男性不妊の遺伝的知見:TCTE1の役割
研究によると、TCTE1遺伝子が精子の質や生殖能力にどう影響するかが分かった。
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目次
不妊症は、妊娠を試みる多くのカップルにとって深刻な問題になってるよ。健康機関によると、約10-18%のカップルが1年の間に定期的に無防備なセックスをしても妊娠に苦労してるみたい。男性の不妊症が原因の大部分を占めていて、約7%の男性が生殖に関する問題に直面してるんだ。男性の不妊は、遺伝的な問題、ホルモンの問題、感染、そして生殖器の構造的異常などいろんな要因から起こるよ。
男性不妊症の基本
男性不妊は、精液の質が低下することが特徴的だよ。主な指標には、精子の濃度、精子の形(形態)、精子の動き(運動性)なんかがあるんだ。いくつかの研究によれば、遺伝的な問題が男性不妊の約10-15%に関係してることがわかってるけど、たくさんの男性にとって不妊の理由はまだはっきりしてないみたい。
男性不妊の遺伝子検査では、精子生成に影響を与えることが知られているY染色体の特定の領域における染色体異常や特定の欠失を探すことが多いけど、精子の発育や機能にかかわる遺伝子の大部分はまだよくわかってないんだ。
研究における新技術
最近の技術の進歩、特に次世代シーケンシング(NGS)を使うことで、男性不妊の遺伝的な要因を分析する新しい方法ができたよ。研究者たちは、ヒトのサンプルやマウスなどの動物モデルから大量のDNAやRNAをシーケンスして、不妊の潜在的な遺伝的原因を特定することができるようになったんだ。
精子の運動性の重要性
男性の生殖力において重要な要素は精子の運動性で、これは精子の鞭(フラジェル)と呼ばれる構造に大きく依存してる。この構造が高品質である必要があって、精子が効果的に泳いで卵子に到達し受精するためには不可欠なんだ。
精子の構造と機能に関与する遺伝子の変異は、精子の形や動きに異常を引き起こすことがあるよ。例えば、繊毛や鞭の動きを助けるたんぱく質であるダイニンアームの問題は、運動性の低下や精子の構造的欠陥を引き起こす可能性があるんだ。
TCTE1の役割
TCTE1は、男性不妊に対する潜在的な役割から最近注目されている遺伝子なんだ。精子の尾の機能に関与していて、精子がどれだけ泳げるかに影響を与えるかもしれない。研究者たちは、TCTE1遺伝子が欠けているノックアウトマウスを使って、その不妊に対する影響を調べてるよ。
研究では、TCTE1がないマウスは生殖力が低下していて、この遺伝子が適切な精子機能にとって必須であることが示されてる。TCTE1が完全に欠けているホモ接合体ノックアウトマウスは、かなりの精子運動性の問題を示したけど、機能するコピーを一つ持ってるヘテロ接合体マウスは、精子の質は低下しても子供を生むことができたんだ。
マウスモデル:人間の不妊に関する洞察
マウスモデルを使った研究では、特定の遺伝子の欠失が生殖に及ぼす影響を観察できるんだ。これらの研究では、研究者たちは異なるコピー数のTCTE1遺伝子を持つマウスのグループを作ったよ。結果は、変異マウスが精子のパラメータに変化を示していて、精子濃度が低下したり、異常な精子の形態を持ったりしてたんだ。
精巣構造の変化
これらのマウスの精巣組織を調べたところ、TCTE1が欠けているマウスには目に見える構造的異常はなかったけど、精巣の重量と大きさに有意な違いがあったことが確認されたよ。これはTCTE1と全体的な生殖健康との潜在的な関連を示唆してるかもしれない。
遺伝子と精子の質の関係
精巣組織のさらなる分析では、TCTE1がないことでいくつかの遺伝子の発現に変化があったことがわかった。この遺伝子の変化は、精子の生成や運動に必要な要素の低下を引き起こし、最終的には精子が卵子に向かって泳ぐ能力に影響を与えたんだ。
精子分析の技術
精子の質を評価するために、研究者たちは精子の数を数えたり、その動きを分析したりするさまざまなテストを行ったよ。研究では、ノックアウトマウスが精子の運動性と濃度に劇的な低下を示して、オリゴアステノテラトゾースペルミア(精子数が少なく、運動性が悪く、形が異常な状態)と呼ばれる状態になっていたんだ。
ATPの精子機能における役割
ATP(アデノシン三リン酸)は、細胞、特に精子にとって重要なエネルギー分子なんだ。ATPの生成は精子のミトコンドリア、特に尾の部分で行われていて、精子の動きを助けるんだ。TCTE1ノックアウトマウスの精子のATPレベルを測定した結果、有意な減少が見られて、エネルギーの不足が運動性の問題に寄与していることを示唆してるよ。
アポトーシスと精子の健康
アポトーシス(プログラムされた細胞死)は、精巣内の健康な細胞の集団を維持するために重要なプロセスなんだ。精巣組織のアポトーシスマーカーを調べた結果、TCTE1ノックアウトマウスは対照群と同じレベルのアポトーシスを示していて、TCTE1の喪失が必ずしも細胞死の増加につながるわけではないことが示唆されるね。
人間のサンプルの調査
動物研究に加えて、研究者たちは不妊の男性からの人間のサンプルも調べたよ。中には、TCTE1遺伝子に珍しい遺伝的変異を持つ人もいて、これらの変異がさまざまな精子異常に関連付けられてることがわかった。このことは、TCTE1に関連する男性不妊の遺伝的基盤があるかもしれないことを示唆してるんだ。
今後の研究への影響
TCTE1に関する発見は、男性不妊の複雑さを浮き彫りにしていて、遺伝的要因と環境的要因が生殖の問題に寄与していることを示してる。今後の研究では、精子の発育や機能に関与する遺伝子の複雑なネットワークを解明する必要があって、男性不妊に対する新しい治療法が見つかるかもしれないよ。
結論
男性不妊の研究は、妊娠を試みるカップルの懸念に対処するために重要なんだ。TCTE1に関わるような遺伝的要因を理解することは、生殖健康の複雑さへの洞察を提供してくれる。今後、この分野の研究が進むことで、不妊に悩む人々への診断や治療法が改善されるかもしれなくて、遺伝子が生殖の成功において重要な役割を果たすことが強調されるよ。
タイトル: Tcte1 knockout influence on energy chain transportation, apoptosis and spermatogenesis - implications for male infertility
概要: STUDY QUESTIONIs Tcte1 mutation causative for male infertility? SUMMARY ANSWERCollected data underline the complex and devastating effect of the single-gene mutation on testicular molecular network, leading to male reproductive failure. WHAT IS KNOWN ALREADYLatest data revealed mutations in genes related to axonemal dynein arms as causative for morphology and motility abnormalities in spermatozoa of infertile males, including dysplasia of fibrous sheath (DFS) and multiple morphological abnormalities in the sperm flagella (MMAF). The nexin-dynein regulatory complex (N-DRC) coordinates the dynein arm activity, and is built from DRC1-DRC7 proteins. DRC5 (TCTE1) - one of N-DRC element, has been already reported as a candidate for abnormal sperm flagella beating, however, only in restricted manner with no clear explanation of respective observations. STUDY DESIGN, SIZE, DURATIONUsing CRISPR/Cas9 genome editing technique, mouse knockout line of Tcte1 gene was created on the basis of C57Bl/6J strain. Then, the mouse reproductive potential, semen characteristics, testicular gene expression level, sperm ATP and testis apoptosis level measurements have been performed, followed by visualization of N-DRC proteins in sperm, and protein modeling in silico. Also, a pilot genomic sequencing study of samples from human infertile males (n=248) was applied for screening of TCTE1 variants. PARTICIPANTS/MATERIALS, SETTING, METHODSTo check the reproductive potential of KO mice, adult animals were crossed for delivery of three litters per caged pair, but no longer than for 6 months, in various combinations of zygosity. All experiments were performed for wild type (WT - control group), heterozygous Tcte1+/-, and homozygous Tcte1-/- male mice. Gross anatomy was performed on testis and epididymis, followed by semen analysis. Sequencing of RNA (RNAseq; Illumina) has been done for mice testis tissues. STRING interactions have been checked for protein-protein interactions, based on changed expression level of corresponding genes identified in the mouse testis RNAseq experiments. Immunofluorescence in situ staining was performed to detect the N-DRC complex proteins: Tcte1 (Drc5), Drc7, Fbxl13 (Drc6), and Eps8l1 (Drc3) in mouse spermatozoa. To determine the ATP amount in spermatozoa, the luminescence level was measured. Also, immunofluorescent in situ staining was performed to check the level of apoptosis via caspase 3 visualization on mouse testis samples. DNA from whole blood samples of infertile males (n=137 non-obstructive azoospermia or cryptozoospermia, n=111 samples with spectrum of oligoasthenoteratozoospermia, including n=47 with asthenozoospermia) has been extracted to perform genomic sequencing (WGS, WES or Sanger). Protein prediction modeling of human identified variants and the exon 3 structure deleted in mouse knockout has been also performed. MAIN RESULTS AND THE ROLE OF CHANCENo progeny at all was found for homozygous males with revealed oligoasthenoteratozoospermia, while heterozygous animals (fertile) manifested oligozoospermia, suggesting haploinsufficiency. RNA-sequencing of the testicular tissue showed the influence of Tcte1 mutations on the expression pattern of 21 genes responsible for mitochondrial ATP processing, linked with apoptosis, or spermatogenesis. In Tcte1-/- males the protein revealed only residual amounts in sperm head nucleus, and was not transported to sperm flagella, as other N-DRC components. Decreased ATP level (2.4-fold lower) was found in spermatozoa of homozygous mice, together with disturbed tail:midpiece ratio, leading to abnormal sperm tail beating. Casp3-positive signals (indicating apoptosis) were observed in spermatogonia only, at similar level in all three mouse genotypes. Mutation screening of human infertile males revealed 1 novel and 5 ultrarare heterogeneous variants (predicted as disease causing) in 6.05% of patients studied. Protein prediction modeling of identified variants revealed changes in the protein surface charge potential, leading to disruption in helix flexibility or its dynamics, thus, suggesting the disrupted TCTE1 interaction with its binding partners located within the axoneme. What does this mean for patients?Abnormal semen parameters (sperm count, motility and morphology) are known as one of the first symptoms that may be related to male fertility problems. This study aimed to determine the role of Tcte1 in male infertility using mouse knockout model. Tcte1 protein is one of the structural elements building N-DRC, a complex within an axoneme that is responsible for coordination of the sperm flagella elements activity, strictly related to sperm motility. We have found that mutations in mouse Tcte1 knockout model revealed two phenotypes, dependent on zygosity: infertile oligoasthenoteratozoospermic homozygotes, and fertile oligozoospermic heterozygotic males, suggesting haploinsufficiency mechanism. Pilot study on human samples with TCTE1 variants revealed a wide spectra of semen quality (from non-obstructive azoospermia, via cryptozoospermia, to severe oligoasthenozoospermia). Thus, TCTE1 gene is the next one that should be added to the male infertility list because of its crucial role in spermatogenesis influencing the variety of testicular molecular networks (incl. energy machinery processing) and proper sperm function.
著者: Maciej Krzysztof Kurpisz, M. Olszewska, A. Malcher, T. Stokowy, N. Pollock, A. J. Berman, S. Budkiewicz, M. Kamieniczna, H. Jackowiak, J. Suszynska-Zajczyk, P. Jedrzejczak, A. N. Yatsenko
最終更新: 2024-02-16 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2022.11.17.22282339
ソースPDF: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2022.11.17.22282339.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた medrxiv に感謝します。
参照リンク
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