Дифференциальное распределение 5-формилцитозина и 5-карбоксилцитозина в сперматогенных клетках и сперматозоидах человека

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Актуальность. Эпигеном половых клеток формируется под влиянием как программы развития, так и средовых факторов. Специфика возникновения и изменения в сперматогенезе человека продуктов окисления цитозина изучена недостаточно.

Цель — оценка распределения 5-формилцитозина (5fC) и 5-карбоксилцитозина (5caC) в сперматогенных клетках и в сперматозоидах человека.

Материалы и методы. Исследование проведено на образцах тестикулярной ткани 10 пациентов с диагнозом «азооспермия» и образцах эякулята 5 доноров спермы и 8 пациентов из бесплодных пар. Из образцов готовили микроскопические препараты. 5fC и 5caC выявляли методом непрямой иммунофлуоресценции. Определение плоидности ядер сперматогенных клеток проводили методом флуоресцентной гибридизации in situ (FISH).

Результаты. 5fC и 5caC отсутствовали в митотически и мейотически делящихся сперматогенных клетках и были характерны только для некоторых интерфазных ядер сперматогониев и сперматид, а также для некоторых эякулированных сперматозоидов. Частота сперматозоидов с высоким уровнем 5fC и 5caC в эякуляте пациентов из бесплодных пар варьировала в широком диапазоне и была выше, чем у доноров спермы (p = 0,007, p = 0,028 соответственно). Увеличение частоты сперматозоидов с высоким уровнем 5fC и 5caC сопровождалось снижением частоты морфологически нормальных и прогрессивно-подвижных сперматозоидов.

Выводы. 5fC и 5caC дифференциально распределены в сперматогенных клетках и сперматозоидах человека. Одним из вероятных объяснений повышенного уровня 5fC и 5caC, выявляемого методом непрямой иммунофлуоресценции в некоторых эякулированных сперматозоидах, является оксидативный стресс, вызванный воздействием внешних и внутренних факторов. Оценку 5fC и 5caC можно потенциально использовать как дополнительный критерий качества эякулята.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ольга Алексеевна Ефимова

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Email: efimova_o82@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4495-0983
SPIN-код: 6959-5014
Scopus Author ID: 14013324600

канд. биол. наук, заведующая лабораторией цитогенетики и цитогеномики репродукции

Россия, Санкт-Петербург

Михаил Игоревич Крапивин

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Email: krapivin-mihail@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1693-5973
SPIN-код: 4989-1932
Scopus Author ID: 56507166200

мл. научн. сотр.

Россия, Санкт-Петербург

Сергей Евгеньевич Парфеньев

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: gen21eration@gmail.com
SPIN-код: 9703-0273
Scopus Author ID: 57190742512

студент

Россия, Санкт-Петербург

Ирина Дмитриевна Мекина

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Email: irendf@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0813-5845
SPIN-код: 4682-8590
Scopus Author ID: 7006299063

канд. биол. наук, ст. научн. сотр.

Россия, Санкт-Петербург

Евгения Михайловна Комарова

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Email: evgmkomarova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9988-9879
SPIN-код: 1056-7821
Scopus Author ID: 57191625749

канд. биол. наук, заведующая лабораторией раннего эмбриогенеза

Россия, Санкт-Петербург

Мария Алексеевна Ищук

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Email: mashamazilina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4443-4287
SPIN-код: 1237-6373
Scopus Author ID: 24779589100

мл. научн. сотр.

Россия, Санкт-Петербург

Андрей Владимирович Тихонов

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Email: tixonov5790@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2557-6642
SPIN-код: 3170-2629
Scopus Author ID: 57191821068

канд. биол. наук, научн. сотр.

Россия, Санкт-Петербург

Игорь Юрьевич Коган

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Email: ikogan@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7351-6900
SPIN-код: 6572-6450
Scopus Author ID: 56895765600

д-р мед. наук, чл.-корр. РАН, директор

Россия, Санкт-Петербург

Арина Вячеславовна Голубева

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: AlikovaAV1504@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1613-222X

студент

Россия, Санкт-Петербург

Евгений Владиславович Даев

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: e.daev@spbu.ru
ORCID iD: 0000-0003-2036-6790
SPIN-код: 8926-6034
Scopus Author ID: 6701779129

д-р биол. наук, профессор кафедры генетики и биотехнологии

Россия, Санкт-Петербург

Александр Мкртичевич Гзгзян

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Email: agzgzyan@gmail.com
SPIN-код: 6412-4801
Scopus Author ID: 56232643300

д-р мед. наук, заведующий отделом репродуктологии

Россия, Санкт-Петербург

Олеся Николаевна Беспалова

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Email: shiggerra@mail.ru
SPIN-код: 4732-8089
Scopus Author ID: 57189999252

д-р мед. наук, заместитель директора по научной работе

Россия, Санкт-Петербург

Анна Андреевна Пендина

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта; Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: pendina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9182-9188
SPIN-код: 3123-2133
Scopus Author ID: 6506976983

канд. биол. наук, ст. научн. сотр.

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Reik W., Surani M.A. Germline and Pluripotent Stem Cells // Cold Spring Harb Perspect Biol. 2015. Vol. 7, No. 11. P. a019422. doi: 10.1101/cshperspect.a019422
  2. Efimova O.A., Pendina A.A., Tikhonov A.V., Baranov V.S. The evolution of ideas on the biological role of 5-methylcytosine oxidative derivatives in the mammalian genome // Russ J Genet Appl Res. 2018. Vol. 8, No. 1. P. 11–21. doi: 10.1134/S2079059718010069
  3. Efimova O.A., Koltsova A.S., Krapivin M.I., et al. Environmental Epigenetics and Genome Flexibility: Focus on 5-Hydroxymethylcytosine // Int J Mol Sci. 2020. Vol. 21, No. 9. P. 3223. doi: 10.3390/ijms21093223
  4. Aitken R.J., Gibb Z., Baker M.A., et al. Causes and consequences of oxidative stress in spermatozoa // Reprod Fertil Dev. 2016. Vol. 28, No. 1–2. P. 1–10. doi: 10.1071/RD15325
  5. Gunes S., Arslan M.A., Hekim G.N.T., Asci R. The role of epigenetics in idiopathic male infertility // J Assist Reprod Genet. 2016. Vol. 33, No. 5. P. 553–569. doi: 10.1007/s10815-016-0682-8
  6. Jenkins T.G., Aston K.I., Meyer T.D., et al. Decreased fecundity and sperm DNA methylation patterns // Fertil Steril. 2016. Vol. 105, No. 1. P. 51–7.e1–3. doi: 10.1016/j.fertnstert.2015.09.013
  7. Aston K.I., Uren P.J., Jenkins T.G., et al. Aberrant sperm DNA methylation predicts male fertility status and embryo quality // Fertil Steril. 2015 Vol. 104, No. 6. P. 1388–97.e1–5. doi: 10.1016/j.fertnstert.2015.08.019
  8. Urdinguio R.G., Bayon G.F., Dmitrijeva M., et al. Aberrant DNA methylation patterns of spermatozoa in men with unexplained infertility // Hum Reprod. 2015. Vol. 30, No. 5. P. 1014–1028. doi: 10.1093/humrep/dev053
  9. Du Y., Li M., Chen J., et al. Promoter targeted bisulfite sequencing reveals DNA methylation profiles associated with low sperm motility in asthenozoospermia // Hum Reprod. 2016 Vol. 31, No. 1. P. 24–33. doi: 10.1093/humrep/dev283
  10. Laqqan M.M., Yassin M.M. Cigarette heavy smoking alters DNA methylation patterns and gene transcription levels in humans spermatozoa // Environ Sci Pollut Res Int. 2022. Vol. 29, No. 18. P. 26835–26849. doi: 10.1007/s11356-021-17786-8
  11. Li J., Xu J., Yang T., et al. Genome-wide methylation analyses of human sperm unravel novel differentially methylated regions in asthenozoospermia // Epigenomics. 2022. Vol. 14, No. 16. P. 951–964. doi: 10.2217/epi-2022-0122
  12. Zhang Z., Wang J., Shi F., et al. Genome-wide alternation and effect of DNA methylation in the impairments of steroidogenesis and spermatogenesis after PM2.5 exposure // Environ Int. 2022. Vol. 169. P. 107544. doi: 10.1016/j.envint.2022.107544
  13. Tahiliani M., Koh K.P., Shen Y., et al. Conversion of 5-methylcytosine to 5-hydroxymethylcytosine in mammalian DNA by MLL partner TET1 // Science. 2009. Vol. 324, No. 5929. P. 930–935. doi: 10.1126/science.1170116
  14. Ito S., Shen L., Dai Q., et al. Tet proteins can convert 5-methylcytosine to 5-formylcytosine and 5-carboxylcytosine // Science. 2011. Vol. 333, No. 6047. P. 1300–1303. doi: 10.1126/science.1210597
  15. Branco M.R., Ficz G., Reik W. Uncovering the role of 5-hydroxymethylcytosine in the epigenome // Nat Rev Genet. 2011. Vol. 13, No. 1. P. 7–13. doi: 10.1038/nrg3080
  16. Pfeifer G.P., Kadam S., Jin S.G. 5-hydroxymethylcytosine and its potential roles in development and cancer // Epigenetics Chromatin. 2013. Vol. 6, No. 1. P. 10. doi: 10.1186/1756-8935-6-10
  17. Efimova O.A., Pendina A.A., Tikhonov A.V., et al. Oxidized form of 5-methylcytosine-5-hydroxymethylcytosine: a new insight into the biological significance in the mammalian genome // Russ J Genet Appl Res. 2015. Vol. 5. P. 75–81. doi: 10.1134/S2079059715020033
  18. Efimova O.A., Pendina A.A., Tikhonov A.V., et al. Genome-wide 5-hydroxymethylcytosine patterns in human spermatogenesis are associated with semen quality // Oncotarget. 2017. Vol. 8, No. 51. P. 88294–88307. doi: 10.18632/oncotarget.18331
  19. Zheng H., Zhou X., Li D.K., et al. Genome-wide alteration in DNA hydroxymethylation in the sperm from bisphenol A-exposed men // PLoS One. 2017. Vol. 12, No. 6. P. e0178535. doi: 10.1371/journal.pone.0178535
  20. Nettersheim D., Heukamp L.C., Fronhoffs F., et al. Analysis of TET expression/activity and 5mC oxidation during normal and malignant germ cell development // PLoS One. 2013. Vol. 8, No. 12. P. e82881. doi: 10.1371/journal.pone.0082881
  21. Kruger T.F., Menkveld R., Stander F.S., et al. Sperm morphologic features as a prognostic factor in in vitro fertilization // Fertil Steril. 1986. Vol. 46, No. 6. P. 1118–1123. doi: 10.1016/s0015-0282(16)49891-2
  22. Pendina A.A., Efimova O.A., Chiryaeva O.G., et al. A comparative cytogenetic study of miscarriages after IVF and natural conception in women aged under and over 35 years // J Assist Reprod Genet. 2014. Vol. 31, No. 2. P. 149–155. doi: 10.1007/s10815-013-0148-1
  23. Efimova O.A., Pendina A.A., Tikhonov A.V., et al. Chromosome hydroxymethylation patterns in human zygotes and cleavage-stage embryos // Reproduction. 2015. Vol. 149, No. 3. P. 223–233. doi: 10.1530/REP-14-0343
  24. Pendina A.A., Efimova O.A., Tikhonov A.V., et al. Immunofluorescence Staining for Cytosine Modifications Like 5-Methylcytosine and Its Oxidative Derivatives and FISH. In: Fluorescence in situ hybridization (FISH). Ed. by T. Liehr. Berlin: Heidelberg: Springer, 2017. P. 337–346. doi: 10.1007/978-3-662-52959-1_35
  25. Efimova O.A., Pendina A.A., Krapivin M.I., et al. Inter-Cell and Inter-Chromosome Variability of 5-Hydroxymethylcytosine Patterns in Noncultured Human Embryonic and Extraembryonic Cells // Cytogenet Genome Res. 2018. Vol. 156, No. 3. P. 150–157. doi: 10.1159/000493906
  26. Negoescu A., Lorimier P., Labat-Moleur F., et al. In situ apoptotic cell labeling by the TUNEL method: improvement and evaluation on cell preparations // J Histochem Cytochem. 1996. Vol. 44, No. 9. P. 959–968. doi: 10.1177/44.9.8773561
  27. World Health Organization. Laboratory manual for the examination and processing of human semen, sixth edition. Geneva: World Health Organization, 2021. 276 p.
  28. Seisenberger S., Peat J.R., Hore T.A., et al. Reprogramming DNA methylation in the mammalian life cycle: building and breaking epigenetic barriers // Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2013. Vol. 368, No. 1609. P. 20110330. doi: 10.1098/rstb.2011.0330
  29. Marcho C., Cui W., Mager J. Epigenetic dynamics during preimplantation development // Reproduction. 2015. Vol. 150, No. 3. P. R109–R120. doi: 10.1530/REP-15-0180
  30. Fulka H., Mrazek M., Tepla O., Fulka J.Jr. DNA methylation pattern in human zygotes and developing embryos // Reproduction. 2004. Vol. 128, No. 6. P. 703–708. doi: 10.1530/rep.1.00217
  31. Pendina A.A., Efimova O.A., Fedorova I.D., et al. DNA methylation patterns of metaphase chromosomes in human preimplantation embryos // Cytogenet Genome Res. 2011. Vol. 132, No. 1–2. P. 1–7. doi: 10.1159/000318673
  32. Madugundu G.S., Cadet J., Wagner J.R. Hydroxyl-radical-induced oxidation of 5-methylcytosine in isolated and cellular DNA // Nucleic Acids Res. 2014. Vol. 42, No. 11. P. 7450–7460. doi: 10.1093/nar/gku334
  33. Cadet J., Wagner J.R. Radiation-induced damage to cellular DNA: Chemical nature and mechanisms of lesion formation // Radiation Physics and Chemistry. 2016. Vol. 128. P. 54–59. doi: 10.1016/j.radphyschem.2016.04.018
  34. Alahmar A.T. Role of Oxidative Stress in Male Infertility: An Updated Review // J Hum Reprod Sci. 2019. Vol. 12, No. 1. P. 4–18. doi: 10.4103/jhrs.JHRS_150_18
  35. Ni K., Dansranjavin T., Rogenhofer N., et al. TET enzymes are successively expressed during human spermatogenesis and their expression level is pivotal for male fertility // Hum Reprod. 2016. Vol. 31, No. 7. P. 1411–1424. doi: 10.1093/humrep/dew096
  36. Sakkas D., Alvarez J.G. Sperm DNA fragmentation: mechanisms of origin, impact on reproductive outcome, and analysis // Fertil Steril. 2010. Vol. 93, No. 4. P. 1027–1036. doi: 10.1016/j.fertnstert.2009.10.046

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Интерфазные ядра сперматогенных клеток из биоптата семенника пациента с азооспермией после гибридизации с ДНК-зондом к центромерному участку хромосомы 8 (голубой) с последующей иммуноцитохимической детекцией 5fC (желтый) и 5caC (зеленый). ДНК окрашена 4',6-диамидино-2-фенилиндолом (DAPI, синий). Представлены цифровые фотоизображения четырех областей на препарате (а–d)

Скачать (258KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Соотношение интерфазных ядер с 5fC и 5caC среди сперматогониев и сперматид у 10 пациентов с азооспермией

Скачать (250KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Интерфазное ядро сперматогенной клетки из биоптата семенника пациента с азооспермией: а — иммуноцитохимическая детекция 5fC*; b — иммуноцитохимическая детекция 5caC; c — совмещенное изображение 5fC + 5caC; *Для улучшения качества совместной визуализации флуоресцентных сигналов изначально оранжевый цвет на изображении a был изменен в фоторедакторе на красный

Скачать (164KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сперматозоиды из эякулята человека, окрашенные с помощью антител, специфичных к 5fC (a)*, 5caC (b), совмещенное изображение 5fC + 5caC (c), фазово-контрастное изображение (d). *Для улучшения качества совместной визуализации флуоресцентных сигналов изначально оранжевый цвет на изображении a был изменен в фоторедакторе на красный

Скачать (139KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Взаимосвязь содержания в эякуляте 5fC+- и 5caC+-сперматозоидов. Показана линия регрессии, коэффициент корреляции Спирмена ρ и р-значение. Установлена достоверная положительная зависимость

Скачать (48KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Содержание сперматозоидов с 5fC+ и 5caC+ в эякуляте пациентов из бесплодных пар и доноров спермы

Скачать (96KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Сперматозоид из эякулята человека, окрашенный с помощью антител, специфичных к 5fC (a)*, 5caC (b), и совмещенные изображения 5fC + 5caC (c). *Для улучшения качества совместной визуализации флуоресцентных сигналов изначально оранжевый цвет на изображении a был изменен в фоторедакторе на красный

Скачать (96KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Взаимосвязь содержания в эякуляте 5fC+- и 5caC+-сперматозоидов с показателями спермиологического анализа и фрагментацией ДНК. Показаны линии регрессии, коэффициент корреляции Спирмена ρ и р-значения. Достоверные корреляции выделены рамкой

Скачать (161KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Взаимосвязь содержания в эякуляте 5fC+- и 5caC+-сперматозоидов с фрагментацией ДНК. Показаны линии регрессии, коэффициент корреляции Спирмена ρ и р-значения

Скачать (70KB)
Метаданные

© ООО "Эко-Вектор", 2023


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 65617 от 04.05.2016.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах