Сперматозоиды приобретают белки эпидидимального происхождения через эпидидимосомы

Вопрос исследования: Участвуют ли эпидидимосомы в переносе белков из эпидидимиса в сперматозоиды?

Краткий ответ: Мы охарактеризовали вклад секрета эпидидимиса в протеом сперматозоидов и продемонстрировали, что сперматозоиды приобретают белки эпидидимального происхождения через эпидидимосомы.

Что уже известно: Сперматозоиды, образующиеся в яичках, представляют собой незрелые клетки, неспособные оплодотворить ооцит. После выхода из яичек сперматозоиды проходят по эпидидимису, приобретая подвижность и способность к оплодотворению. Хорошо известно, что в процессе созревания в эпидидимисе происходят выраженные изменения профиля протеома сперматозоидов. Поскольку сперматозоид не способен к транскрипции и трансляции, в предыдущих исследованиях было показано, что он поглощает белки, РНК и липиды из внеклеточных везикул, выделяемых эпителиальными клетками, выстилающими мужские половые пути.

Дизайн исследования, объём и продолжительность: Мы изучали вклад эпидидимиса в посттестикулярное созревание сперматозоидов посредством продукции внеклеточных везикул, называемых эпидидимосомами, которые выделяются эпителиальными клетками эпидидимиса. Для выявления белков сперматозоидов, потенциально происходящих из эпидидимиса, провели интегративный анализ данных, полученных у человека и мыши. Яички и эпидидимисы взрослых людей (n = 9) и взрослых мышей (n = 3) использовали для экспериментальной валидации тканевой локализации четырёх отобранных белков методом высокоразрешающей конфокальной микроскопии. Эпидидимальные сперматозоиды мышей совместно инкубировали с эпидидимосомами, меченными карбоксифлуоресцеинсукцинимидиловым эфиром (CFSE) (n = 4 мыши), и визуализировали методом высокоразрешающей конфокальной микроскопии.

Участники, материалы, условия и методы: Для валидации использовали взрослых самцов мышей дикого типа линии C57BL/CBAF1 в возрасте 12 недель и взрослых людей. Яички и эпидидимисы мышей и людей получали и обрабатывали для проведения иммунофлуоресцентного исследования. Эпидидимальные сперматозоиды и эпидидимосомы мышей получали из хвостового отдела эпидидимиса. Флуоресцентные эпидидимосомы получали после мечения эпидидимальных везикул красителем CFSE с последующей изоляцией эпидидимосом методом плотностной подушки. После совместной инкубации сперматозоидов с эпидидимосомами in vitro проводили иммунофлуоресцентное исследование. Для визуализации локализации белков и взаимодействия сперматозоидов с эпидидимосомами использовали высокоразрешающую конфокальную микроскопию и трёхмерную реконструкцию изображений.

Основные результаты и роль случайности: Сначала с помощью компьютерного анализа были выявлены 25 белков сперматозоидов, предположительно происходящих из эпидидимиса и сохраняющихся у сперматозоидов человека и мыши. Для четырёх из них — SLC27A2, EDDM3B, KRT19 и WFDC8 — эпидидимальное происхождение подтвердили методом высокоразрешающей конфокальной микроскопии. Все четыре белка обнаруживались в эпителиальных клетках, выстилающих эпидидимис человека и мыши, и отсутствовали в семенных канальцах человека и мыши. В разных отделах эпидидимиса мыши выявлены регионарные особенности экспрессии этих белков. EDDM3B, KRT19 и WFDC8 обнаруживались как в главных, так и в светлых клетках эпидидимиса, тогда как SLC27A2 экспрессировался исключительно в светлых клетках. Наконец, мы показали, что меченные CFSE флуоресцентные эпидидимосомы взаимодействуют со сперматозоидами in vitro; приблизительно в 12–36% эпидидимосом содержались исследуемые белки сперматозоидов эпидидимального происхождения.

Масштабные наборы данных: Не применимо.

Ограничения и причины для осторожной интерпретации: Размер выборки у человека и мыши был небольшим, а полученные результаты носили описательный характер. Исследование эпидидимальных сперматозоидов и эпидидимосом проводили только на мышиной модели, поскольку получение образцов жидкости просвета эпидидимиса у человека затруднено. Эякулированные сперматозоиды и внеклеточные везикулы семенной жидкости также нельзя было использовать, поскольку эякулированные сперматозоиды уже контактировали с жидкостями, выделяемыми добавочными половыми железами, а семенная жидкость содержит не только эпидидимосомы, но и другие внеклеточные везикулы, включая многочисленные везикулы предстательной железы.

Более широкое значение результатов: Полученные данные свидетельствуют о том, что эпидидимосомы способны снабжать сперматозоиды новым набором белков эпидидимального происхождения, которые могут изменять протеом сперматозоидов и тем самым участвовать в их посттестикулярном созревании. Кроме того, наши результаты дополнительно подтверждают новую роль светлых клеток эпидидимиса в продукции эпидидимосом. Выявление механизмов созревания сперматозоидов и приобретения ими способности к оплодотворению в конечном счёте позволит лучше понять состояние мужской репродуктивной системы и может способствовать разработке потенциальных методов лечения мужского бесплодия.

Финансирование исследования и конфликт интересов: Работа выполнена при поддержке Министерства экономики и конкурентоспособности Испании (Ministerio de Economía y Competividad; средства Европейского фонда регионального развития FEDER «один из способов построить Европу», PI13/00699 и PI16/00346 для R.O.; постдокторская стипендия Sara Borrell, программа Acción Estratégica en Salud, CD17/00109 для J.C.), Национальных институтов здравоохранения США (гранты HD040793 и HD069623 для S.B., грант HD104672-01 для M.A.B.), Министерства образования, культуры и спорта Испании (Ministerio de Educación, Cultura y Deporte para la Formación de Profesorado Universitario, FPU15/02306 для F.B.), стипендии Фонда Lalor (для F.B. и M.A.B.), правительства Каталонии (Generalitat de Catalunya, стратегический план исследований и инноваций в здравоохранении, PERIS 2016–2020, SLT002/16/00337 для M.J.), Fundació Universitària Agustí Pedro i Pons (для F.B.), а также Американского общества биохимии и молекулярной биологии (премия PROLAB от ASBMB/IUBMB/PABMB для F.B.). Конфокальная и трансмиссионная электронная микроскопия выполнены в центре микроскопии Центра системной биологии и программы мембранной биологии Массачусетской больницы общего профиля (MGH), который получает поддержку от Центра диабета и эндокринологии Бостона (грант BADERC DK57521) и Центра изучения воспалительных заболеваний кишечника (грант DK43351). Микроскоп Zeiss LSM800 приобретён за счёт гранта Национальных институтов здравоохранения США на приобретение общего научного оборудования S10-OD-021577-01. Авторы заявили об отсутствии конфликта интересов.