Почему перегревание тестикул приводит к бесплодию

На культурах мышиных яичек японские ученые продемонстрировали, какие этапы сперматогенеза нарушаются при повышенных температурах. Сперматозоиды не достигают конечного этапа развития ни при 37 °C, ни при 38 °C из-за двухцепочечных разрывов ДНК, но во втором случае их развитие останавливается раньше.

Изображение:

Нормальный сперматогенез в мошонке (34°С) и нарушенный сперматогенез в брюшной полости (38°С)

Credit:

NIBB, Japan

Яички большинства млекопитающих охлаждаются в мошонке, так как более высокая температура приводит к нарушению сперматогенеза и мужскому бесплодию. Исследовательская группа из Японии подробно описала этот процесс на культивируемом ex vivo органе и обнаружила, что при различных температурах сперматогенез нарушается на разных стадиях.

Ранее, чтобы исследовать нарушения сперматогенеза за счет повышения температуры яичка на животных моделях, тестикулы хирургическим путем перемещали в брюшную полость (искусственный крипторхизм). Однако в таком эксперименте нельзя контролировать точную температуру семенников, а также варьировать ее. В 2011 году те же японские авторы описали способ культивирования мышиных тестикул в инкубаторе.

В новом исследовании использовались трансгенные мыши, у которых экспрессия зеленого флуоресцентного белка GFP активировалась во время мейотической профазы I под промотором акрозина — фермента, который высвобождается из апикального тельца сперматозоида и участвует в проникновении через оболочку яйцеклетки. Получается, что экспрессия GFP начинается в пахитенных сперматоцитах (на самой длительной стадии первого деления в ходе сперматогенеза) и продолжается на последующих этапах мейоза. Семенники культивировали в течение пяти недель при температуре 30–40 °C, еженедельно заменяя среду, а в конце эксперимента проводили микроскопию образцов.

Выяснилось, что сперматогенез нарушается на совершенно различных этапах при разных условиях. При 38 °C (внутренняя температура тела мыши) нарушения наблюдаются на мейотической профазе I — увеличивается количество двухцепочечных разрывов ДНК, а также нарушается процесс их репарации. Такие поврежденные сперматоциты уничтожаются путем апоптоза в контрольной точке мейоза. При 37 °C некоторые сперматоциты доживают до стадии поздней пахитены, сохраняя высокие уровни двухцепочечных разрывов, но мейоз они завершают с нарушением процессов кроссинговера. В первом случае сперматогенез не протекал дальше ранних сперматоцитов, во втором — дальше поздних сперматоцитов.

Неожиданно, что самый серьезный дефект, который наблюдался при пересадке яичка в полость тела, — блокировка перехода от недифференцированных к дифференцирующимся сперматогониям — не возник ex vivo ни при какой температуре. Это значит, что патология крипторхизма не может быть следствием одного лишь перегрева.

Таким образом, ученые не только продемонстрировали пагубный эффект высоких температур на сперматогенез, но еще и обнаружили его температурную зависимость. Ключевые вопросы будущих исследований — молекулярный механизм тепловой чувствительности и биологическое значение низких температур для сперматогенеза.

Источник

Hirano, K., et al. Temperature sensitivity of DNA double-strand break repair underpins heat-induced meiotic failure in mouse spermatogenesis // Communications Biology, 2022, volume 5, Article number: 504. DOI:  10.1038/s42003-022-03449-y

Добавить в избранное

Вам будет интересно