости
- развивать моторику
- ядерная конденсация
- цитоплазматическая капля
- концентрация
- секреция
- тестостерон превращается в дигидротестостерон (ДГТ)
- энергетические субстраты, такие как глицеринфосфатидилхолин (GPC), свободные жирные кислоты, карнитин
- гликопротеинов
- липидов
- ферменты
- транспорт
- сокращение гладких мышц
- хранение
Гормональный контроль придатка яичка
- абсолютное требование для функционирования андрогенов
- caput
- корпус
- трубная ДГТ
- тестостерон сосудов
- кауда
- трубная ДГТ
- тестостерон сосудов
Характеристики эякулята — фракции
Виды | Промежуток времени для эякуляции | Состав эякулята |
|---|---|---|
| Бык | 1 секунда | одинарная фракция |
| Барабан | 1 секунда | одинарная фракция |
| Кабан | 5-25 минут | фракционированный
|
| Жеребец | 30-60 секунд | фракционированный
|
| Мужчина | 10-30 секунд | единичная фракция, но коагулированная |
Компоненты спермы быков
- вода
- сперма
- субстратов
- фруктоза
- сорбитол
- инозитол
- глицеринфосфатидилхолин (GPC)
- лимонная кислота (не основная функция)
- неорганические соли (поддерживают осмотическое давление)
- натрия
- калий
- кальций
- магний
- хлорид
- белков
Первичная оценка спермы
- цвет
- объем
- концентрация
- подвижность
- жизнеспособность
- морфология
Характеристики эякулята — технические характеристики
| Виды | Объем эякулята (мл) | Концентрация спермы (X 10 9 / мл) | Всего сперматозоидов на эякулят (10 9 ) | % Подвижность | % Нормальный |
|---|---|---|---|---|---|
| Бык | 8.0 | 1,5 | 12 | 75 | 95 |
| Барабан | 1,0 | 3,0 | 3 | 95 | 95 |
| Кабан | 200 | ,25 | 50 | 70 | 90 |
| Жеребец | 80 | ,15 | 12 | 70 | 40–90 |
| Мужчина | 2-6 | .15 | ,9 | 65 | 30–70 |
Воздействие тепла на сперматогенез
- Методика эксперимента — изоляция мошонки
- у кабана температура мошонки повысилась на 1,9 ° C
- Требуются знания кинетики сперматогенеза
- Пахитены Первичные сперматоциты, наиболее подверженные тепловому воздействию
- Воздействие тепла задерживается до эякуляции пораженных клеток.
Обзор викторин
Сперма человека быстро реагирует на диету
Abstract
Глобальный рост ожирения и неуклонное снижение качества спермы — две тревожные тенденции, появившиеся в последние десятилетия. Параллельно данные, полученные на модельных организмах, показывают, что диета отца может влиять на метаболическое здоровье потомства в процессе, в котором задействована малая РНК, полученная из тРНК сперматозоидов (цРНК). Здесь мы сообщаем, что человеческая сперма очень чувствительна к потоку питательных веществ, как с точки зрения подвижности сперматозоидов, так и с точки зрения изменений цРНК сперматозоидов.В течение двухнедельного диетического вмешательства, в ходе которого мы сначала ввели здоровую диету, а затем диету, богатую сахаром, подвижность сперматозоидов увеличилась и стабилизировалась на высоком уровне. Последовательность малых РНК в сперматозоидах, неоднократно отбираемых у одних и тех же людей, показала, что цРНК активируются при соблюдении диеты с высоким содержанием сахара всего в течение 1 недели. Неконтролируемая кластеризация идентифицировала два независимых пути биогенеза этих цРНК: один с участием нового класса фрагментов со специфическим расщеплением в Т-петле зрелых ядерных тРНК, а другой с участием исключительно митохондриальных цРНК.Участие митохондрий дополнительно поддерживалось аналогичной активацией митохондриальной рРНК-производной малой РНК (рсРНК). Примечательно, что изменения сахарочувствительной цРНК были положительно связаны с одновременными изменениями подвижности сперматозоидов и отрицательно связаны с ожирением в независимой клинической когорте. Этот быстрый ответ на диетическое вмешательство в цРНК в человеческих сперматозоидах согласуется с отцовскими межпоколенческими метаболическими реакциями, обнаруженными у модельных организмов. Что еще более важно, наши результаты предполагают общие чувствительные к диете механизмы между подвижностью сперматозоидов и биогенезом цРНК, что дает новое понимание взаимосвязи между питанием и репродуктивным здоровьем мужчин.
Образец цитирования: Nätt D, Kugelberg U, Casas E, Nedstrand E, Zalavary S, Henriksson P, et al. (2019) Сперма человека быстро реагирует на диету. ПЛоС Биол 17 (12): e3000559. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559
Академический редактор: Джейсон У. Локасейл, Университет Дьюка, США
Поступила: 16 мая 2019 г .; Одобрена: 18 ноября 2019 г .; Опубликован: 26 декабря 2019 г.
Авторские права: © 2019 Nätt et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.
Доступность данных: Все соответствующие данные, полученные в ходе текущего исследования, содержатся в документе и его файлах вспомогательной информации, за одним исключением. S1 Fig был сгенерирован из файлов последовательности fastq, которые содержат личную генетическую информацию.Таким образом, неограниченное распространение этих файлов ставит под угрозу личную неприкосновенность участников исследования, что нарушает наши действующие этические разрешения, согласия участников и шведские законы. Тем не менее, эти файлы могут быть доступны по запросу, при условии, что исследователь придерживается существующих этических разрешений и согласий, или продлить этические разрешения и согласия, подав заявку на это в Шведский орган этического надзора (дополнительная информация о том, как подать заявку на контакт, регистратор @etikprovning.se или посетите https://etikprovningsmyndigheten.se/). Для получения конкретной информации о данных, пожалуйста, свяжитесь с соответствующими авторами по [email protected], [email protected]. Данные, используемые в текущем исследовании, но сгенерированные другими, ранее были депонированы в Архиве считывания последовательностей (SRA), и к ним можно получить доступ по этим номерам доступа: SRP065418, SRP132262 (ссылка на Gene Expression Omnibus также предоставляется этими образцами GSE74426 , GSE110190).
Финансирование: Исследование было любезно поддержано грантами Шведского исследовательского совета (2015-03141; https: // www.vr.se/english.html; получено AÖ), Фонд Кнута и Алисы Валленберг (сотрудник Валленбергской академии, 2015.0165; https://kaw.wallenberg.org/wallenberg-academy-fellows; получен AÖ), Рагнар Содерберг (научный сотрудник по медицине 2015; https: // ragnarsoderbergsstiftelse.se/; получено AÖ), Область стратегических исследований в области здравоохранения в Каролинском институте / Университете Умео (https://ki.se/en/research/strategic-research-area-health-care-science-sfo-v ; получено ML). Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.
Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.
Сокращения: ИМТ, индекс массы тела; BMR, базальная скорость метаболизма; FDR, Коэффициент ложного обнаружения; ГЕО, Омнибус экспрессии генов; hESC, эмбриональные стволовые клетки человека; линкРНК, длинная некодирующая РНК; миРНК, микроРНК; нитРНК, ядерная внутренняя Т-петля цРНК; PAL, уровень физической активности; пиРНК, piwi взаимодействующая РНК; PUS7, Псевдоуридинсинтаза 7; КПЦР, количественная ПЦР; RDI, рекомендуемая суточная доза; Об / мин, читает на миллион; рсРНК, малая РНК, происходящая от рРНК; RT, ретротранскрипция; sncRNA, малая некодирующая РНК; SRA, Последовательность чтения архива; Тройник, общий расход энергии; цРНК, малая РНК, происходящая от тРНК
Введение
Эпидемиологические исследования на протяжении десятилетий сообщали о снижении качества спермы у здоровых мужчин во всем мире [1–3].Хотя интерпретации этих исследований, которые иногда достигают апокалиптических масштабов, справедливо критикуются за то, что они часто недостаточно эффективны, зависят от региона и предвзяты ковариатами (например, см. [4]), последовательность является достаточной причиной для беспокойства. Согласно недавнему метаанализу 137 отчетов, концентрация сперматозоидов снизилась на 57% за последние 35 лет, причем наилучшая поддержка такого снижения была найдена в Северной Америке, Европе и Азии [5]. Текущие крупномасштабные исследования, охватывающие от десятков до сотен тысяч человек, также предполагают, что это снижение не показывает признаков восстановления [6–8].Таким образом, становится все более актуальной необходимость лучшего понимания факторов, влияющих на качество спермы у людей.
Факторы риска низкого качества спермы у здоровых мужчин включают, например, мужской репродуктивный возраст, воздействие на окружающую среду эндокринных разрушителей (например, пестицидов и тяжелых металлов) и факторы образа жизни (например, табак / алкоголь и физические упражнения) [5]. Ожирение с сопутствующими патологиями, такими как диабет, также является сильным фактором риска [9–12]. Интересно, что многие из наиболее часто исследуемых популяций со снижением качества спермы также недавно испытали рост ожирения.Хорошо известно, что факторы питания и метаболизма могут влиять на мужскую фертильность [9,13,14], но мало что известно о молекулярных механизмах. Ключи к разгадке можно найти в недавних открытиях так называемых отцовских метаболических реакций между поколениями у животных.
В отцовских метаболических реакциях между поколениями мужчины подвергаются диетическим вмешательствам, которые создают устойчивую метаболическую рябь, которая распространяется через одно или два поколения, прежде чем утихнет [15,16]. Подобные явления наблюдались у многих организмов, включая человека, мышей и плодовых мух [17–19].Наилучший механизм-кандидат здесь включает изменения нагрузки сперматозоидов малой некодирующей РНК (sncRNA). В целом известно, что РНК играют важную роль в установлении эпигенетических состояний, включая центромерный гетерохроматин [20] и подавление транспозонов в зародышевых клетках [21]. Подтип sncRNA, производные тРНК малые РНК (tsRNAs), как известно, в изобилии присутствуют в сперматозоидах млекопитающих, включая человека, и играют роль в межпоколенческих метаболических ответах отцов у мышей [22–28]. Функциональное значение фрагментов тРНК только выясняется, но до сих пор они участвуют в ингибировании трансляции, формировании стрессовых гранул и контроле ретротранспозонов [24,29–31].Подвержена ли цРНК человеческой спермы диетическим вмешательствам и связана ли она с изменениями качества спермы, не исследовалось.
Здесь мы представляем острое воздействие на человеческую сперму после двухэтапного диетического вмешательства. Это вмешательство включало, в первую очередь, 1 неделю здоровой диеты для установления исходного уровня, а затем еще 1 неделю дополнительного потребления сахара. Изучая 3 эякулята от одних и тех же людей, мы обнаружили, что подвижность сперматозоидов резко стабилизировалась на высоком уровне во время вмешательства.Изменения подвижности сперматозоидов происходили параллельно с одновременным увеличением цРНК, в первую очередь митохондриального происхождения, но также и определенного типа ядерной цРНК. Эти ядерные цРНК, которые мы называем ядерной внутренней Т-петлевой цРНК (нитРНК), имели специфический участок разреза в консервативной области TψC в Т-петле зрелой тРНК, что указывает на чувствительный к сахару фермент, способствующий биогенезу этой цРНК. подтип. Таким образом, репертуар sncRNA в человеческих сперматозоидах, а также подвижность сперматозоидов показывают быструю и высокоспецифичную реакцию на диетические изменения.
Результаты
Изменения в диете вызывают быстрые системные реакции
Чтобы изучить реакцию сперматозоидов человека на изменения в диете, мы набрали 15 здоровых мужчин — некурящих в возрасте 20–27 лет с нормальным индексом массы тела (ИМТ) — и назначили им индивидуальный режим питания (рис. 1А). Все участники согласились употреблять пищу, предоставленную исследовательской группой, только в течение 2-недельного вмешательства. В течение первой недели мы обеспечили каждого участника здоровой диетой в соответствии с рекомендациями Nordic Nutrition [32], с общим содержанием энергии, соответствующим их расчетному общему расходу энергии (TEE) (таблица S1).На второй неделе их диета была дополнена сахаром, что соответствовало дополнительным 50% их расчетного ЧВЭ (в среднем 375 г сахара в день, что эквивалентно примерно 3,5 л сахаросодержащих напитков или примерно 450 г конфет). Эта двухэтапная стратегия позволила создать парные образцы временных шкал, которые позволили каждому человеку самостоятельно контролировать процесс. Калорийность диеты первой недели была рассчитана для поддержания первоначального веса, тогда как калорийность второй недели увеличивала вес человека на 1.5 кг. Как показатель соблюдения диеты, изменение веса соответствовало этим ожиданиям (таблица S2). Отношение жира к безжировой массе показало, что основную долю увеличившегося веса составляла безжировая масса (рис. 1В), что указывает на то, что диета, богатая сахаром, у здоровых молодых мужчин оказывает анаболический эффект в краткосрочной перспективе. Образцы крови собирали в каждый момент времени, и хотя были небольшие, но значимые сдвиги в нескольких параметрах, включая гемоглобин, концентрацию тромбоцитов и глутамилтрансферазу (таблица S2), наблюдались заметные изменения в триглицеридах сыворотки (рис. 1C), а также явные изменения. сдвиг в метаболизме холестерина (таблица S2).Стоит отметить, что на глюкозу крови натощак не повлияла 1 неделя диеты с высоким содержанием сахара, что подтверждает непатологический метаболизм сахара у участников (таблица S2).
Рис. 1. Двухэтапное диетическое вмешательство приводит к системным метаболическим реакциям и повышению подвижности сперматозоидов.
(A) Участникам ( n = 15) давали строго контролируемую стандартную диету в течение 1 недели (100% RDI на основе их TEE), а затем неделю с дополнительным сахаром (+ 50% RDI). (B) Изменения в массе жира и без жира оценивались с помощью измерений BodPod.(C) Триглицериды сыворотки во время периода тестирования. (D) Семя собирали у каждого участника в начале исследования и в конце каждой недели. (E) Подвижность сперматозоидов в течение периода тестирования. Данные доступны в таблице S2. RDI, рекомендуемая суточная доза; TEE, общий расход энергии.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.g001
Образцы спермы собирали 3 раза: первый в начале вмешательства, второй после недели здорового питания и третий после недели с высоким сахарная диета (рис. 1D).Общее количество сперматозоидов варьировалось между участниками и не зависело от диеты (таблица S2). Однако мы заметили, что подвижность сперматозоидов стабильно стабилизировалась на высоком уровне у всех людей в течение 2 недель вмешательства (черная линия на рис. 1E). Глядя на отдельные временные рамки, было заметно, что у 5 из 15 участников была очень низкая отправная точка, близкая к контрольному значению 34% или ниже нее (таблица S2). Построив эту группу с низкой подвижностью сперматозоидов отдельно, стало ясно, что эта группа заметно улучшала подвижность сперматозоидов в течение периода тестирования, причем наиболее выраженный эффект проявлялся уже после первой недели (серые линии на рис. 1E).
Таким образом, одновременное увеличение подвижности сперматозоидов и безжировой массы указывает на то, что 1 неделя диеты с высоким содержанием сахара в дополнение к здоровому исходному уровню имела анаболический эффект у наших молодых, здоровых и худых участников.
Диетический сахар резко модулирует цРНК в сперматозоидах
Затем мы извлекли РНК из образцов спермы и выполнили секвенирование малых РНК. Наш аналитический рабочий процесс позволил проанализировать 16–45 нуклеотидов малой РНК. Распределение размеров и смещение первых нуклеотидов были строго сохранены для всех 3 эякулятов от одного и того же человека (S1 рис.), Что подтверждает целостность нашего эксперимента.В соответствии с более ранними сообщениями [22,25], большинство малых РНК в человеческих сперматозоидах были идентифицированы как цРНК, малая РНК, происходящая из рРНК (рсРНК), и микроРНК (миРНК) (рис. 2A / 2B) (данные S1).
Рис. 2. Фрагменты тРНК сперматозоидов человека очень чувствительны к диете с высоким содержанием сахара.
(A) Профили малых последовательностей РНК из подвижных сперматозоидов каждого участника (S1-S16; n = 15) были проанализированы в начальной точке эксперимента («Начало»), после первой недели здорового питания («Здоровый »), А также после второй недели диеты с высоким содержанием сахара (« Сахарная »).(B) Средняя доля малых РНК в эксперименте. (C) Вмешательство было в первую очередь разработано для исследования эффекта сахара по сравнению со здоровьем (исходный уровень). (D) Свернуть изменения биотипов после 1 недели диеты с высоким содержанием сахара (сахар / здоровый). (E) Типы анализируемых цРНК. (F) Среднее количество прочтений для различных типов цРНК. (G) Кратковременные изменения типов цРНК после 1 недели диеты с высоким содержанием сахара. (H) Высоко экспрессируемые изодекодеры ядерной и митохондриальной тРНК, их средняя экспрессия, кратное изменение после 1 недели диеты с высоким содержанием сахара и их состав типов цРНК.Представлены только изодекодеры тРНК со скоростью не менее 100 об / мин. Планки погрешностей указывают ± SEM. «*» Означает не менее p <0,05. Графики могут быть воспроизведены с помощью скрипта в S1 Text с вводом из S1 и S2 Data. FC, изменение кратности; линкРНК, длинная некодирующая РНК; миРНК, микроРНК; Mt, митохондриальный; piRNA, piwi взаимодействующая РНК; RPM, чтения на миллион; рсРНК, малая РНК, полученная из рРНК; цРНК, малая РНК, полученная из тРНК.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.g002
Двухэтапное диетическое вмешательство было в первую очередь разработано для изучения диеты с высоким содержанием сахара в сравнении со здоровой базовой диетой (рис. 2C).Поэтому мы сначала сосредоточились на этом сравнении. Одна неделя диеты с высоким содержанием сахара вызвала заметный сдвиг в относительном распределении малых РНК, так что миРНК и цРНК (в основном митохондриального происхождения) увеличивались, тогда как малая РНК, полученная из рибосом (рсРНК), уменьшалась (рис. 2D). Однако отдельные miRNA не претерпели значительных изменений после диеты с высоким содержанием сахара (таблица S3; коэффициент ложного обнаружения [FDR] исправлен). Более тщательное изучение rsRNA выявило, что подавление регуляции было связано с массивными небольшими эффектами изменений в высоко экспрессируемых субъединицах 18S и 28S (S2 фиг.).Эти рсРНК скомпрометировали 92,6% всех рсРНК по нашим данным и имеют ядерное происхождение. Что еще более интригующе, гораздо менее экспрессируемая рсРНК, происходящая от 12S и 16S, транскрибируемая из митохондриального генома, подвергалась значительному усилению (S2 фиг.).
Сосредоточившись на цРНК, мы затем аннотировали сложную смесь цРНК на 5 подтипов: 5′-половина, 5′-цРНК, i-цРНК, 3′-цРНК и 3′-половина (Рис. 2E) [33]. Используя этот подход, было ясно, что 5′-фрагменты были наиболее многочисленны, как ранее было показано у мышей [26], и что 3′-фрагменты были наименее многочисленными, тогда как менее изученные i-цРНК присутствовали на промежуточных уровнях (рис. 2F). .Однако только i-цРНК и 3′-цРНК показали значительные изменения в ответ на диету с высоким содержанием сахара (рис. 2G). Сосредоточившись на изодекодерах тРНК, мы обнаружили, что цРНК из 8 изодекодеров изменилась после вмешательства с высоким содержанием сахара (рис. 2H, средняя панель). Эти 8 изодекодеров были умеренно экспрессированы (рис. 2H, левая панель) и имели высокое содержание i-цРНК или 3′-цРНК (рис. 2H, правая панель). Напротив, очень распространенные изодекодеры тРНК, такие как GlyGCC, GlyCCC и GluCTC (рис. 2H, левая панель), не пострадали от диеты с высоким содержанием сахара (рис. 2H, средняя панель) и имели высокое содержание 5′-цРНК ( Рис 2H, правая панель).
Чтобы подтвердить эти результаты, мы провели количественную ПЦР (кПЦР) на 2 идентифицированных цРНК, ядерной i-цРНК LysCTT и митохондриальной 5’цРНК SerTGA (S3 фиг.). И сперматозоиды, и эмбриональные стволовые клетки человека (hESC) генерировали уникальные фрагменты ожидаемых размеров после кПЦР. Что наиболее важно, результаты секвенирования и количественной ПЦР хорошо коррелировали для всех участников, и эффект сахара был подтвержден.
Таким образом, специфические подтипы цРНК сперматозоидов, в первую очередь i-цРНК и 3′-цРНК, резко повышаются в ответ на диету.Примечательно, что это касается цРНК как ядерной, так и митохондриальной тРНК.
Митохондриальная и ядерная цРНК образуют отдельные кластеры
Для каждого изодекодера тРНК, чувствительной к сахару (рис. 2H), было идентифицировано несколько цРНК, многие из которых отличаются только одним или несколькими нуклеотидами (таблица S4, данные S2), что, скорее всего, указывает на общие пути процессинга. Чтобы проверить это, мы использовали неконтролируемую кластеризацию, чтобы выявить лежащую в основе корреляционную структуру этих цРНК. Как и предполагалось, профили экспрессии подтипа изодекодера тРНК были сильно связаны между собой (рис. 3).Что еще более важно, ядерная и митохондриальная цРНК образуют 2 полностью отдельных кластера. В то время как ядерный кластер содержал исключительно i-цРНК, митохондриальный кластер в основном содержал смесь i-цРНК и 3′-цРНК. Это указывает на то, что расхождение между i-цРНК и 3′-цРНК, о котором сообщалось выше, генерируется по меньшей мере двумя путями процессинга, разделенными клеточной компартментацией.
Рис. 3. Митохондриальная и ядерная цРНК образуют отдельные кластеры.
Дендрограмма показывает взаимосвязь регуляторных ответов отдельных цРНК от значительно измененных изодекодеров тРНК (рис. 2H).Каждый лист представляет различия между Sugar и Healthy в одной цРНК у 15 участников. Митохондриальная (красный) и ядерная i-цРНК (синий) четко разделены на 2 кластера. Иерархический кластерный анализ был основан на евклидовых расстояниях между шкалами разностей оборотов в минуту между сахарной и здоровой выборками каждого участника. Дополнительные сведения об этих цРНК см. В таблице S5. График можно воспроизвести с помощью скрипта в S1 Text с вводом из S2 Data. RPM, чтения на миллион; цРНК, малая РНК, полученная из тРНК.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.g003
У мужчин с ожирением изменилась цРНК сперматозоидов
Чтобы проверить достоверность наших результатов, мы затем повторно проанализировали данные датского исследования Донкина и его коллег [25], в котором секвенировали малую РНК сперматозоидов худых и клинически страдающих ожирением людей (рис. 4A). Интересно то, что реплицируя наш аналитический рабочий процесс на этом наборе данных, мы обнаружили, что i-цРНК являются единственным подтипом цРНК, который значительно различается между этими двумя группами (рис. 4B).Сравнение чувствительных к сахару цРНК, определенных в нашем исследовании (рис. 2H и 3), с той же цРНК в исследовании Донкина и его коллег, выявило сходные уровни экспрессии в разных исследованиях (рис. 4С). Изучение профилей тРНК из обоих исследований бок о бок выявило дальнейшее сходство, как в относительном количестве различных цРНК, так и в областях, чувствительных к питательным веществам (S4 и S5, рис.). Интересно, что в соответствии с анаболическим эффектом диеты с высоким содержанием сахара у молодых и здоровых мужчин, сперма от мужчин с клиническим ожирением показала противоположные ответы в изменениях цРНК (рис. 4D).В то время как высокий уровень сахара был связан с увеличением сахарочувствительной цРНК, ожирение было связано со снижением. Примечательно, что эта обратная зависимость наблюдалась также в чувствительных к сахару 12S и 16S рсРНК (S2D / S2E фиг.).
Рис. 4. В сперме мужчин с ожирением обнаружены изменения цРНК.
(A) Ранее опубликованные Донкин и его коллеги данные о малых РНК сперматозоидов от тучных и худых мужчин (проект SRA: SRP065418) [25] были повторно проанализированы с использованием нашего аналитического рабочего процесса. (B) Коробчатая диаграмма показывает среднее значение и индивидуальную экспрессию различных типов цРНК (серые точки, худые люди, черные точки, страдающие ожирением).Планки погрешностей указывают ± SEM. (C) Показывает значительную взаимосвязь между средней экспрессией цРНК в текущих (сахар / здоровый) и ожирением (ожирение / худой) исследования. Каждая цветная большая точка представляет отдельные цРНК из значительно измененных, чувствительных к сахару изодекодеров тРНК на рис. 2H. Серые маленькие точки представляют другую цРНК. (D) Те же цРНК, что и на панели C, но построенные как различия в каждом из двух исследований, сравнивающих сахар и здоровую диету, а также полных и худых мужчин, соответственно.Проценты представляют собой долю цРНК, обнаруженную в каждом квадранте графика; без скобок = чувствительна к диете; в скобках = все проанализированные цРНК. RPM, чтения на миллион; SRA, архив чтения последовательности; цРНК, малая РНК, полученная из тРНК.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.g004
Чтобы подробнее прояснить этот вопрос, мы сравнили наши результаты с данными недавнего исследования Хуа и его коллег, которые исследовали sncRNA из сперматозоидов китайских мужчин, которые позже генерировали эмбрионы высокого или низкого качества после экстракорпорального оплодотворения [34].Хотя мы успешно идентифицировали многие из чувствительных к сахару цРНК и рсРНК, мы наблюдали только слабые тенденции с повышенной экспрессией митохондриальной рсРНК и цРНК, связанные с более высоким качеством эмбриона (S2 и S5, рис.). Набор данных Hua et al., Однако, в целом был обеднен rsRNA и сильно обогащен 5′-tsRNA по сравнению с другими наборами данных (S6 Fig). Следовательно, влияние на сахар-чувствительную i-tsRNA и rsRNA могло пострадать из-за низкого покрытия или перекрывания продуктов деградации более распространенных фрагментов (например,g., LysCTT на S4 фиг.).
В совокупности перекрестный анализ набора данных в сочетании с нашей проверкой количественной ПЦР (S3 Рис.) Обеспечивает твердое независимое доказательство существования новой чувствительной к сахару цРНК, идентифицированной в этом исследовании. Более того, обратная корреляция с цРНК в сперматозоидах мужчин с ожирением предполагает, что они могут быть вовлечены в клиническое состояние.
Сахарочувствительные ядерные i-цРНК расщепляются в Т-петле
Затем мы сосредоточились на значительно измененных ядерных изодекодерах с рис. 2H.Сопоставление считываний с наилучшим соответствием LysCTT, ArgCCG, ArgCCT и LeuCAA показало, что они имеют очень похожие профили покрытия (рис. 5A – 5D, верхние строки), несмотря на уникальные последовательности и происходящие из разных хромосом. Это резко контрастировало со сложностью фрагментов тРНК, происходящих из значительно измененных митохондриальных изодекодеров (S7 Рис). Более конкретно, все ядерные изодекодеры, чувствительные к сахару, имели 3′-концевые положения, близкие к Т-петле или внутри нее. Чтобы исследовать их точные сайты расщепления, мы картировали первый и последний нуклеотид для каждого фрагмента (рис. 5A – 5D, средний и нижний ряды).Это картирование показало, что чувствительные к сахару фрагменты для LysCTT имели высокоспецифичный 3′-участок разреза внутри Т-петли и 5′-сайт разреза между D-петлей и петлей антикодона в плече антикодона, создавая 30- фрагмент длиной nt (фиг. 5E). Фрагменты ArgCCG, ArgCCT и LeuCAA были меньше, 16-22 нуклеотида в длину, все начинались в различных положениях после антикодона, но заканчивались в Т-петле или очень близко к ней (Рис. 5F-5H).
Рис. 5. Расщепление Т-петли генерирует чувствительные к сахару нитРНК.
(A – D) Анализ нуклеотидного покрытия и сайта расщепления.(E – H) Графическое представление цРНК, образующихся в ответ на диету с высоким содержанием сахара. (I) Общая последовательность Т-петли (TΨCGA) в сахарочувствительных ядерных цРНК. (J) Позиционный анализ сайтов 3′-расщепления, включая все цРНК в исследовании. Верхняя панель: сахар (темно-серый) против здоровой (светло-серый) диеты. Средняя и нижняя панели: значимые цРНК (закрашенные цветные точки; p <0,05), ядерные цРНК (синие) и митохондриальные цРНК (красные). Данные доступны в таблицах S2 и S4. нитРНК, цРНК внутренней Т-петли ядра; RPM, чтения на миллион; цРНК, малая РНК, полученная из тРНК.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.g005
Все 4 значимых сахарочувствительных ядерных изодекодера имели последовательность TTCGA в своей Т-петле (рис. 5I). Это обычная последовательность, обнаруженная в 48% всех Т-петель из связанных с тРНК последовательностей, из которых менее 1% имеют митохондриальное происхождение (по сравнению с 6% в тРНК, не содержащих TTCGA). Чтобы исследовать, были ли чувствительные к сахару фрагменты обогащены TTCGA-T-петлями, мы картировали расстояние между нуклеотидом на 3′-конце каждой цРНК и 5′-положением T-петли (рис. 5J, верхняя панель) ( Таблица S4).Как и ожидалось, это привело к появлению двух основных пиков, соответствующих высокоэкспрессированным 5′-цРНК и 5′-половинкам GlyCCC, GlyGCC, GluCTC и GluTTC, тогда как умеренно экспрессируемая сахарочувствительная цРНК Т-петли показала меньший пик ( Рис 5J, верхняя панель, вставка). График значения значимости изменений, вызванных сахарной диетой, выявил две вещи. Во-первых, Т-петля действительно была горячей точкой для значительно измененных ядерных цРНК в тРНК с мотивом TTCGA (рис. 5J, средняя панель, заштрихованные синие кружки p ≤ 0.05, белые кружки p > 0,05). Несколько ядерных цРНК без мотива TTCGA не показали этого накопления значимых цРНК (рис. 5J, нижняя панель, заштрихованные синие кружки p ≤ 0,05, открытые синие кружки p > 0,05). Во-вторых, цРНК из митохондриальной тРНК демонстрировали более сложный паттерн участков среза, чувствительных к сахару (рис. 5J, средняя и нижняя панель, заштрихованные красные кружки p <0,05, белые красные кружки p > 0,05). Вместе это указывает на то, что механизм, лежащий в основе дискриминации сахарочувствительной ядерной i-tsRNA, который был идентифицирован с помощью нашего кластерного анализа, вероятно, включает избирательное расщепление T-петли в предопределенном подтипе tsRNA.Мы называем этот подтип ядерной цРНК — определяемый их расщеплением TTCGA-T-петлей — ядерной внутренней цРНК Т-петли (нитРНК). Примечательно, что наше картирование Т-петли также выявило чувствительную к сахару нитРНК в GluCTC, которая ранее была скрыта в обильных нечувствительных к диете 5′-цРНК (S8 рис, S4 таблица).
Чувствительная к диете цРНК коррелирует с подвижностью сперматозоидов
Поскольку подвижность сперматозоидов является одним из лучших показателей мужской субфертильности [35], снижается у мужчин с ожирением [9,36] и стабилизировалась на высоком уровне в течение двухнедельного диетического вмешательства (рис. 1E), мы проверили, связаны ли изменения подвижности сперматозоидов с сахарочувствительной цРНК.Поскольку наибольшее восстановление подвижности сперматозоидов наблюдалось между начальной точкой и после диеты с высоким содержанием сахара, мы сосредоточили внимание на различиях между этими двумя временными точками (начало по сравнению с сахаром). Таким образом, мы также разделили исходный анализ между Healthy и Sugar, что позволило выявить возможные зависимости от начальных условий.
Сначала сосредоточив внимание на ядерной цРНК, мы обнаружили, что чувствительная к сахару нитРНК активируется не в ответ на здоровую диету, а, в частности, на диету с высоким содержанием сахара (рис. 6А, темно-зеленые кружки).Это не было общим ответом ядерной цРНК, потому что среднее значение всех других ядерных цРНК не было затронуто вмешательством (рис. 6А, светло-зеленые кружки). Более того, на индивидуальном уровне изменения в сахарочувствительной нитРНК были положительно связаны с изменениями подвижности сперматозоидов, в то время как другие ядерные цРНК — нет (рис. 6В). Также не было ассоциации между нитРНК и другими ядерными цРНК (рис. 6С).
Рис. 6. Подвижность сперматозоидов положительно связана с параллельными изменениями цРНК.
Ядерная цРНК и цРНК MT — либо чувствительная к сахару (= значительно повышенная в сахаре по сравнению с здоровой), либо другая (= цРНК с незначительной активацией) — были повторно оценены по отношению к значениям начальной точки. (A) Показывает изменения ядерной сахарочувствительной нитРНК (темные точки) и других ядерных цРНК (светлые точки) в течение всего диетического вмешательства. Обратите внимание, что чувствительная к сахару нитРНК специфически реагировала на сахар. (B) Изменения подвижности сперматозоидов между сахарной и стартовой диетами были связаны с сахарочувствительной нитРНК (темные точки), но не с другими ядерными цРНК (светлые точки).(C) Нет связи между изменениями в нитРНК и других ядерных цРНК. (D) Изменения в сахарочувствительной цРНК MT (темные точки) и других MT цРНК (светлые точки) по отношению к значениям начальной точки. Обратите внимание, что все MT tsRNA прогрессивно увеличивались во время диетического вмешательства, но повышение было замечено у чувствительных к сахару после сахара. (E) Изменения как сахарочувствительной цРНК MT (темные точки), так и других MT цРНК (светлые точки) были связаны с изменениями подвижности сперматозоидов. (F) Изменения в сахарочувствительной цРНК MT и других MT цРНК сильно коррелировали.**** p < 0,0001, ** p < 0,01, * p < 0,05, # p < 0,1. Данные доступны в таблице S2 (подвижность сперматозоидов) и данных S2 (цРНК). Здоровые, образцы взяты после здорового питания; МТ, митохондриальный; нитРНК, цРНК внутренней Т-петли ядра; n.s., не имеет значения; Старт, образцы начальной точки; Сахар, образцы взяты после диеты с высоким содержанием сахара; цРНК, малая РНК, полученная из тРНК.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.g006
В отличие от ядерной цРНК, митохондриальная сахарочувствительная и все другие митохондриальные цРНК показали увеличение при двухэтапной диете (рис. 6D).В то время как другая цРНК показывала устойчивое увеличение, цРНК, чувствительная к сахару, испытывала ускорение после введения сахара (темно-красные кружки на рис. 6D). Соответственно, митохондриальная цРНК, первоначально идентифицированная как сахарочувствительная, а также другая митохондриальная цРНК, обе положительно коррелировали с подвижностью сперматозоидов (рис. 6E). Средние изменения сахарочувствительной и другой цРНК также сильно коррелировали друг с другом (рис. 6F). Это указывает на то, что подвижность сперматозоидов зависит от общего механизма, включающего все митохондриальные цРНК.Поскольку подвижность сперматозоидов и митохондриальная цРНК увеличивались уже в первую неделю (рис. 1E; здоровый), здоровая / исходная диета была, по крайней мере, частично ответственна за положительное влияние на качество спермы.
Обсуждение
Здесь мы показываем, что человеческая сперма чувствительна к потоку питания, как в отношении подвижности сперматозоидов, так и пула sncRNA. Такая острая реакция согласуется с нашим более ранним исследованием на Drosophila , в котором мы показали, что всего 2 дня диетического вмешательства самцов мух перед спариванием было достаточно для передачи сигнала через сперматозоиды, чтобы вызвать метаболическое перепрограммирование в следующем поколении [19]. .В текущем исследовании мы показываем, что специфические митохондриальные и ядерные цРНК в человеческих сперматозоидах независимо активируются после аналогичного краткосрочного диетического вмешательства. Увеличение этих цРНК было положительно связано с подвижностью сперматозоидов. Более того, в ядерных цРНК мы идентифицировали чувствительное к сахару расщепление в Т-петле полноразмерной ядерной тРНК, генерируя короткую внутреннюю цРНК, которую мы назвали нитРНК.
Биогенез ядерной цРНК сперматозоидов
Пути, которые генерируют цРНК из тРНК, изучены лишь частично.Наиболее понятным является стресс-индуцированное расщепление тРНК ангиогенином, которое разрезает кодон-петлю, давая 2 половины [37,38]. Мы обнаружили, как сообщалось ранее у мышей [26], что наиболее распространенными цРНК в сперматозоидах являются 5′-половинки. Однако мы не находим доказательств того, что цРНК с интактными 5′-концами быстро реагирует на диету.
Используя новые подходы к картированию внутренних фрагментов тРНК, мы вместо этого обнаружили другой класс цРНК, i-цРНК, который не так высоко экспрессируется, как многие 5′-цРНК, но по сравнению с 3′-цРНК все еще экспрессируется на промежуточных уровнях (рис. 2F).У мышей было показано, что 5′-цРНК активируется в сперматозоидах в ответ на хроническую диету с низким содержанием белка [26], хроническую диету с высоким содержанием жиров [24] или диету с высоким содержанием жиров у матери [ 28]. Принимая во внимание роль 5′-цРНК в ингибировании трансляции [29,37], повышающая регуляция 5′-цРНК может быть естественным ответом на снижение синтеза белка при лишении аминокислот. Наше острое вмешательство с высоким содержанием сахара приводит к другой метаболической ситуации. Участники сначала хорошо питаются, а затем дополнительно получают дозу с высоким содержанием сахара.Это могло бы объяснить, почему идентифицированные нами цРНК отличаются от исследований с низким содержанием белка и высоким содержанием жира. Учитывая такую зависимость от метаболического фона, это подразумевает возможность того, что разные диеты могут иметь разные последствия для самой спермы и, возможно, даже для развивающейся зиготы. Следует, однако, отметить, что в большинстве более ранних исследований не учитывались внутренние — i-tsRNA — фрагменты. Таким образом, повторный анализ данных может выявить больше общих черт в путях чувствительных к сахару цРНК.
Все чувствительные к сахару нитРНК, идентифицированные в этом исследовании, имели мотивы GTTCGA в Т-петле. Это точный мотив псевдоуридинсинтазы 7 (PUS7), фермента, который катализирует псевдоуридилирование уридинов. Интересно, что несколько изодекодеров тРНК, которые мы определили как сахарочувствительные в настоящем исследовании, являются мишенями для PUS7 [39]. Несмотря на то, что есть замечательное сходство между сахарочувствительной цРНК, обнаруженной в этом исследовании, и тРНК-мишенями для PUS7, необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, есть ли роль PUS7 в индуцированном диетой генерации нитРНК в сперматозоидах.
Расщепление Т-петли должно в дополнение к идентифицированной нитРНК генерировать короткие 3′-цРНК (S9 фиг.). Такие короткие 3′-цРНК были редкостью в наших данных, но были описаны [40]. В Tetrahymena имеется индуцированная голоданием более длинная 3′-цРНК, которая процессируется с помощью пути piwi с образованием CCA-3′-цРНК [41]. «Остаток» более длинной 3′-цРНК очень похож на нитРНК, которая, как мы обнаружили, увеличивается в сперме в ответ на диету с высоким содержанием сахара. Одним из объяснений отсутствия короткой 3′-цРНК в нашем исследовании является то, что эти фрагменты могут содержать посттрансляционные модификации, несовместимые с нашими протоколами подготовки библиотек.Это должно быть рассмотрено в будущих исследованиях.
Параллельный сдвиг подвижности сперматозоидов и цРНК
Подвижность сперматозоидов увеличилась в ходе исследования и стала заметной уже после первой недели здорового питания. Хотя мы не можем отделить эффект основной здоровой диеты от высокого потребления сахара, возможно, что увеличение подвижности сперматозоидов было прямым следствием здорового питания, которое могло сохраняться до второй недели.
Глюкоза, однако, играет множество ролей в зрелых сперматозоидах [42] и, как известно, быстро влияет на подвижность сперматозоидов in vitro [43,44].Вероятно, это связано с тем, что зрелые сперматозоиды человека используют глюкозу и фруктозу в качестве основного источника АТФ. Как показано в сперме хряка, митохондриальная транскрипция, в отличие от ядерной, оказывается полностью активной и зависит от АТФ [45]. Следовательно, возможно, что то, что мы видим как увеличение митохондриальной цРНК, является результатом более полноразмерной митохондриальной тРНК, вызванной сахарозависимой транскрипцией генов. Такие утверждения, конечно, требуют дальнейшего расследования. Тем не менее, хотя мы не измеряли уровень глюкозы в семенной жидкости напрямую, мы не наблюдали изменений уровня глюкозы в крови во время эксперимента (таблица S2), что делает прямое определение уровня глюкозы в сперматозоиде маловероятным объяснением наших результатов.Отсутствие изменений в уровне глюкозы в крови, а также повышение уровня триглицеридов (таблица S2) вместо этого предполагают, что участники продемонстрировали здоровый метаболизм сахара и, под влиянием гормональных реакций, быстро преобразовали сахар в крови в жирные кислоты. Известно, что зрелые сперматозоиды несут рецепторы лептина [46] и обладают способностью чувствовать инсулин [47], что in vitro положительно влияет на подвижность сперматозоидов [48]. Если бы такие гормональные пути были бы связаны с внутриклеточным каскадом, который активирует PUS7-подобное псевдоуридинилирование (см. Обсуждение в разделе «Биогенез ядерной цРНК сперматозоидов») и последующее расщепление Т-петлей существующего пула тРНК сперматозоидов, это было бы сильным кандидатом для объясняя по крайней мере некоторые из наших результатов.
Учитывая, что сперматогенез у человека занимает примерно 70 дней [49] — по крайней мере, транскрипция ядерного гена сильно подавляется на более поздних стадиях (см. [50] для обсуждения этого вопроса) — может показаться маловероятным, что быстрые изменения в пуле sncRNA опосредуются транскрипцией эндогенного гена сперматозоидов. Таким образом, быстрые изменения, скорее всего, объясняются либо процессингом цРНК из уже существующего пула тРНК, либо переносом цРНК из соматических клеток с интактной транскрипцией гена (рис. 7).Таким образом, восприятие питательных веществ может работать либо через прямые, либо через косвенные механизмы восприятия, так что сама сперма или соматические клетки ощущают поток пищи и выполняют ответ.
Рис. 7. Альтернативные гипотезы быстрого ответа на диету в сперме человека.
Поскольку эндогенная транскрипция ядерных генов в сперматозоидах на поздней стадии сильно подавлена, быстрые ответы, вероятно, зависят от активации латентных факторов, уже имеющихся в сперматозоиде, или от переноса критических факторов из окружающих соматических клеток.Возможные механизмы активации латентного фактора включают прямое восприятие сперматозоидов питательных веществ, содержащихся в семенной жидкости, или межклеточную передачу сигналов посредством связывания рецептор-лиганд. Экзосомы, которые представляют собой небольшие внеклеточные везикулы, которые, как известно, переносят sncRNA между клетками, являются кандидатами для передачи sncRNA от сомы к сперматозоиду, такой как tsRNA, а также других факторов, влияющих на подвижность сперматозоидов. Известно, что у человека основные эпидидимальные клетки и ацинарные клетки предстательной железы мужского репродуктивного тракта выделяют такие экзосомы в семенную жидкость.Таким образом, перенос экзосом является единственным известным механизмом, который может увеличивать ядерную sncRNA в сперматозоидах на поздних стадиях путем транскрипции de novo. Транскрипция митохондриальной sncRNA в зрелых сперматозоидах менее изучена. sncRNA, малая некодирующая РНК; цРНК, малая РНК, полученная из тРНК.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.g007
Недавние исследования на мышах предполагают, что соматические клетки мужского репродуктивного тракта способны переносить sncRNA через семенной просвет в созревающие сперматозоиды [26,27, 51–53].Этот перенос РНК от сомы к зародышевой линии является потенциальным путем передачи информации от одного поколения к следующему и предполагает, что мобильная РНК является молекулярным механизмом для межпоколенческого эпигенетического наследования [54,55]. Считается, что перенос РНК опосредуется экзосомами, которые представляют собой небольшие внеклеточные везикулы, которые, как известно, несут ряд биологически активных молекул, включая sncRNA, и их много в семенной жидкости человека [56,57]. У людей в мужском репродуктивном тракте описаны два типа экзосом: эпидидимосомы, происходящие из основных эпидидимальных клеток, и простатасомы из ацинарных клеток простаты.Было показано, что небольшие последовательности РНК простатасомы из семенной жидкости человека содержат sncRNA, включая tsRNA [57], но еще не известно, могут ли они доставлять свой груз к зрелым сперматозоидам. Тем не менее простатасомы могут увеличивать подвижность сперматозоидов [58]. Таким образом, наши данные об одновременном увеличении подвижности сперматозоидов и цРНК в ответ на короткое диетическое вмешательство соответствуют экзосомальному пути передачи сомы к зародышевой линии.
Есть ли роль цРНК в метаболических эффектах между поколениями у людей?
На мышах было показано, что 5′-GlyGCC, который присутствует в большом количестве в сперматозоидах и на который влияет низкобелковая диета, подавляет гены, необходимые для пролиферации эндогенных ретровирусов мышей в эмбрионах и в эмбриональных стволовых клетках [26].Более того, было показано, что короткие CCA-3′-цРНК ингибируют этот тип ретротранспозонов в доимплантационных стволовых клетках мышей [59]. Поэтому было высказано предположение, что цРНК защищает от реактивации мобильных элементов во время репрограммирования до плюрипотентной стадии [59]. Существует множество доказательств, связывающих регуляцию мобильных элементов с метаболическими фенотипами. Первый (и до сих пор один из лучших примеров эпигенетического наследования ожирения) — это трансгенерационный контроль ретротранспозона перед геном агути у мышей [60].Более того, SETDB1 и TRIM28 (также известный как KAP1), которые оба репрессируют ретротранспозоны, также модулируют ожирение у мышей [61,62]. Таким образом, возможно, что цРНК сперматозоидов — посредством прямого контроля ретротранспозонов или генов, несущих регуляторные элементы, заимствованные из ретротранспозонов, — устанавливают долгосрочные метаболические программы в эмбрионе, которые позже определяют риски ожирения у потомства.
Принимая во внимание накапливающиеся доказательства того, что sncRNA является мобильным источником межклеточной коммуникации, возникает интригующая идея, что эта связь эффективна также от сперматозоида к яйцеклетке.Это убедительно подтверждается исследованиями на мышах [24,26,28], но из-за этических ограничений такие исследования трудно проводить на людях. Несмотря на то, что недавнее исследование качества эмбриона, проведенное Хуа и его коллегами [34], поддерживает эту идею, убедительные доказательства того, что яйцеклетка человека реагирует на изменения в пуле sncRNA сперматозоидов, или на то, что было названо кодом sncRNA [63], являются отсутствует. Мы, однако, показали, что человеческая сперма обладает пластичностью, чтобы переконфигурировать код sncRNA сперматозоида в ответ на быстрые изменения окружающей среды, что у других видов послужило сигналом для следующего поколения.Наиболее важно то, что параллельная реакция подвижности сперматозоидов и сдвиги в коде sncRNA указывает на то, что может быть общая этиология между мужской фертильностью и метаболическими реакциями между поколениями.
Мы пришли к выводу, что человеческая сперма очень чувствительна к диетическим изменениям, и предполагаем, что эта чувствительность включает взаимодействие между кодом sncRNA и функцией сперматозоидов. Вероятно, это обусловлено двумя независимыми путями, разделенными клеточной компартментацией (ядерной / митохондриальной). Дальнейшее изучение этих путей может иметь решающее значение не только для понимания глобального снижения функции сперматозоидов человека, но и может предоставить возможный механизм быстрых межпоколенческих метаболических реакций, которые до сих пор описаны только у животных.
Материалы и методы
Заявление об этике
Исследование было одобрено в соответствии с Хельсинкской декларацией региональным советом по этике Университета Линчёпинга, Швеция (номер разрешения: 2016 / 183-31). Мы получили письменное информированное согласие всех участников.
Дизайн исследования и участники
Диетическое вмешательство проводилось в течение 2-недельного периода. В него вошли 15 добровольцев, нанятых рекламодателями в Университете Линчёпинга, Швеция.Критерии включения: возраст от 20 до 30 лет, отсутствие ожирения (т. Е. ИМТ <30,0 кг / м 2 ), некурящий и всеядный. В течение 2 недель диетического вмешательства набранные участники обязались воздерживаться от алкоголя, и их попросили поддерживать постоянный уровень активности.
Расчет TEE
Перед началом вмешательства уровень физической активности участников (PAL) оценивался с помощью анкеты, включающей вопросы, касающиеся их PAL на работе и дома / в свободное время [64].BodPod (COSMED USA, Конкорд, Калифорния) использовался для измерения жировой и безжировой массы. Мы также измерили вес и рост участников, по которым была предсказана базальная скорость метаболизма (BMR) участников в соответствии с возрастом [65]. Затем TEE участников был рассчитан как TEE = BMR × PAL [32]. Предполагалось, что расчетное TEE для каждого участника соответствует их индивидуальной суточной потребности в энергии (то есть потребляемой энергии, необходимой для поддержания их текущей массы тела) (таблица S1).
Диетическое вмешательство
В течение первой недели диеты участники ( n = 15) получали стандартизированную здоровую диету с потреблением энергии, соответствующей их расчетному TEE.Диета была разработана с учетом рекомендаций по питанию северных стран [32] и предполагала следующее распределение энергии по приемам пищи: завтрак 25%, обед 30%, ужин 30% и закуски 15%. Все блюда были предоставлены исследовательской группой, и участники были проинструктированы пить только воду в течение первой недели исследования. На завтрак им давали натуральный йогурт (3% жирности), сухие завтраки (цельнозерновые), натуральный фундук, банан, хрустящий хлеб, масло (60% жирности), твердый сыр (28% жирности), яйцо и перец.На закуски участники получили банан, яблоко, помидоры черри, молодую морковь и натуральный миндаль. Обед и ужин были предоставлены университетским рестораном в тесном сотрудничестве с диетологами исследовательской группы и прошли такую же тщательную стандартизацию, как и все другие блюда.
В течение второй недели участники получали ту же стандартизированную здоровую диету, как описано выше. В дополнение к этой диете участники также потребляли конфеты (за исключением шоколада и солодки) и подслащенные напитки, что соответствовало 50% их расчетного ЧВВП.Баланс между конфетами и подслащенными напитками был скорректирован в соответствии с их собственными предпочтениями для оптимизации соблюдения. Употребление конфет и подслащенных напитков вместе со стандартизированной здоровой диетой привело к потреблению энергии, которое соответствовало 150% от их расчетного TEE.
Сбор спермы
образцов спермы были получены от каждого человека в исследовательской группе ( n = 15) в трех временных точках в Центре репродуктивной медицины Университетской больницы Линчёпинга в период с ноября 2016 года по октябрь 2017 года.Образцы получали мастурбацией после 2-3 дней полового воздержания, собирали в стерильные 50 мл неспермиотоксичные полипропиленовые пробирки и позволяли разжижаться при комнатной температуре. После разжижения спермы были получены стандартные параметры спермы (объем, плотность, подвижность, лейкоциты) в соответствии с критериями Всемирной организации здравоохранения [66].
Получение подвижных сперматозоидов и дальнейшая обработка
Подвижных сперматозоидов получали с использованием прерывистого (1.5 мл 80% / 1,5 мл 40%) градиент PureSperm (Nidacon Int, Гетеборг, Швеция). Чистую сперму (0,5–2,0 мл) наслаивали на верхнюю часть градиента и центрифугировали при 300 g в течение 20 минут с последующим ресуспендированием осадка в уравновешенной среде для подготовки спермы (PureSperm Wash; Nidacon). Затем суспензию сперматозоидов центрифугировали при 500, g, в течение 10 минут, ресуспендировали и разбавляли до подходящей концентрации / объема подвижных сперматозоидов (с использованием счетной камеры Маклера; Cellvision, Heerhugowaard, Нидерланды) в уравновешенной среде PureSperm Wash.Доля подвижных сперматозоидов после приготовления всегда была> 97%. Затем аликвоты подготовленных подвижных сперматозоидов (0,03–0,10 мл; общее количество подвижных сперматозоидов в эякуляте от 0,35 до 21 миллиона) затем переносили в 1,5 мл ПЦР-чистые микропробирки с последующим немедленным замораживанием в жидком азоте (-196 ° C). Суспензии замороженных сперматозоидов хранили при -80 ° C до последующей экстракции РНК сперматозоидов.
Экстракция РНК
ЭкстракциюРНК проводили с использованием набора miRNeasy Micro (Qiagen, Венло, Нидерланды) и выполняли в соответствии с инструкциями производителя с небольшими корректировками.Особое внимание было уделено тому, чтобы образцы спермы никогда не оттаивали перед гомогенизацией. К замороженным образцам добавляли 0,15 г замороженных стальных шариков 0,2 мм (SSB02-RNA NextAdvance, Troy, NY) с последующим добавлением предварительно охлажденного Qiazol (Qiagen). Образцы быстро перемещали в Tissue Lyser LT (Qiagen) и гомогенизировали со скоростью 30 колебаний в секунду в течение 5 минут с последующим нагреванием до 37 ° C и затем гомогенизацией в течение еще 3 минут [67]. Добавляли хлороформ и проводили разделение фаз центрифугированием при 12000 g .Верхние фазы собирали и наносили на спин-колонки с РНКазой MinElute, входящие в комплект. Затем колонки повторно промывали перед тем, как РНК элюировали 14 мкл воды и хранили при -70 ° C до приготовления библиотеки.
Подготовка библиотеки
Подготовка библиотекибыла выполнена с помощью набора для подготовки библиотеки малых РНК NEBNext для Illumina (New England Biolabs, Ipswich, MA) в соответствии с инструкциями производителя со следующими незначительными изменениями. Образцы стандартизировали по количеству введенных сперматозоидов, и праймеры в наборе разводили соответственно 1: 7.Амплифицированные библиотеки очищали с использованием Agencourt AMPure XP (Beckman Coulter, Brea, CA) и выбирали размер для фрагментов от 130 до 165 нуклеотидов на предварительно залитом 6% полиакриламидном геле Novex TBE (Invitrogen, Waltham, MA). Экстракцию геля проводили с использованием пробирок для разрушения геля (IST Engineering, Milpitas, CA) в буфере, входящем в набор NEBNext. Дезинтегрированные гели инкубировали при 37 ° C в течение 1 часа на шейкере, быстро замораживали в течение 15 минут при -80 ° C, после чего следовала еще одна инкубация в течение 1 часа. Все оставшиеся остатки геля удаляли с помощью Spin-X 0.Центрифужные пробирки 45 мкм (Corning Inc., Corning, NY) в соответствии с рекомендациями протокола NEBnext. Библиотеки осаждали в течение ночи при -80 ° C путем добавления 1 мкл GlycoBlue (Invitrogen) в качестве соосадителя, 0,1-кратного объема ацетата 3M (pH 5,5) и 3-кратного объема 100% этанола. Концентрации библиотеки оценивали с использованием ДНК-системы QuantiFluor ONE ds на флуорометре Quantus (Promega, Madison, WI). Объединенные библиотеки секвенировали на NextSeq 500 с помощью NextSeq 500/550 High Output Kit, версия 2, 75 циклов (Illumina, San Diego, CA).Все объединенные библиотеки прошли стандартный контроль качества Illumina.
Предварительная обработка последовательных чтений
S1 Text содержит сценарий R с инструкциями и функциями о том, как автоматически импортировать данные из таблиц S1 – S4 и данных S1 и S2 и восстановить некоторые результаты, представленные в основной статье. Обновления скрипта будут публиковаться на https://github.com/Danis102.
Cutadapt версии 1.9.1 [68] использовался для обрезки любых остатков последовательности адаптера (AGATCGGAAGAGCACACGTCTGAACTCCAGTCA) из секвенированных считываний.Были сохранены только обрезанные считывания между 15–45 нуклеотидами, содержащие последовательность адаптера, и с 80% нуклеотидов, показывающих оценки качества Illumina (Q-score)> 20. Средняя глубина составила 30,05 ± 1,14 млн считываний на образец (мин. = 17,23 млн), из которых не менее 81,54% прошли наши начальные фильтры. Для первоначального анализа обрезанные чтения были сопоставлены с малыми РНК с помощью Sports 1.0, аналитического рабочего процесса на основе perl, хорошо подходящего для многих типов малых РНК, включая рсРНК [69]. Мы использовали настройки по умолчанию и файлы базы данных для генома человека, которые доступны на спортивном гитхабе (https: // github.com / junchaoshi / sports1.0; по состоянию на июнь 2019 г.). Это включало файлы генома hg38 UCSC, miRNA из miRbase 21, рРНК из NCBI / Nucleutide, тРНК из GtRNAdb, piRNA из pirBase и piRNAbank, другие нкРНК из ensembl (release-89) и rfam 12.3. Средние значения, суммированные по биотипам (рсРНК, цРНК, миРНК и т. Д.), Были основаны на аннотациях по умолчанию в выходных файлах спортивных результатов. Чтобы избежать слишком большого шума, был применен фильтр неконсервативного охвата, который отбрасывал фрагменты с <0,01 считывания на миллион (об / мин) в 33% выборок (3 образца на участника).Данные о спортивных результатах доступны в S1 Data.
ТРНК-специфическое картирование и анализ с использованием MINTmap
Поскольку Sports в настоящее время не поддерживает расширенный анализ митохондриальной тРНК, для более специфического анализа тРНК вместо этого использовалась MINTmap версии 1.0 [33]. Обрезанные адаптером и качественно отфильтрованные чтения были сопоставлены с базой данных тРНК MINTbase, содержащей 640 полноразмерных последовательностей тРНК. Мы использовали настройки по умолчанию для генома человека GRCh47 / hg19. Анализ включал цРНК, которые картировались исключительно с последовательностями тРНК, цРНК, которые неоднозначно картировали последовательности тРНК с возможным дополнительным выравниванием геномных последовательностей за пределами пространства тРНК, и аналогичные последовательности тРНК.Классификации вместе с выходными данными MINTmap, нормализованными к RPM по отношению к общему количеству чтений в исходном файле fastq, представлены в S2 Data.
Аннотации для изоакцепторов / декодеров (например, LysCTT, ArgCGG), подтипа цРНК (5′-половина, 5′-цРНК, и-цРНК, 3′-цРНК, 3′-половина) и полных последовательностей тРНК были получены из Файлы программного обеспечения MINTmap, а аннотация петли тРНК была получена с веб-страницы MINTbase (https://cm.jefferson.edu/MINTbase/; дата обращения 29.11.2018). MINTbase определяет подтипы цРНК следующим образом: 5′-цРНК и 5′-половинки выравниваются со своим первым положением в первом положении зрелой тРНК, тогда как 3′-цРНК и 3′-половинки имеют полноразмерную последовательность терминации тРНК — CCA — на их 3′-концах.5′- и 3’-половинки являются точными фрагментами, оставляя 5′- и 3′-цРНК как все остальное, короче или длиннее, чем половинки. Пятый подтип, i-цРНК, представляет собой любой фрагмент, который не начинается и не заканчивается в начальной или конечной части полноразмерной тРНК.
Значенияоб / мин были проанализированы с использованием различных пакетов в R версии 3.5.1 и Bioconductor версии 3.7. Если не указано иное, мы применили фильтр покрытия, отбрасывающий фрагменты с <1 об / мин в 33% образцов, и фильтр размера, сохраняющий фрагменты между 16 и 45 нуклеотидами.Всего было сохранено 1725 уникальных фрагментов, что составляет 3,75% от всех последовательностей, обнаруженных MINTmap. Эти числа были ожидаемыми, потому что большинство фрагментов были обнаружены только при низком покрытии в одном или нескольких образцах, и потому что обнаружение более 45 нуклеотидов было искажено процедурами выбора размера геля.
Поскольку полноразмерные тРНК часто встречаются в нескольких связанных копиях, содержащих последовательности, которые полуконсервированы в этих копиях, некоторые фрагменты будут отображаться на множественные полноразмерные тРНК. Поэтому о проблемах множественного сопоставления сообщается в таблице S4 и данных S1 / S2.Чтобы иметь возможность визуализировать наши результаты, мы постоянно сообщаем о наиболее выровненной полноразмерной тРНК, показывающей самый высокий охват RPM. Однако следует подчеркнуть, что некоторые из фрагментов могли происходить из других полноразмерных тРНК, которые имеют общую последовательность с наиболее выровненной / покрытой полноразмерной тРНК.
Чтобы сопоставить каждый фрагмент с разрешением одного нуклеотида в наилучшим образом выровненных / покрытых полноразмерных тРНК, мы использовали функцию vmatchPattern в Biostrings версии 2.48 [70], в то время как покрытие тРНК рассчитывалось на дискретных значениях RPM с использованием функции покрытия в GenomicRanges 1.32,6 [71]. Поскольку MINTmap добавляет неопределенные нуклеотиды (NNN) к 3′- и 5′-концам, это также было добавлено в наш анализ выравнивания последовательностей и анализа покрытия. Для анализа и построения T-петли была использована версия 1.3.1 [72] stringr для стандартизации начальной позиции T-петли до первого появления консервативных последовательностей TTC или ATC (что составляет 80,1% и 6,1% всех 640 тРНК, соответственно). Аналогичный подход был использован для локализации мотива TTCGA в Т-петле. Исходное положение для T-петель без TTC или ATC было установлено на первый 5′-нуклеотид в T-петле.Затем рассчитывали расстояние между концом фрагмента 3 ‘и началом 5’ Т-образной петли. Чтобы справиться с проблемами множественного сопоставления, фрагментам было назначено наиболее распространенное расстояние между множественными сопоставлениями полноразмерных тРНК. Графики были созданы с использованием ggplot2 версии 3.0 [73].
Анализ цРНК на внешних наборах данных
Для сравнения с соответствующими ранее опубликованными данными о малых РНК сперматозоидов человека мы загрузили необработанные файлы fastq из когорты худых ( n = 13) и страдающих ожирением ( n = 10) взрослых мужчин, опубликованные Донкиным и коллегами и доступные в проекте NCBI Sequence Read Archive (SRA) (SRP065418; Gene Expression Omnibus [GEO] access: GSE74426) [25] с использованием инструментария SRA версии 2.9.2 [74]. Аналогичным образом, данные исследования, опубликованного Хуа и его коллегами, посвященного изучению РНК сперматозоидов в отношении высокого ( n = 23) и низкого ( n = 64) качества эмбрионов после экстракорпорального оплодотворения (проект SRA: SRP132262; доступ GEO: GSE110190 ) [34] был загружен. Необработанные чтения были обрезаны, отфильтрованы по качеству и импортированы в MINTmap, как описано ранее. Наша проверка качества выявила серьезный выброс среди выборок худых из набора данных Донкина и его коллег, который был исключен из дальнейшего анализа (окончательный набор данных: худой n = 12; ожирение n = 10).Поскольку обрезанные адаптером считывания из набора данных Донкина и его коллег имели максимальную длину считывания 32 нуклеотида, шведский набор данных включал только цРНК с ≤32 нуклеотидами при анализе в разных исследованиях.
Проверка цРНК с помощью кПЦР
Количественное определение цРНК с использованием ретротранскрипции «стебель-петля» (RT) описано в другом месте [39]. Вкратце, 20 нг тотальной РНК сперматозоидов инкубировали при 65 ° C в течение 5 минут с 0,5 мкл 10 мМ dNTP и 1 мкл tsRNA-специфичного праймера для ОТ с петлей типа «стволовая петля» (LysCTT: GTCGTATCCAGTGCAGGGTCCGAGGTATTCGCACTGGATTACGAC AACCCGGATCAGTCCGATCAGCACGATCACGACCAGCGTAC .Затем образцы немедленно помещали на лед на 2 минуты с последующим добавлением 6,45 мкл смеси RT, 4 мкл 5-кратного буфера для первой цепи, 2 мкл 0,1 M DTT, 0,2 мкл RNase OUT и 0,25 мкл Superscript III (Thermo Scientific, Waltham , Массачусетс). RT выполняли при 16 ° C в течение 30 минут, 60 циклов при 30 ° C в течение 30 секунд, 42 ° C в течение 30 секунд и 50 ° C в течение 1 секунды и заканчивали инактивацией фермента при 85 ° C в течение 5 минут. Полученную кДНК разводили 1: 5 перед проведением кПЦР с использованием SsoAdvanced Universal SYBR Green Supermix (BioRad, Hercules, CA) со специфичным для цРНК прямым праймером (LysCTT: TGGGACTCTTAATCCCAGGG; MT_SerTGA: AAAGTCATGGAGGCCATGGG праймером универсальной петли) и универсальным праймером обратной петли. (GTGCAGGGTCCGAGGT).Специфичность продукта подтверждали электрофорезом в агарозном геле и отсутствием сигнала в контролях без матрицы и без RT.
Статистика
Весь анализ секвенирования tsRNA / rsRNA был выполнен на дискретизированных значениях RPM, импортированных в смешанную линейную модель повторного измерения с отрицательным биномиальным распределением с использованием пакета lme4 версии 1.1.18.1 [75]. Эта модель была мотивирована парным дизайном выборки, а также тем, что значения RPM основаны на счетчиках считываний, которые ранее показали лучшую согласованность с отрицательным биномиальным распределением, а не с распределением Гаусса или Пуассона [76].Поскольку в настоящее время не существует метода для моделирования статистической зависимости между близкородственными цРНК, которые могут происходить или не происходить из одной и той же тРНК (см. Подзаголовок «Специфичное картирование и анализ тРНК с использованием MINTmap»), мы не скорректировали наши значения p для множественное тестирование. Не зная зависимости между цРНК, существует серьезный риск совершения ошибок типа II (ложноотрицательные) при использовании любого существующего подхода для исправления множественных тестов в анализе tsRNA-seq. Кластерный анализ и визуализация были выполнены с использованием иерархической кластеризации на евклидовых расстояниях от масштабированных данных по центру с использованием ape 5.2 [77]. Для проверки количественной ПЦР использовались парные и двусторонние (большее выражение в сахаре, чем в здоровом) тесты Вилкоксона с ранговыми знаками.
Дополнительная информация
S1 Рис. Распределение размеров и смещение первых нуклеотидов малой РНК сперматозоидов.
Гистограммы для всех эякулятов от всех участников ( n = 15 участников × 3 повторных эякулята). Цвета для первого N ; Красный = A, Зеленый = C, Синий = G, Пурпурный = T).
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.s001
(EPS)
S2 Рис. Анализ рсРНК с использованием Sports 1.0.
(A) Средняя экспрессия участников rsRNA, суммированная по полноразмерным ядерным (5S, 5,8S, 18S, 28S) и митохондриальным (12S, 16S) субъединицам рРНК. 45S — единица транскрипции пре-рРНК, с исключением картирования рсРНК на субъединицы 5,8S, 18S и 28S, оставляя только 2 спейсера. (B) Различия в изменении кратности на rsRNA сахара по сравнению со здоровой диетой. Круговые диаграммы показывают процентное соотношение фрагментов с повышенной / пониженной регуляцией.(C) Сложите изменения каждого участника. Активируются только субъединицы митохондриальной рРНК. (D) Охват различных субъединиц рРНК с использованием данных текущего исследования (левый столбец) и данных двух контрастных исследований, направленных на различия малых РНК сперматозоидов у мужчин с ожирением и худощавых мужчин (средний столбец [25]) и мужчин, генерирующих высокие или низкие показатели. -качественные эмбрионы, оплодотворенные in vitro (правая колонка [34]). Стрелки показывают самый высокий пик каждой субъединицы в текущем исследовании. (E) Различия в экспрессии субъединицы рсРНК сперматозоидов между худыми (светлые) и тучными (темные) мужчинами.Митохондриальные субъединицы подавлены. (F) То же, что и (E), но между эмбрионами высокого (светлого) и низкого (темного) качества. Прокладки 45S и, возможно, 12S (см. D) имеют повышенное качество. * p < 0,05 и ** p < 0,01 отрицательные биномиальные обобщенные линейные (контрастные исследования) или смешанные линейные (текущее исследование) модели. Данные доступны в S1 Data, проекте SRA: SRP065418 и проекте SRA: SRP132262.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.s002
(EPS)
S3 Фиг.Проверка фрагментов цРНК с помощью кПЦР.
Две чувствительные к диете цРНК — ядерная LysCTT i-цРНК (нитРНК) и митохондриальная SerTGA 5′-цРНК — были выбраны для проверки qPCR. (A) Картирование цРНК (жирный шрифт) по полноразмерной тРНК. (B) Оба анализа успешно амплифицированы в чЭСК с почти экспоненциальной эффективностью. (C) Результаты секвенирования и КПЦР хорошо коррелировали для всех участников ( n = 30; 15 здоровых, 15 сахара). Обратите внимание, что высокое значение Ct означает более низкую экспрессию. (D) И сперматозоиды, и чЭСК генерировали уникальные фрагменты ожидаемого размера после кПЦР.(E) Односторонний знаковый ранговый тест Вилкоксона также подтвердил, что экспрессия была выше в сахаре, чем в здоровом. Вместе эксперимент кПЦР подтвердил присутствие цРНК в сперматозоидах, а также в чЭСК и подтвердил влияние диетического вмешательства. Данные доступны в S3 Data. hESC, эмбриональные стволовые клетки человека; МТ, митохондриальный.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.s003
(EPS)
S4 Рис. Воспроизводимое покрытие цРНК на чувствительных к диете ядерных цРНК в независимых исследованиях.
На графиках показаны параллельные сравнения между настоящим исследованием (левый столбец) и исследованием ожирения Донкина и его коллег [25] (средний столбец) и исследованием качества эмбрионов Хуа и его коллегами [34] (правый столбец) по нуклеотиду. охват полноразмерных последовательностей тРНК. Левый столбец; Красные линии = сахарная диета, синие линии = здоровое питание. Средний столбец; Красные линии = полные мужчины, синие линии = худощавые мужчины, правый столбец; Красные линии = эмбрионы высокого качества, Синие линии = эмбрионы низкого качества. Данные доступны в S2 Data, проекте SRA: SRP065418 и проекте SRA: SRP132262.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.s004
(EPS)
S5 Рис. Воспроизводимое покрытие цРНК, но обратное влияние на чувствительные к диете митохондриальные тРНК в независимых исследованиях.
На графиках показаны параллельные сравнения между настоящим исследованием (левый столбец) и исследованием ожирения Донкина и его коллег [25] (средний столбец) и исследованием качества эмбрионов Хуа и его коллегами [34] (правый столбец) по нуклеотиду. охват полноразмерных последовательностей тРНК.Левый столбец; Красные линии = сахарная диета, синие линии = здоровое питание. Средний столбец; Красные линии = ожирение, синие линии = худой, правый столбец; Красные линии = эмбрионы высокого качества, Синие линии = эмбрионы низкого качества. Данные доступны в S2 Data, проекте SRA: SRP065418 и проекте SRA: SRP132262.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.s005
(EPS)
S6 Рис. Средний состав различных подтипов малых РНК в исследованиях.
Текущее исследование сравнивали с двумя другими исследованиями, Donkin et al. [25] и Hua et al. [34].Диаграммы были построены с использованием идентичного рабочего процесса по умолчанию в Sports 1.0, при сохранении только фрагментов от 16 до 45 нуклеотидов с минимум 0,01 об / мин в 100% образцов. Данные доступны в S1 Data, проекте SRA: SRP065418 и проекте SRA: SRP132262.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.s006
(EPS)
S7 Рис. Митохондриальные цРНК демонстрируют разнообразный репертуар сайтов расщепления.
Графики демонстрируют тот же анализ покрытия и сайта расщепления, который был представлен на рис. 5A – 5D для ядерной цРНК, но со значительными изодекодерами митохондриальной тРНК, представленными на рис. 2H.Каждая панель изодекодера разделена на 3 субпанели: общий охват нуклеотидов (верхняя панель), экспрессия начального сайта (средняя панель) и экспрессия конечного сайта (нижняя панель). Каждая панель суммирована в виде среднего числа оборотов в минуту для сахара (темно-серый) и здорового (светло-серый), соответственно. В отличие от ядерных тРНК, митохондриальные тРНК не обнаруживают очевидной когерентности в локализации сайта расщепления. Обратите внимание, однако, что они все еще сильно сорегулируются, как показано кластерным анализом на рис. 3 и диаграммой рассеяния на рис. 6F.Данные находятся в S2 Data.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.s007
(EPS)
S8 Рис. Доказательства расщепления нитРНК в TTCGA T-петле изодекодера тРНК с высоким содержанием 5′-цРНК.
Графики, показывающие разницу между сахаром (красный) и здоровым (синий) в отношении нуклеотидного покрытия между типами цРНК, нанесенными на последовательность GluCTC. Верхняя панель показывает 5′-цРНК и 5′-половины, средняя панель i-цРНК и нижняя панель 3′-цРНК и 3′-половины. На изодекодер GluCTC не влияла диета с высоким содержанием сахара при включении всех типов отображаемых на нее фрагментов (рис. 2H).Однако при анализе расщепления Т-петли было выявлено наличие значительных нитРНК (таблица S4) (рис. 5J). Обратите внимание, что диета не повлияла на 5′-цРНК и 5′-половинки (верхняя панель), что объясняет, почему она не показала никаких различий в анализе изодекодера. Однако в соответствии с анализом Т-петли, многие i-цРНК увеличивались при высоком содержании сахара (средняя панель). Также обратите внимание, что на 3′-цРНК (нижняя панель), которые, вероятно, являются побочными продуктами расщепления при образовании 5′-цРНК, диета не повлияла. Данные доступны в S2 Data.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.s008
(EPS)
S9 Рис. Производство нитРНК в зависимости от диеты.
Большинство значительно измененных ядерных цРНК имели 3′-конец внутри Т-петли. Положение 5′-стартового нуклеотида было менее точным, скорее оно варьировалось в зависимости от типа изодекодера тРНК. Чувствительное к диете расщепление теоретически должно приводить к соответствующей 3′-цРНК. Хотя были некоторые свидетельства таких совпадающих 3′-цРНК (см. Фиг. 5D, фиг. S4, таблицу S4), они, как правило, демонстрировали низкую экспрессию.Возможные объяснения отсутствия 3′-цРНК включают селективную деградацию 3′-побочных продуктов или то, что только нитРНК (но не 3′-цРНК) доставляются в сперматозоиды путем перемещения экзосом. Несовместимость между модификациями РНК, присутствующими в 3′-побочных продуктах, и ферментами, используемыми при получении библиотек для секвенирования, также является возможным объяснением.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.s009
(EPS)
S4 Таблица. Аннотация и статистическая сводка для анализа MINTmap после фильтрации.
Содержит подробные аннотации и статистические результаты сравнения сахарной и здоровой диеты по всем анализируемым цРНК. Обратите внимание, что столбец «tsRNA type» представлен с исходными названиями MINTmap, где tRF = tsRNA (например, 3′-tRF = 3′-tsRNA).
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.s013
(XLSX)
S5 Таблица. Более подробная информация о цРНК представлена на рис. 3.
Содержит последовательности, идентификаторы MINTmap и координаты генома для цРНК, представленные на рис. 3.Также содержит масштабированные по центру различия RPM между сахарной и здоровой диетами для каждого участника, которые были использованы для построения кладограммы на рис. 3. Цифры в первом столбце относятся к числу цРНК (1–54) на рис. 3. Обратите внимание, что Сценарий R в тексте S1 восстановит полную аналитическую процедуру для рис. 3.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.s014
(XLSX)
S2 Данные. Выходные данные MINTmap.
об / мин отдельной цРНК, извлеченной из MINTmap и нормализованной по отношению к общему количеству чтений исходных файлов необработанной последовательности (fastq).Обратите внимание, что столбец «tsRNA type» представлен с исходными названиями MINTmap, где tRF = tsRNA (например, 3′-tRF = 3′-tsRNA).
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000559.s017
(XLSX)
Благодарности
Мы хотели бы выразить нашу благодарность персоналу ресторана Cellskapet, который позаботился о том, чтобы каждый участник получил персонализированные ланч-боксы, Э. Осту за иллюстрации участников и А. Бельмонту за ценные отзывы во время подготовки рукописи. .
Ссылки
- 1. Нельсон CMK, Bunge RG. Анализ спермы: данные об изменении параметров потенциала мужской фертильности. Фертильность и бесплодие. 1974. 25 (6): 503–7. https://doi.org/10.1016/S0015-0282(16)40454-1 pmid: 4835605
- 2. Карлсен Э., Гиверкман А., Кейдинг Н., Скаккебек NE. Доказательства снижения качества спермы за последние 50 лет. Британский медицинский журнал. 1992. 305 (6854): 609–13. pmid: 13
- 3. Роллан М., Ле Моаль Дж., Вагнер В., Ройер Д., Де Музон Дж.Снижение концентрации и морфологии спермы в выборке из 26 609 мужчин, близких к общей популяции, в период с 1989 по 2005 годы во Франции. Репродукция человека. 2012; 28 (2): 462–70. pmid: 23213178
- 4. Фиш Х. Уменьшение количества сперматозоидов во всем мире: опровержение мифа. Урологические клиники Северной Америки. 2008. 35 (2): 137–46. pmid: 18423235
- 5. Сенгупта П., Датта С., Краевска-Кулак Э. Исчезающие сперматозоиды: анализ отчетов, опубликованных с 1980 по 2015 гг. Американский журнал мужского здоровья.2017; 11 (4): 1279–304. Epub 19.04. pmid: 27099345.
- 6. Хуанг Ц., Ли Б., Сюй К., Лю Д., Ху Дж., Ян И и др. Снижение качества спермы у 30 636 молодых китайских мужчин с 2001 по 2015 гг. Фертильность и бесплодие. 2017; 107 (1): 83–8.e2. https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2016.09.035 pmid: 27793371
- 7. Тигс А.В., Лэндис Дж., Гарридо Н., Скотт Р., Хоталинг Дж. Тенденция общего количества подвижных сперматозоидов с течением времени на двух континентах: оценка анализов спермы от 119 972 бесплодных мужчин.Фертильность и бесплодие. 2018; 110 (4): e27.
- 8. Чанг С., Назем Т.Г., Гунко Д., Ли Дж., Бар-Чама Н., Шамонки Дж. М. и др. Одиннадцатилетнее лонгитюдное исследование доноров спермы в США демонстрирует снижение количества и подвижности сперматозоидов. Фертильность и бесплодие. 2018; 110 (4): e54 – e5.
- 9. Лю И, Дин З. Ожирение, серьезный этиологический фактор мужской субфертильности в современном обществе. 2017; 154 (4): R123. pmid: 28747541
- 10. Пергиалиотис В., Продромиду А., Фрунцас М., Короу Л.М., Влахос Г.Д., Перреа Д.Сахарный диабет и функциональные характеристики сперматозоидов: метаанализ обсервационных исследований. Журнал диабета и его осложнений. 2016; 30 (6): 1167–76. https://doi.org/10.1016/j.jdiacomp.2016.04.002 pmid: 27107613
- 11.
Катиб А. Механизмы, связывающие ожирение с мужским бесплодием. Центральноевропейский урологический журнал. 2015. 68 (1): 79–85. Epub 13.03. pmid: 25
3.
- 12. Du Plessis SS, Cabler S, McAlister DA, Sabanegh E, Agarwal A. Влияние ожирения на нарушения спермы и мужское бесплодие.Обзоры природы Урология. 2010; 7: 153. pmid: 20157305
- 13. Ибаньес-Перес Дж., Сантос-Соррозуа Б., Лопес-Лопес Э., Маторрас Р., Гарсия-Орад А. Обновленная информация о влиянии физической активности на качество спермы: систематический обзор и метаанализ. Архив гинекологии и акушерства. 2019; 299 (4): 901–21. pmid: 30671700
- 14. Салас-Уэтос А., Булло М., Салас-Сальвадо Дж. Диетические модели, продукты питания и питательные вещества в параметрах мужской фертильности и фертильности: систематический обзор наблюдательных исследований.Обновление репродукции человека. 2017; 23 (4): 371–89. pmid: 28333357
- 15. Слышал E, Martienssen RA. Эпигенетическая наследственность между поколениями: мифы и механизмы. Клетка. 2014. 157 (1): 95–109. pmid: 24679529
- 16. Перес М.Ф., Ленер Б. Эпигенетическая наследственность между поколениями и между поколениями у животных. Природа клеточной биологии. 2019: 1.
- 17. Рандо О.Дж., Симмонс Р.А. Я ем для двоих: диета родителей влияет на метаболизм потомства. Клетка.2015; 161 (1): 93–105. pmid: 25815988.
- 18. Менеджер по продажам, Фергюсон-Смит АС, Патти М. — Э. Эпигенетические механизмы передачи метаболических заболеваний из поколения в поколение. Клеточный метаболизм. 2017; 25 (3): 559–71. pmid: 28273478
- 19. Ост А., Лемпрадл А., Касас Э., Вейгерт М., Тико Т., Дениз М. и др. Отцовская диета определяет состояние хроматина у потомства и межпоколенческое ожирение. Клетка. 2014. 159 (6): 1352–64. pmid: 25480298
- 20. Allshire RC, Эквалл К.Эпигенетическая регуляция состояний хроматина у Schizosaccharomyces pombe. Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии. 2015; 7 (7): a018770. pmid: 26134317
- 21. Чех B, Hannon GJ. Одна петля, чтобы управлять ими всеми: цикл пинг-понга и подавление звука, управляемое piRNA. Направления биохимических наук. 2016; 41 (4): 324–37. pmid: 26810602
- 22. Пантано Л., Джодар М., Бак М., Баллеска Дж. Л., Томмеруп Н., Олива Р. и др. Содержание малых РНК в человеческих сперматозоидах выявляет производные от псевдогена piРНК, комплементарные генам, кодирующим белок.РНК. 2015; 21 (6): 1085–95. Epub 2015/04/24. pmid: 25
40
источников топлива / энергии сперматозоидов | SpringerLink
- M.M. Misro
- T. Ramya
Первый онлайн:
- 4 Цитаты
- 2,5 км Загрузки
Abstract
При подготовке к успешному оплодотворению сперматозоиды проводят значительное количество времени, созревая в мужских и женских репродуктивных трактах, что дает им способность к оплодотворению.Одним из наиболее важных изменений, достигаемых сперматозоидами во время эпидидимального транзита, является развитие прогрессирующей подвижности вперед, которая в первую очередь зависит от энергии. Потребность сперматозоидов в энергии выходит на первый план только тогда, когда сперматозоиды либо эякулируют, либо суспендируют в искусственной среде, что в конечном итоге дает им возможность и среду двигаться и становиться подвижными. Любая транспортная система может работать только при наличии соответствующей опоры топливной техники.Сперматозоиды используют энергию для подвижности, которая в основном находится в форме внутриклеточного АТФ, образующегося при окислении субстратов, фруктозы, глюкозы, сорбита, лактата или пирувата. Подвижность сперматозоидов вызывается биением чрезвычайно длинного жгутика, который составляет более 90% общей длины сперматозоидов млекопитающих. Топливо неизбежно для этого эффективного движения жгутиков, ведущего к подвижности, одной из критических функциональных возможностей всех сперматозоидов. Сперматозоиды, лишенные / измененные характеристики движения или истощенные топливные ресурсы, или и то, и другое, теряют способность двигаться вперед и не могут оплодотворить яйцеклетку.Таким образом, важно знать энергетический статус сперматозоидов, чтобы понять их подвижность, выживаемость и изменения, которым они подвергаются в течение всего жизненного цикла. Хотя сперматозоиды всех видов нуждаются в энергии для подпитки своего движения, разные виды адаптировали разные механизмы для получения этой энергии. Целью этой главы является обзор наших текущих представлений о субстратах для производства энергии в сперматозоидах, местах хранения энергии и использовании в отношении специализированной структуры сперматозоидов, поглощения определенных субстратов, их метаболического распада и манипулирования энергетическими ресурсами. in vitro поддержание подвижности сперматозоидов.
Ключевые слова
Гликолиз Окислительное фосфорилирование Потребление АТФ сперматозоидами Производство энергии сперматозоидами Метаболизм сперматозоидов Гиперактивная подвижность сперматозоидов Связывание сперматозоидов с акросомной зоной Капаситация Транспортеры глюкозыЭто предварительный просмотр содержимого подписки в
для доступа к
.
Примечания
Благодарности
Авторы благодарны к.э.н. студентам Анкуру, Химани, Рекха, Арчане и Шилпе за их ценное сотрудничество и поддержку при подготовке рукописи.
Ссылки
1.
Bohnensack R, Halangk W. Контроль дыхания и подвижности эякулированных сперматозоидов быков. Biochim Biophys Acta. 1986; 850: 72–9.
PubMedCrossRefGoogle Scholar2.
Мита М., Харуми Т., Сузуки Н., Уэта Н. Локализация и характеристика фосфатидилхолина в сперматозоидах морского ежа. J Biochem. 1991; 109: 238–42.
PubMedGoogle Scholar3.
Hofmann R, Lehmer A, Gurster E, Harturg R.Аденозинтрифосфат и аденозиндифосфат в сперме человека: корреляция с количеством и подвижностью сперматозоидов. Urol Int. 1992; 48: 391–4.
PubMedCrossRefGoogle Scholar4.
Hung PH, Miller MG, Meyers SA, VandeVoort CA. Целостность митохондрий сперматозоидов не требуется для гиперактивированной подвижности, связывания зоны или реакции акросомы у макак-резусов. Биол Репрод. 2008. 79: 367–75.
PubMedCrossRefGoogle Scholar5.
Ford WCL. Гликолиз и подвижность сперматозоидов: помогает ли ложка сахара перемещаться жгутику? Обновление Hum Reprod.2006; 12: 269–74.
PubMedCrossRefGoogle Scholar6.
Fawcett DW. Сперматозоиды млекопитающих. Dev Biol. 1975. 44: 394–436.
PubMedCrossRefGoogle Scholar7.
Burgos C, Maldnado C, Gerez de Burgos NM, Aoki A, Blanco A. Внутриклеточная локализация специфичного для семенников и сперматозоидов изофермента лактатдегидрогеназы C4 у мышей. Биол Репрод. 1995; 53: 84–92.
PubMedCrossRefGoogle Scholar8.
Трэвис А.Дж., Фостер Дж.А., Розенбаум Н.А., Висконти П.Е., Гертон Г.Л., Копф Г.С., Мосс С.Б.Нацеливание гексокиназы типа I, специфичной для зародышевых клеток, без поринового связывающего домена, к митохондриям, а также к головке и фиброзной оболочке сперматозоидов мыши. Mol Biol Cell. 1998. 9: 263–76.
PubMedGoogle Scholar9.
Turner RM. Сказки из хвоста: что мы на самом деле знаем о подвижности сперматозоидов? Дж. Андрол. 2003; 24: 790–803.
PubMedGoogle Scholar10.
Storey BT, Kayne FJ. Энергетический обмен сперматозоидов. V. Путь гликолиза Embden-Myerhof: активность ферментов пути в гипотонически обработанных сперматозоидах придатка яичка кролика.Fertil Steril. 1975; 26: 1257–65.
PubMedGoogle Scholar11.
Mp B, Geelan A, Leitch V, Goldberg E. Клонирование, секвенирование и характеристика LDH-C4 из библиотеки кДНК семенников лисы. Mol Reprod Dev. 1996; 44: 452–9.
CrossRefGoogle Scholar12.
Westhoff D, Kamp G. Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа связана с волокнистой оболочкой сперматозоидов млекопитающих. J Cell Sci. 1997; 110: 1821–9.
PubMedGoogle Scholar13.
Мори К., Накамура Н., Уэлч Дж. Э., Гото Х, Гулдинг Е. Х., Фуджиока М., Эдди Э. Транскрипты гексокиназы типа 1 (mHk1-s), специфичные для сперматогенных клеток мыши, экспрессируются путем альтернативного сплайсинга из гена mHk1, а белок HK1-S локализуется в основном в хвосте сперматозоида. Mol Reprod Dev. 1998. 49: 374–85.
PubMedCrossRefGoogle Scholar14.
Bunch DO, Welch JE, Magyar PL, Eddy EM, O’Brien DA. Распределение белков глицерадегид-3-фосфатдегидрогеназы-S во время сперматогенеза мышей.Биол Репрод. 1998; 58: 834–41.
PubMedCrossRefGoogle Scholar15.
Хоши К., Цукикава С., Сато А. Важность Ca2 +, K + и глюкозы в среде для проникновения сперматозоидов через блестящую оболочку человека. Tohoku J Exp Med. 1991; 165: 99–104.
PubMedCrossRefGoogle Scholar16.
Урнер Ф., Саккас Д. Глюкоза участвует в слиянии сперматозоидов и ооцитов у мышей. Биол Репрод. 1996; 55: 917–22.
PubMedCrossRefGoogle Scholar17.
Fraser LR, Quinn PJ. Гликолитический продукт является обязательным для инициации акросомной реакции сперматозоидов и подвижности хлыстовых позвонков, необходимых для оплодотворения у мышей. J Reprod Fertil. 1981; 61: 25–65.
PubMedCrossRefGoogle Scholar18.
Cooper TG, Brooks DE. Поступление глицерина в придаток яичка крысы и его утилизация сперматозоидами придатка яичка. J Reprod Fertil. 1981; 61: 163–9.
PubMedCrossRefGoogle Scholar19.
Bone W, Jones NG, Kamp G, Yeung CH, Cooper TG.Влияние орнидазола на фертильность самцов крыс: ингибирование паттерна подвижности, связанного с гликолизом, и связывания зон, необходимых для оплодотворения in vitro. J Reprod Fertil. 2000. 118: 127–35.
PubMedCrossRefGoogle Scholar20.
Williams AC, Ford WC. Роль глюкозы в поддержке подвижности и емкости сперматозоидов человека. Дж. Андрол. 2001; 22: 680–95.
PubMedGoogle Scholar21.
Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уолтер П.Преобразование энергии: митохондрии и хлоропласты. В: Гиббс С., редактор. Биология клетки. 4-е изд. Нью-Йорк: наука о гирляндах; 2002. с. 769.
Google Scholar22.
Ford WC, Harrison A. Бесполезные субстратные циклы в гликолитическом пути сперматозоидов кабана и крысы и влияние альфа-хлоргидрина. J Reprod Fertil. 1987. 79 (1): 21–32.
PubMedCrossRefGoogle Scholar23.
Miki K, Qu W, Goulding EH, Willis WD, Bunch DO, Strader LF, Perreault SD, Eddy EM, O’Brien DA.Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа-S, гликолитический фермент, специфичный для сперматозоидов, необходим для подвижности сперматозоидов и мужской фертильности. Proc Natl Acad Sci USA. 2004. 101 (47): 16501–6.
PubMedCrossRefGoogle Scholar24.
Krisfalusi m, Miki K, Magyar PL, O’Brien DA. Множественные гликолитические ферменты прочно связаны с фиброзной оболочкой сперматозоидов мыши. Биол Репрод. 2006; 75: 270–8.
PubMedCrossRefGoogle Scholar25.
Cardenas ML, Cornish-Bowden A, Ureta T.Эволюция и регуляторная роль гексокиназ. Biochim Biophys Acta. 1998; 1401: 242–64.
PubMedCrossRefGoogle Scholar26.
Rigau T, Rivera M, Palomo MJ, Fernandez-Novell JM, Mogas T, Ballester J, Pena A, Otaegui PJ, Guinovart JJ, Rodriguez-Gil JE. Дифференциальные эффекты глюкозы и фруктозы на метаболизм гексозы в сперматозоидах собак. Репродукция. 2002; 123: 579–91.
PubMedCrossRefGoogle Scholar27.
Marin S, Chiang K, Bassilian S, Lee W-NP, Boros LG, Fernandez-Novell JM, Centelles JJ, Medrano A, Rodrıguez-Gil J.E., Cascante M.Метаболическая стратегия сперматозоидов хряка, выявленная метаболомной характеристикой. FEBS Lett. 2003. 554: 342–6.
PubMedCrossRefGoogle Scholar28.
Medrano A, Pena A, Rigau T, Rodrıguez-Gil JE. Вариации в соотношении гликолитических / негликолитических энергетических субстратов влияют на целостность и функционирование мембран сперматозоидов в разбавленных образцах хряков, хранящихся при 15–17 ° C. Reprod Domest Anim. 2005; 40: 448–53.
PubMedCrossRefGoogle Scholar29.
Rodriguez-Gil JE.Управление энергетическими ресурсами спермы млекопитающих и выживание во время хранения в холодильнике. Reprod Domest Anim. 2006; 41: 11–20.
PubMedCrossRefGoogle Scholar30.
Kim YH, Haidl G, Schaefr M, Egner U, Mandal A, Herr JC. Компартментализация уникального белка-носителя АДФ / АТФ SFEC (Sperm Flagellar Energy Carrier, AAC4) с гликолитическими ферментами в фиброзной оболочке основной части жгутика человеческого сперматозоида. Dev Biol. 2007; 302: 463–76.
PubMedCrossRefGoogle Scholar31.
Этаж BT, Kayne FJ. Свойства пируваткиназы и жгутиковой АТФазы в сперматозоидах кролика: связь с метаболической стратегией сперматозоидов. J Exp Zool. 1980; 211: 361–7.
PubMedCrossRefGoogle Scholar32.
Mann T, Lutwak-Mann C. Репродуктивная функция мужчин и сперма. Берлин: Springer; 1981. с. 196.
CrossRefGoogle Scholar33.
Манн Т. Исследования метаболизма спермы: 3. Фруктоза как нормальный компонент семенной плазмы.Место образования и функции фруктозы в сперме. Biochem J. 1946; 40: 481–91.
Google Scholar34.
Kobayashi T, Kaneko T, Iuchi Y, Matsuki S, Takahashi M, Sasagawa I., Nakada T., Fujii J. Локализация и физиологическое значение альдозоредуктазы и сорбитолдегидрогеназы в репродуктивных путях и сперматозоидах крысы-самцы. Дж. Андрол. 2002; 23: 674–83.
PubMedGoogle Scholar35.
King TE, Mann T. Метаболизм сорбита в сперматозоидах.Proc R Soc Lond B Biol Sci. 1959; 151: 226–43.
CrossRefGoogle Scholar36.
Страйер Л. Биохимия. 4-е изд. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Фриман; 1995.
Google Scholar37.
Gibbons BH, Gibbons IR. Движение жгутиков и активность аденозинтрифосфатазы в сперме морского ежа, экстрагированной с помощью Triton X-100. J Biol Chem. 1972; 54: 75–97.
Google Scholar38.
Barron ESG, Goldinger JM. Влияние йодацетата и малоната на дыхание спермы морского ежа.Proc Soc Exp Biol N. Y. 1941; 48: 570.
Google Scholar39.
Hayashi T. Среда для разведения и выживаемость сперматозоидов
Arbacia punctulata. II. Влияние среды на дыхание. Биол Булл Вудс Хоул. 1946; 90: 177.
CrossRefGoogle Scholar40.
Spikes JD. Метаболизм спермы морского ежа. Am Nat. 1949; 83: 285–301.
CrossRefGoogle Scholar41.
Rothschild L, Cleland KW.Физиология сперматозоидов морского ежа. Природа и расположение эндогенного субстрата. J Exp Biol. 1952; 29: 66–71.
Google Scholar42.
Tombes RM, Shapiro BM. Направление метаболитов: фосфокреатиновый челнок, обеспечивающий транспорт высокоэнергетического фосфата между митохондриями сперматозоидов и хвостом. Клетка. 1985. 41: 325–34.
PubMedCrossRefGoogle Scholar43.
Tombes RM, Brokaw CJ, Shapiro BM. Зависимый от креатинкиназы перенос энергии в сперматозоидах морского ежа: внимание жгутиковых волн и теоретический анализ диффузии фосфора.Biophys J. 1987; 4 (1): 66–71.
Google Scholar44.
Mohri H. Эндогенные субстраты дыхания в сперматозоидах морского ежа. J Fac Sci Univ Tokyo IV. 1957; 8: 51–63.
Google Scholar45.
Мита М., Ясумасу И. Метаболизм липидов и углеводов в сперматозоидах морского ежа. Gamete Res. 1983; 7: 133–44.
CrossRefGoogle Scholar46.
Mita M, Ueta N. Энергетический метаболизм сперматозоидов морского ежа с фосфатидилхолином в качестве предпочтительного субстрата.Biochim Biophys Acta. 1988; 959: 361–9.
PubMedCrossRefGoogle Scholar47.
Mita M, Ueta N. Метаболизм фосфатидилхолина для производства энергии в сперматозоидах морского ежа. Biochim Biophys Acta. 1990; 1047: 175–9.
PubMedCrossRefGoogle Scholar48.
Мита М., Накамура М. Ультраструктурное исследование эндогенного энергетического субстрата в сперматозоидах морского ежа
Hemicentrotus pulcherrimus. Biol Bull. 1992; 182: 298–304.
CrossRefGoogle Scholar49.
Mita M, Nakamura M. Фосфатидилхолин является эндогенным субстратом для энергетического метаболизма в сперматозоидах морских ежей отряда Echinoidea. Zool Sci. 1993; 10: 73–83.
Google Scholar50.
Burg MB. Молекулярные основы осмотической регуляции. Am J Physiol. 1995; 268: F983–96.
PubMedGoogle Scholar51.
Hoshi A, Takahashi M, Fujii J, Myint T, Kaneto H, Suzuki K, Yamasaki Y, Kamada T., Taniguchi N.Гликация и инактивация сорбитолдегидрогеназы у нормальных и диабетических крыс. Biochem J. 1996; 318: 119–23.
PubMedGoogle Scholar52.
Cao W, Aghajanian HK, Haig-Ladewig LA, Gerton GL. Сорбитол может стимулировать подвижность сперматозоидов мышей и фосфорилирование тирозина через сорбитолдегидрогеназу. Биол Репрод. 2009. 80: 124–33.
PubMedCrossRefGoogle Scholar53.
O’Shea T, Wales RG. Метаболизм сорбита и фруктозы сперматозоидами барана.J Reprod Fertil. 1965; 10: 353–8.
PubMedCrossRefGoogle Scholar54.
Hartree EF, Mann T. Фосфолипиды в семени барана: метаболизм плазмалогенов и жирных кислот. Биохим Дж. 1961; 80: 464–75.
PubMedGoogle Scholar55.
Jones AR, Gillan L. Метаболизм глицерин-3-фосфата зрелыми сперматозоидами кабана. J Reprod Fertil. 1996; 106: 321–7.
PubMedCrossRefGoogle Scholar56.
Стивенсон Д., Джонс А.Р. Ингибирование фруктолиза в сперматозоидах хряка с помощью мужского антифертильного агента (5) -α-хлоргидринов.Aust J Biol Sci. 1982; 35: 595–605.
PubMedGoogle Scholar57.
Jones AR, Chantrill LA, Cokinakis A. Метаболизм глицерина зрелыми сперматозоидами кабана. J Reprod Fertil. 1992; 94: 129–34.
PubMedCrossRefGoogle Scholar58.
Jones AR, Porter LM. Ингибирование гликолиза в сперматозоидах хряка α-хлоргидринфосфатом, по-видимому, опосредовано активностью фосфатазы. Reprod Fertil Dev. 1995; 7 (5): 1089–94.
PubMedCrossRefGoogle Scholar59.
Джонс А.Р., Милмлоу Д. Производство эндогенной энергии зрелыми сперматозоидами кабана. J Reprod Fertil. 1997; 111: 285–90.
PubMedCrossRefGoogle Scholar60.
Jones AR, Chantrill LA. Окислительная метаболическая активность сперматозоидов кабана: система для оценки антигликолитической активности потенциальных ингибиторов in vitro. Reprod Fertil Dev. 1989; 1: 357–67.
PubMedCrossRefGoogle Scholar61.
Rigau T, Farre M, Ballester J, Mogas T., Pena A, Rodriguez-Gil JE.Влияние глюкозы и фруктозы на подвижность сперматозоидов собак из свежих эякулятов. Териогенология. 2001; 56: 801-15.
PubMedCrossRefGoogle Scholar62.
Roldan ERS. Передача сигнала при акросомальном экзоцитозе сперматозоидов млекопитающих. В: Lauria A, Gandolfi F, Enne G, Gianaroli L, редакторы. Гаметы: развитие и функции. Серно Симпозиумы: Рим; 1998. с. 219–28.
Google Scholar63.
Bellester J, Fernandez-Novell JM, Rutlant J, García-Rocha M, Jesús Palomo M, Mogas T, Peña A, Rigau T, Guinovart JJ, Rodríguez-Gil JE.Доказательства функционального метаболизма гликогена в зрелых сперматозоидах млекопитающих. Mol Reprod Dev. 2000; 56: 207–19.
CrossRefGoogle Scholar64.
Паломо MJ, FernAndez-Novell JM, Pena A, Guinovart JJ, Rigau T., Rodriguez-Gil JE. Индуцированный глюкозой и фруктозой синтез гликогена в сперме собаки показывает специфические изменения в локализации отложения гликогена в сперме. Mol Reprod Dev. 2003. 64: 349–59.
PubMedCrossRefGoogle Scholar65.
Albarracin JL, Fernandez-Novell JM, Ballester J, Rauch MC, Quintero-Moreno A, Pena A, Mogas T, Rigau T., Yanez A, Guinovart JJ, et al.Связанный с глюконеогенезом метаболизм гликогена важен для достижения способности «in vitro» собачьей спермы в среде без глюкозы. Биол Репрод. 2004. 71: 1437–45.
PubMedCrossRefGoogle Scholar66.
Mueckler M. Способствующие переносчики глюкозы. Eur J Biochem. 1990; 219: 713–25.
CrossRefGoogle Scholar67.
Bavister BD. Влияние вариаций условий культивирования на подвижность сперматозоидов хомяка. J Reprod Fertil.1974. 38: 41–440.
CrossRefGoogle Scholar68.
Bavister BD, Yanagimachi R. Влияние экстрактов спермы и источников энергии на подвижность и акросомную реакцию сперматозоидов хомяка in vitro. Биол Репрод. 1977; 16: 228–37.
PubMedCrossRefGoogle Scholar69.
Дравланд Э., Мейзель С. Стимуляция сперматозоидов и акросомная реакция in vitro глюкозой и лактатом и ингибирование гликолитическим ингибитором α-хлоргидрином.Gamete Res. 1981; 4: 515–23.
CrossRefGoogle Scholar70.
Minelli MM, Castellini C, Latfaioli P, Mezzasoma I, Ronquisti G. Сперматозоиды кролика: модельная система для изучения гомеостаза и подвижности АТФ. Дж. Андрол. 1999; 20: 259–66.
PubMedGoogle Scholar71.
Стори BT. Метаболизм спермы млекопитающих: кислород и сахар, друг и враг. Int J Dev Biol. 2008. 52: 427–37.
PubMedCrossRefGoogle Scholar72.
Austin CR.Созревание спермы в мужских и женских половых путях. В: Metz CB, Monroy A, редакторы. Биология оплодотворения, т. 2. Нью-Йорк: академический; 1985. с. 121–55.
Google Scholar73.
Cummins JM, Woodall PF. О размерах сперматозоидов млекопитающих. J Reprod Fertil. 1985; 75: 153–75.
PubMedCrossRefGoogle Scholar74.
Mukai C, Okuno M. Гликолиз играет важную роль в добавлении аденозинтрифосфата в движении жгутиков сперматозоидов мышей.Биол Репрод. 2004. 71: 540–7.
PubMedCrossRefGoogle Scholar75.
Carey JE, Olds-Clarke P, Storey BT. Окислительный метаболизм сперматозоидов инбредных и беспородных мышей. J Exp Zool. 1981; 216: 285–92.
PubMedCrossRefGoogle Scholar76.
Yeung CH, Majumder GC, Rolf C, Behre HM, Cooper TG. Роль фосфокреатинкиназы в подвижности сперматозоидов человека поддерживается различными метаболическими субстратами. Мол Хум Репрод. 1996; 2: 591–6.
PubMedCrossRefGoogle Scholar77.
Rogers BJ, Perreault SD. Важность гликолизируемых субстратов для in vitro емкости сперматозоидов человека. Биол Репрод. 1990; 43: 1064–9.
PubMedCrossRefGoogle Scholar78.
Lomage J, Guerin JF, Czyba JC. Гликолитическая активность сперматозоидов человека у мужчин с нормоспермией и у мужчин с аномальными спермограммами. Арка Андрол. 1986; 16: 81–8.
CrossRefGoogle Scholar79.
Frenette G, Thabet M, Sullivan R.Путь полиола в придатке яичка и сперме человека. Дж. Андрол. 2006; 27: 233–9.
PubMedCrossRefGoogle Scholar80.
Петерсон Р.Н., Фройнд М. Метаболизм сперматозоидов человека. В: Хафез ЭСЭ, редактор. Сперма человека и регулирование фертильности у мужчин. Сент-Луис: Мосби; 1975. с. 176–86.
Google Scholar81.
Nascimento JM, Shi LJ, Tam J, Chandsawangbhuwana C, Durrant B, Botvinick EL, Berns MW. Сравнение гликолиза и окислительного фосфорилирования как источника энергии для подвижности сперматозоидов млекопитающих с использованием комбинации флуоресцентной визуализации, лазерного пинцета и автоматического отслеживания и захвата в реальном времени.J. Cell Physiol. 2008; 217: 745–51.
PubMedCrossRefGoogle Scholar82.
Xuan W, Lamhonwah AM, Librach C, Jarvi K, Tein I. Характеристика семейства переносчиков органических катионов / карнитина в сперме человека. Biochem Biophys Res Commun. 2003. 306: 121–8.
PubMedCrossRefGoogle Scholar83.
Garolla A, Maiorino M, Roverato A, Roveri A, Ursini F, Foresta C. Пероральный прием карнитина увеличивает подвижность сперматозоидов у мужчин с астенозооспермией при нормальном уровне сперматозоидов, фосфолипидаза, гидропероксида, гликопероксида.Fertil Steril. 2005; 83: 355–61.
PubMedCrossRefGoogle Scholar84.
Angulo C, Rauch MC, Droppelmann A, Reyes AM, Slebe JC, Delgado-Lopez F, Guaiquil VH, Vera JC, Concha II. Экспрессия и функция транспортера гексозы в сперматозоидах млекопитающих: клеточная локализация и транспорт гексоз и витамина С. J Cell Biochem. 1998. 71: 189–203.
PubMedCrossRefGoogle Scholar85.
Schurmann A, Axer H, Scheepers A, Doege H, Joost H-G. Фасилитатор транспорта глюкозы GLUT8 преимущественно связан с акросомальной областью зрелых сперматозоидов.Cell Tissue Res. 2002. 307 (2): 237–42.
PubMedCrossRefGoogle Scholar86.
Burant CF, Takeda J, Laroche EB, Bell GI, Davidson NO. Переносчиком фруктозы в сперматозоидах человека и тонком кишечнике является GLUT5. J Biol Chem. 1992; 267: 14523–6.
PubMedGoogle Scholar87.
Wothe DD, Charbonneau H, Shapiro BM. Фосфокреатиновый челнок сперматозоидов морского ежа: жгутиковая креатинкиназа возникла в результате тройной репликации гена. Proc Natl Acad Sci. 1990; 87: 5203–7.
PubMedCrossRefGoogle Scholar88.
Smith MB, Babcock DF, Lardy HA. P-31 ЯМР-исследование придатка яичка и придатка яичка быка и хомяка. Биол Репрод. 1985; 33: 1029–40.
PubMedCrossRefGoogle Scholar89.
Robitaille PML, Robitaille PA, Martin PA, Brown GG. P-31 Ядерно-магнитно-резонансные исследования сперматозоидов кабана, барана, козы и быка. Comp Biochem Physiol B. 1987; 87: 285–96.
PubMedCrossRefGoogle Scholar90.
Стигс К., Эрлеманс Ф., Веринга Б. Мыши с дефицитом повсеместно распространенной митохондриальной креатинкиназы жизнеспособны и плодовиты. Biochim Biophys Acta. 1995; 1230: 130–8.
PubMedCrossRefGoogle Scholar91.
Huszar G, Vigue L. Неполное развитие сперматозоидов человека связано с повышенной концентрацией креатинфосфокиназы и аномальной морфологией головы. Mol Reprod Dev. 1993; 34: 292–8.
PubMedCrossRefGoogle Scholar92.
Froman DP, Feltmann AJ.Новый подход к сохранению спермы, основанный на биоэнергетической теории. J Anim Sci. 2010; 88: 1314–20.
PubMedCrossRefGoogle Scholar93.
Cerolini S, Pizzi F, Gliozzi T, Maldjian A, Zaniboni L, Parodi L. Липидные манипуляции с куриным семенем с помощью диетических средств и его связь с фертильностью: обзор. Worlds Poult Sci J. 2003; 59: 65–75.
CrossRefGoogle Scholar94.
Amory JK. Подавление подвижности сперматозоидов для мужской контрацепции: будет ли хвост спермы его «ахиллесовой пятой»? Mol Interv.2007; 7: 68–70.
PubMedCrossRefGoogle Scholar
Информация об авторских правах
© Springer Science + Business Media, LLC 2012
Авторы и аффилированные лица
- 1. Департамент репродуктивной биомедицины Национальный институт здоровья и благополучия семьи, Нью-Дели, Индия, Индия
19 926 Ретроградная эякуляция, качество спермы
Хотя диабет не обязательно должен вызывать проблемы с фертильностью, есть некоторые состояния, связанные с мужским бесплодием, которые более вероятны, особенно при диабете, который либо плохо контролируется, либо присутствует в течение многих лет.
Мы рассмотрим, что это за состояния, а также возможные варианты лечения.
Условия
Бесплодие у мужчин может быть вызвано рядом причин.
К ним относятся:
Эректильная дисфункция (ED)
Эректильная дисфункция — распространенная проблема, связанная с диабетом, которая вызывает трудности с достижением или поддержанием эрекции. Это вызвано невропатией (повреждением нервов) и снижением кровообращения, как правило, в результате плохо контролируемого диабета или длительного диабета.
Высокий уровень глюкозы в крови, артериального давления и холестерина — все это связано с повышенным риском нарушения эрекции. Получение контроля над ними, а также сокращение употребления алкоголя и отказ от курения могут помочь уменьшить последствия ЭД. Также доступен ряд различных вариантов лечения.
Замедленная эякуляция
Проблемы с эякуляцией также могут возникать в результате повреждения нервов в половом члене. Недостаточная чувствительность нервов — одна из проблем, которая может повлиять на способность к эякуляции.Замедленная, отсроченная и нарушенная эякуляция — это термины, которые описывают трудности в достижении эякуляции.
Обратите внимание, что задержка эякуляции также может быть вызвана психологическими проблемами, возрастом и некоторыми лекарствами.
Если нарушение эякуляции вызвано психологическими проблемами, тогда требуется лечение, например, с помощью консультирования или психосексуальной терапии.
Проблемы с эякуляцией, вызванные повреждением нервов, как правило, не поддаются лечению, но можно найти сексуальные позы, которые улучшат стимуляцию нервов.
Технологии вспомогательной репродукции (ВРТ), такие как ЭКО, могут помочь в лечении бесплодия, если зачатие половым путем проблематично или невозможно.
Ретроградная эякуляция
Другая проблема, которая может возникнуть в результате невропатии (вегетативной невропатии), — это ретроградная эякуляция. Это происходит, если нервы не могут контролировать мышцы мочевого пузыря от закрытия в точке эякуляции, что приводит к тому, что сперма попадает в мочевой пузырь, а не выходит через пенис.
Ретроградная эякуляция не вызывает проблем со здоровьем, но может нарушить зачатие. Если вы хотите зачать ребенка, сперму можно собирать и использовать с помощью технологии вспомогательной репродукции.
Пониженное качество спермы
Исследования показывают, что диабет может привести к снижению качества спермы, но диабет как таковой не влияет на подвижность сперматозоидов (способность сперматозоидов двигаться к яйцеклетке) и в результате не вызывает бесплодие.
Ожирение, однако, было связано с уменьшением количества беременностей, а также с большим количеством случаев невынашивания беременности при использовании вспомогательных репродуктивных технологий.
Хотя есть неубедительные доказательства того, что ожирение влияет на подвижность сперматозоидов, есть данные, свидетельствующие о том, что ожирение связано со снижением концентрации сперматозоидов.
Гипогонадизм (низкий уровень тестостерона)
Исследования показывают, что примерно каждый четвертый мужчина с диабетом 2 типа имеет низкий уровень тестостерона (гипогонадизм). Низкий уровень тестостерона может привести к проблемам, которые могут снизить фертильность, таким как низкое количество сперматозоидов, эректильная дисфункция и снижение полового влечения.
Заместительная терапия тестостероном может проводиться различными способами, в том числе с помощью инъекций, капсул и имплантатов для лечения гипогонадизма.
Лекарства
Многие рецептурные лекарства связаны с проблемами, которые могут привести к бесплодию.
- Сульфасалазин, используемый для лечения ревматоидного артрита, может привести к снижению количества сперматозоидов.
- Химиотерапия для лечения рака может снизить выработку спермы.
- Селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (СИОЗС), тип антидепрессантов, связаны с задержкой эякуляции.
- Лекарства от кровяного давления, такие как бета-адреноблокаторы и альфа-адреноблокаторы, а также диуретики связаны с повышенным риском эректильной дисфункции.
- Использование блокаторов кальциевых каналов, альтернативного лекарства от артериального давления, напрямую связано со снижением фертильности во время их приема.