Pembentukan dan Faktor Kepala Sperma yang Mempengaruhinya

BAB III

Pembentukan dan Faktor Kepala Sperma yang Mempengaruhinya

Berbagai jenis anomali kepala-sperma dapat diamati pada pasien dengan teratozoospermia atau oligozoospermia. Kehadiran kelainan tersebut adalah salah satu penyebab utama infertilitas pada laki-laki. Di sini, saya membahas kelainan ini dalam kaitannya dengan spermatogenesis. Sebelum masuk ke dalam meiosis pertama, sel induk germ-line berproliferasi di tahap spermatogonium, mengalami pembaruan diri sebagai spermatogonia tipe A (A1-A3 pada tikus). Type A spermatogonia berdiferensiasi menjadi spermatogonia tipe B, dan ini pada gilirannya berdiferensiasi menjadi spermatosit primer yang kemudian mengalami meiosis (Gambar 3.1 dan 3.2). Sebelum divisi meiosis pertama, spermatosit primer menggandakan DNA / kromosom mereka. Ciri khas dari meiosis pertama adalah rekombinasi genetik; pada tahap ini, kompleks synaptonemal yang mengandung nodul rekombinasi terbentuk pada spermatosit fase pachytene. Segera setelah meiosis (sekitar 8 jam dalam kasus manusia), spermatosit sekunder segera berkembang menjadi spermatid haploid. Dengan demikian, hampir semua molekul / protein yang diperlukan untuk pembentukan kepala-sperma diduga disiapkan pada tingkat gen pada spermatosit primer. Ekspresi gen spermatid disebut sebagai ekspresi gen postmeiotic. Langkah-langkah ini diikuti oleh empat peristiwa besar spermiogenesis: modifikasi nuklir, biogenesis akrosom, pemangkasan sitoplasma, dan pembentukan flagelum. Tiga peristiwa pertama terlibat dalam pembentukan kepala. Pembentukan perm-head dipicu oleh inisiasi acrosome biogenesis selama spermiogenesis. Pembentukan kepala melibatkan biogenesis akrosom, kondensasi nuklir dan elongasi (mendatar), dan pembentukan lapisan sitoplasma. Molekul sitoplasma / zat berakumulasi secara bertahap untuk membentuk teka-teki perinuklear. Beberapa molekul penting ini diangkut sepanjang manchette (manchette adalah struktur mikrotubulus yang terorganisir yang mengikat daerah posterior dari inti spermatid) dan disusun ke dalam berbagai komponen struktural. Organisasi ini terjadi paling aktif dalam memanjang spermatid. Secara khusus, perubahan drastis terjadi dari tahap pertengahan ke tahap akhir spermiogenesis. Sitoplasma yang dilepaskan oleh sel-sel kuman fagositosis oleh sel-sel Sertoli sebelum spermiation. Jadi, sel germinal menghasilkan protein yang penting untuk pembuahan, dan protein ini diorganisasikan ke dalam struktur kepala dan ekor atau komponennya dalam waktu yang sensitif.

Gambar. 3.1 mikrograf Cahaya menunjukkan tahap VII dari spermatogenesis tikus. Sisipan. Sebuah jembatan interseluler (panah) antara spermatogonia. S7 dan S16, langkah 7 dan langkah 16 spermatid, masing-masing; B, tipe B spermatogonium. BL basal lamina. Spermatosit primer PS

3.1 Interaksi Seluler

Berbagai interaksi seluler mempengaruhi proses pembentukan kepala sperma selama spermatogenesis.

3.1.1 Faktor Sel Punca, Faktor Baja, dan Reseptor c-kit

Sel-sel kuman mengekspresikan reseptor tyrosine kinase c-kit, yang dihasilkan oleh gen pada lokus W. Ligan untuk reseptor ini adalah ligan c-kit — faktor Baja — yang merupakan faktor yang berkembang biak atau faktor sel induk (SCF). Sinyal faktor Baja.

Gambar. 3,2 S cheme spermatogenesis, termasuk berbagai faktor yang mempengaruhi spermatogenesis

dilepaskan oleh sel Sertoli ditransduksi ke mitra c-kit pada sel germinal (Gambar 3.3). Kedua molekul ini diperlukan untuk kelangsungan hidup dan proliferasi tipe A spermatogonia (Chabot et al. 1988; Dolci dkk. 1991; Geissler dkk. 1988; Witte 1990). Jika salah satu gen ini bermutasi atau dihapus secara artifisial, sel-sel germinal tidak ada, dan individu mutan menunjukkan sindrom Sertoli-cell-only. Kasus-kasus yang khas dari kondisi ini telah ditunjukkan dalam Sl / Sl d (tikus mutan defisien Baja) (Tajima dkk. 1991) dan tikus W / Wv (tikus mutan defisien c-kit) (Koshimizu et al. 1991; Yoshinaga) et al. 1991). Selain c-kit, tr-kit, sebuah produk gen khusus c-kit postmeiotik, juga dibentuk (Gambar 3.3). Menariknya, tr-kit dilokalisasi di kepala sperma dan telah terbukti terlibat dalam aktivasi telur ketika itu disuntikkan ke dalam sitoplasma oosit tikus yang ditangkap di MII (Sette et al. 1998) (ditinjau dalam Rossi et al. 2003) . Topik ini dibahas secara lebih rinci di bagian aktivasi telur.

Diri

Gambar 3.3 Skema yang menunjukkan domain c-kit dan tr-kit. Digambar ulang setelah modifikasi skema asli yang disajikan oleh Sette et al. (1997)

3.1.2 Jembatan interseluler

Intercellular bridges terbentuk antara sel-sel kuman yang berkembang (Gambar 3, 4 dan 3, 5). Mereka menghubungkan ratusan sel kuman yang berasal dari sel induk tunggal dan berkembang sebagai syncytium besar. Pada tikus (Gambar 3, 4) dan tikus (Weber dan Russell 1987), diameter jembatan yang menghubungkan spermatogonium dilaporkan sekitar

Hal.20

Gambar. 3,4 T EM gambar menunjukkan langkah 6 spermatid dengan nukleus bulat. Perhatikan akrosom dan mengembangkan ekor memanjang dari centriole (panah). Sel-sel kuman yang berdekatan terhubung dengan jembatan interseluler (antara panah). Inset: Sebuah tubuh chromatoid yang bermigrasi (CB) dilokalisasi di jembatan interseluler

Gambar. 3,5 T EM gambar menunjukkan langkah 9 spermatid yang memiliki nuklei memanjang tetapi tidak kental. Perhatikan spesialisasi ektoplasmik apikal (Es dengan panah) yang mengelilingi daerah kepala dan acroplaxomes yang terbentuk di ujung distal acrosome (daerah kotak dan inset). Cincin perinuklear (Pr) yang memancarkan bundel mikrotubulus (yaitu manchette, M) ditunjukkan oleh panah. Inset: Pembesaran yang lebih tinggi dari area persegi panjang (area acroplaxome). Dimodifikasi dari sebuah foto yang ditunjukkan oleh Toshimori dan Ito (2003).

1 μm, dan itu meningkat menjadi sekitar 1,5 μm dalam kasus spermatosit dan 2-3 μm dengan spermatid. Fungsi jembatan untuk komunikasi dan sinkronisasi haploid-sel dan untuk kompensasi dosis-kromosom (Ventelä et al. 2003).

Pentingnya jembatan interseluler telah ditunjukkan pada tikus mutan yang membawa penghapusan gen testis-diekspresikan 14 (TEX14). TEX14 mentransfer mesin c ytokinesis sel somatik ke protein sel germinal lainnya untuk membentuk jembatan intersel yang stabil (Greenbaum et al. 2007). Pada tikus jantan yang mengalami defisiensi TEX14, jembatan interseluler ini tidak terbentuk, dan jalur spermatogenesis ditangkap sebelum menyelesaikan pembelahan meiosis pertama. TEX14 colocalizes dengan kompleks centralspindlin, mitines kinesin-like protein 1 (MKLP1), dan protein TG GTPase-activating protein laki-laki (MgcRac GAP), dan mengubah protein matriks midbody ini menjadi komponen stabil dari jembatan interseluler. Jembatan interseluler terbentuk di bagian tengah dengan cara yang bergantung pada TEX14. Dengan demikian, TEX14 memainkan peran penting dalam pemeliharaan spermatogenesis.

3.1.3 Spesialisasi Ectoplasmik

Ketika domain permukaan-permukaan berkembang dalam spermatid awal yang memanjang, membran plasma sel Sertoli dipertahankan dalam kontak dekat dengan yang menutupi kepala spermatid yang sedang berkembang, di mana spesialisasi ektoplasmik terbentuk. Spesialisasi ektoplasma adalah struktur interaktif spesifik yang terbentuk antara spermatid dan sel Sertoli; itu secara khusus dilokalisasi di kompartemen adluminal tubulus seminiferus (Gambar. 3, 2). Struktur ini yang menjangkar kompartemen adluminal juga disebut sebagai spesialisasi ektoplasmik apikal, berbeda dengan spesialisasi ektoplasmik basal yang berkembang antara sel Sertoli yang berdekatan dan membentuk penghalang darah-testis. Spesialisasi ektoplasmik serta beberapa persimpangan lain yang terbentuk dalam testis telah ditinjau sebelumnya (Mruk dan Cheng 2004a; Yan et al. 2007).

tructural, spesialisasi ektoplasmik apikal terdiri dari organel sitoplasma yang unik yang berasal dari sel Sertoli, serangkaian retikulum endoplasma halus, dan agregat bundel aktin terorganisir ke dalam susunan heksagonal (Gambar 3 .5). Spesialisasi ektoplasma menghadapi akrosom berkembang spermatid selama langkah 9-15 spermatogenesis, sesaat sebelum spermiation. Karena fungsi spesialisasi ektoplasmik dalam mempertahankan spermatogenesis dengan memposisikan daerah kepala berkembang, spermatogenesis mudah dipengaruhi oleh penghapusan gen yang mengkode protein yang berhubungan dengan spesialisasi ektoplasmik. Hal ini telah ditunjukkan pada tikus KO yang kekurangan GOPC (Ito et al. 2004; Toshimori dan Ito 2003; Yao et al. 2002) dan gen yang mengkode protein immunoglobulin-superfamili (IgSF) seperti nectin-2 (Mueller et al. 2003) dan RA175 (Fujita et al. 2006). Bukti terbaru telah menunjukkan bahwa penghapusan gen Rap1 yang mengkodekan tripofosfatase guanosin kecil (GTPase) dari keluarga Ras merusak adhesi sel-sel yang dimediasi oleh VE-cadherin (CD144) pada spesialisasi ektoplasmik. Ini akhirnya menyebabkan pelepasan prematur spermatid dengan kepala cacat yang berbentuk hammer atau ovoid (Aivatiadou et al. 2007). Di sini, saya menyajikan temuan umum penelitian tentang protein dan gen terkait IgSF dan mendiskusikan peran mereka dalam kerusakan pembentukan kepala sperma.

3.2 Protein IgSF

Protein IgSF secara unik diekspresikan pada permukaan sel Sertoli dan sel germinal (Tabel 3.1). Sel ertoli mengekspresikan nektin-2 / CD155, protein IgSF yang diklasifikasikan sebagai molekul adhesi sel. Sel-sel kuman juga mengekspresikan banyak protein IgSF lainnya, yaitu

basigin (BSG), CE9, MC31, IgSF4, RA175, Sg-IGSF, nectin-3, IgSF11, Ly9 / CD150, JAM-C, molekul nektin-seperti 2 (Necl-2), dan BT-IgSF. Saya pribadi telah mempelajari RA175 (Fujita dkk. 2006) dan basigin tikus (Saxena dkk. 2002), yang homolog dengan tikus CE9 (Nehme dkk. 1993; Petruszak dkk. 1991) dan MC31 (Toshimori dkk. 1992b ; Wakayama et al. 2000). IgSF4 adalah molekul adhesi sel yang identik dengan RA175, Sg-IGSF, Necl-2, TSLC1, dan SynCAM1. Protein ini diekspresikan pada permukaan tidak hanya sel germinal tetapi juga banyak sel epitel. Meskipun banyak dari mereka berfungsi sebagai molekul adhesi sel untuk pemeliharaan spermatogenesis, protein IgSF lokal pada spesialisasi ektoplasmik secara khusus terlibat dalam pembentukan kepala sperma.

3.2.1 Protein IgSF Dinyatakan pada Sel Sertoli

 Nektin, protein IgSF, dilokalisasi pada spesialisasi ektoplasmik yang dibentuk oleh sel Sertoli, dan mempengaruhi pembentukan kepala sperma. Nectin-2 (CD155): Nectin-2 dikodekan oleh anggota keluarga gen reseptor poliovirus yang ditemukan pada tikus, monyet, dan manusia. Ini terlokalisasi pada spesialisasi ektoplasmik dan tersebar di mana-mana sebagai komponen dari persimpangan perlekatan sel-sel, di mana ia berinteraksi dengan I-afadin, protein pengikat F-aktin. Hubungan antara daerah-daerah C-terminal nektin dan afadin (termasuk protein aktinbinding) diperlukan untuk perakitan filamen aktin. Nectin-2 dianggap berinteraksi dengan nektin-3 pada sel germinal melalui interaksi trans-dimer heterophilic (Ozaki-Kuroda et al. 2002). Karena spesialisasi ektoplasmik berfungsi sebagai scaffold menstabilkan domain adhesif dari protein yang diekspresikan pada membran plasma sel Sertoli, dianggap untuk mengirimkan sinyal dari sel Sertoli ke sel germinal. Ketika gen nektin-2 dihapus, spesialisasi ektoplasmik tidak teratur dan kelengketannya berkurang karena disfungsi perancah F-aktin atau mislokalisasi afadin. Hal ini akhirnya mempengaruhi spermatogenesis dan menyebabkan teratozoospermia, yang dicirikan oleh spermatozoa dengan kepala dan midpieces yang dideformasi secara acak (Mueller et al. 2003). nektin-2 - / - tikus ditemukan tidak subur, menghasilkan spermatozoa yang lebih sedikit jumlahnya dan berbentuk tidak normal; namun, spermatozoa yang dihasilkan dapat bermigrasi ke saluran telur, mengikat zona pelusida, dan menyatu dengan oolemma. Meskipun peristiwa pemupukan yang tidak biasa tercatat terjadi pada tikus ini adalah efek sekunder dari kelainan bentuk kepala sperma, terbukti bahwa nektin-2 memainkan peran penting dalam spermiogenesis, khususnya dalam organisasi sitoskeletal dan reorganisasi pada spesialisasi ektoplasmik apikal.

3.2.2 Protein IgSF Dinyatakan pada Sel Kuman

  Banyak protein IgSF dikaitkan dengan sel germinal. IgSF4: IgSF4 adalah molekul adhesi sel dan sebelumnya dikenal sebagai molekul target kandidat untuk gen penekan tumor yang terkait dengan hilangnya heterosigositas.

pada kromosom 11q23.2. IgSF4 identik dengan RA175, Sg-IGSF, TSLC1, SynCAM1, dan Necl-2, yang membentuk sekelompok molekul adhesi sel (CADM). RA175 sangat diekspresikan selama diferensiasi neuronal sel karsinoma embrio. Sg-IGSF diekspresikan pada sel spermatogenik awal. TSLC1 adalah molekul penekan tumor yang berfungsi melawan kanker paru-paru sel non-kecil pada manusia. SynCAM1 adalah molekul adhesi sinaptik khusus otak yang menstimulasi adhesi sel-sel homophilic Ca2 +. SgIGSF dan TSLC1 diekspresikan secara luas, dan ekspresi mereka telah divisualisasikan dengan blotting utara. IgSF4 / Necl-2 diperkirakan mengandung domain Ig tipe V dan C2 serta urutan sinyal hidrofobik, wilayah transmembran tunggal, dan domain sitoplasmik. Ly9 / CD150 diekspresikan pada tingkat mRNA di testis. Nektin-3 terlokalisasi di wilayah kepala spermatid yang menghadapi spesialisasi ektoplasmik apikal. Protein dari keluarga nektin memainkan peran dalam organisasi berbagai sambungan sel-sel seperti persimpangan yang melekat dan persimpangan ketat dalam sel epitel dan sambungan sinaptik di neuron. Jalur proliferasi-sinyal dari molekul-molekul ini baru-baru ini diidentifikasi dalam banyak jenis jaringan. N ext, saya akan menjelaskan temuan khas pada tikus jantan yang membawa delesi untuk gen JAM-C dan RA175.

JAM-C: JAM-C terdiri dari dua domain Ig ekstraseluler, wilayah transmembran tunggal, dan domain sitoplasma pendek; domain Ig ekstraseluler mengandung 1 domain tipe VH dan 1 domain tipe C2, dan lipatan C2 mengandung dua residu sistein ekstra dan situs N-glikosilasi potensial. JAM-C terlibat dalam perakitan persimpangan ketat di sel-sel endotel dan epitel. Dalam testis, JAM-C diekspresikan dalam spermatid bulat dan memanjang (Gliki et al. 2004). Di daerah kepala yang baru lahir spermatid memanjang, ekspresinya terbatas pada plak junctional. JAM-C mengubah struktur adhesi spermatozoa dengan mempolarisasi lokalisasi PAR-3 dan spermatid penahan ke sel Sertoli. Ketika gen JAM-C dihapus, spermatid mutan ditemukan kekurangan struktur akrosom dan menjadi rusak dalam polarisasi struktur adhesi; ini akhirnya mengarah pada produksi spermatozoa dengan inti bulat. Ini spermatids bulat-nukleasi gagal untuk berdiferensiasi menjadi spermatid memanjang, dan disfungsi ini menyebabkan teratozoospermia, ditandai dengan spermatozoa dengan kepala cacat. RA175: RA175 adalah protein dari keluarga nektin dan identik dengan Necl-2. Semua nektin dianalisis sejauh ini telah ditemukan untuk mengasosiasikan dengan sitoskeleton aktin seperti melalui afadin, protein pengikat F-aktin dan nektin. RA175 - / - tikus jantan mengembangkan oligoteratozoospermia yang parah, dan produksi sperma mereka berkurang secara dramatis (Fujita et al. 2006). Menariknya, spermatogenesis berlangsung lebih normal pada tikus yang defisiensi RA175 sampai tahap putaran spermatid awal, tetapi ketika spermatid mencapai tahap elongasi, mereka mulai melepaskan diri dari sel Sertoli. Akibatnya, sangat sedikit spermatozoa mencapai tahap spermiation, dan bahkan mereka yang menunjukkan kelainan morfologi di kepala dan ekor. Agaknya, transduksi sinyal yang diperlukan untuk asosiasi nektin dengan aktin melalui afadin pada spesialisasi ektoplasmik apikal tidak diinduksi pada RA175 - / - tikus jantan, karena RA175 dilaporkan berinteraksi dengan nektin-3 (Takai et al. 2003).