Caracterization of human sperm proteome

La spermatogenèse est un processus complexe qui se déroule dans le tube séminifère du testicule. Au cours de ce processus, la cellule germinale entre en méiose puis réalise de profondes transformations cytologiques comme la compaction de la chromatine, la formation de l’acrosome et du flagelle. Les organites cytoplasmiques comme l’appareil de Golgi et le reticulum endoplasmique sont éliminés. Le spermatozoïde est alors une cellule organisée qui ne réalise pas ou peu de synthèse protéique. De plus, à la sortie du testicule, le spermatozoïde n’est pas mobile et incapable de féconder l’ovocyte. C’est par des interactions avec son environnement, l’épididyme et les voies génitales féminines, qu’il acquiert pleinement ces fonctions. Ces interactions se traduisent par des modifications du protéome comme le clivage des protéines ou des modifications post-traductionnelles. Ainsi, l’approche protéomique représente une méthode pertinente pour appréhender la physiologie spermatique. Toutefois, le protéome spermatique a fait l’objet de peu d’études et reste mal connu. Dans cette étude, le protéome du spermatozoïde humain a été réalisé selon deux approches. L’électrophorèse bidimensionnelle est particulièrement adaptée pour l’étude des modifications post-traductionnelles tandis que le shotgun constitue une technologie puissante en terme de sensibilité et d’identification des protéines. Les analyses bioinformatiques ont permis d’identifier les familles de protéines surexprimées de façon significative au sein du protéome spermatique. Parmi celles-ci, les protéines d’associations aux microtubules ont été sélectionnées en raison de leur rôle fondamental dans la dynamique du réseau microtubulaire et par conséquent, la mobilité spermatique. Le profil d’expression de la DCDC2C, une protéine de la famille des domaines à doublecortines, a été caractérisé dans le testicule et le spermatozoïde humain. De plus amples investigations sont nécessaires afin de préciser son rôle dans la physiologie spermatique.Outre la compréhension de processus physiologiques, les outils protéomiques permettent l’identification de nouveaux marqueurs de qualité du spermatozoïde. La caractérisation de la qualité spermatique repose actuellement sur un examen descriptif, le spermogramme-spermocytogramme, qui ne permet pas toujours d’expliquer l’infertilité du couple. Ainsi, l’amélioration des outils diagnostics et de la prise en charge de la fertilité sont les enjeux de la Procréation Médicalement Assistée. Dans ce contexte, nous avons observé le protéome de 161 échantillons de spermes normaux (OMS 2010). L’analyse de ce protéome a permis de définir un nouvel index de qualité protéique (SPQI) Les études statistiques ont montré que le SPQI est significativement associé à la mobilité progressive du spermatozoïde. Ainsi, le SPQI pourrait être un nouveau marqueur de qualité du spermatozoïde. Un kit permettant d’établir le SPQI en routine diagnostique est en cours de développement.Spermatogenesis is a complex process located in seminiferous tubules of the testis. Germ cell underwent meiosis during the process following many cytological modifications such as chromatin compaction, biogenesis of both acrosome and flagellum. Subcellular components like the Golgi apparatus and endoplasmic reticulum were eliminated. Spermatozoa is then a highly organized cell which realized no or little de novo protein synthesis. Spermatozoa is furthermore unable to move and fertilize an oocyte outside of the testis, as it fully becomes functional by interacting with its environment, the epididymis and the female genital tracts. These interactions are translated by modifications of the proteome as proteins cleavage or post-translational modifications. The proteomic approach represents then a relevant method to understand sperm physiology. Nevertheless, few studies are related to sperm proteome which remains poorly known. This study has been conducted using two different approaches. 2D-electrophoresis is especially adapted to post-translational studies while the shotgun approach is a powerful and sensible tool for protein identification. Bioinformatic analyses helped identifying protein families overexpressed in a meaningful way inside the sperm proteome. Microtubules-associated proteins were among those that have been selected due to their role in the dynamic of microtubule network, thus in the sperm motility. The DCDC2C expression profile, a protein belonging to the doublecortin containing domain family, has been characterized in the testis and in the human spermatozoa. Further investigations are necessary in order to define its role in the sperm physiology.Besides the understanding of physiological processes, proteomic tools allow the identification of new markers of sperm quality. The characterization of sperm quality currently relies on a descriptive test that is not yet capable of explaining the infertility of a couple. Improving the diagnostic tool and management of fertility are the main objectives of reproductive studies. We have therefore observed the proteome of 161 normal sperm samples (WHO 2010). The proteome analysis defined a new sperm protein quality index (SPQI). Statistic studies show that this SPQI is significantly related to the progressive motility of the sperm. SPQI could then be used as a new quality marker of the spermatozoa. A kit that could help establishing SPQI routinely is currently in process

Caractérisation du protéome du spermatozoïde humain

Spermatogenesis is a complex process located in seminiferous tubules of the testis. Germ cell underwent meiosis during the process following many cytological modifications such as chromatin compaction, biogenesis of both acrosome and flagellum. Subcellular components like the Golgi apparatus and endoplasmic reticulum were eliminated. Spermatozoa is then a highly organized cell which realized no or little de novo protein synthesis. Spermatozoa is furthermore unable to move and fertilize an oocyte outside of the testis, as it fully becomes functional by interacting with its environment, the epididymis and the female genital tracts. These interactions are translated by modifications of the proteome as proteins cleavage or post-translational modifications. The proteomic approach represents then a relevant method to understand sperm physiology. Nevertheless, few studies are related to sperm proteome which remains poorly known. This study has been conducted using two different approaches. 2D-electrophoresis is especially adapted to post-translational studies while the shotgun approach is a powerful and sensible tool for protein identification. Bioinformatic analyses helped identifying protein families overexpressed in a meaningful way inside the sperm proteome. Microtubules-associated proteins were among those that have been selected due to their role in the dynamic of microtubule network, thus in the sperm motility. The DCDC2C expression profile, a protein belonging to the doublecortin containing domain family, has been characterized in the testis and in the human spermatozoa. Further investigations are necessary in order to define its role in the sperm physiology.Besides the understanding of physiological processes, proteomic tools allow the identification of new markers of sperm quality. The characterization of sperm quality currently relies on a descriptive test that is not yet capable of explaining the infertility of a couple. Improving the diagnostic tool and management of fertility are the main objectives of reproductive studies. We have therefore observed the proteome of 161 normal sperm samples (WHO 2010). The proteome analysis defined a new sperm protein quality index (SPQI). Statistic studies show that this SPQI is significantly related to the progressive motility of the sperm. SPQI could then be used as a new quality marker of the spermatozoa. A kit that could help establishing SPQI routinely is currently in process.La spermatogenèse est un processus complexe qui se déroule dans le tube séminifère du testicule. Au cours de ce processus, la cellule germinale entre en méiose puis réalise de profondes transformations cytologiques comme la compaction de la chromatine, la formation de l’acrosome et du flagelle. Les organites cytoplasmiques comme l’appareil de Golgi et le reticulum endoplasmique sont éliminés. Le spermatozoïde est alors une cellule organisée qui ne réalise pas ou peu de synthèse protéique. De plus, à la sortie du testicule, le spermatozoïde n’est pas mobile et incapable de féconder l’ovocyte. C’est par des interactions avec son environnement, l’épididyme et les voies génitales féminines, qu’il acquiert pleinement ces fonctions. Ces interactions se traduisent par des modifications du protéome comme le clivage des protéines ou des modifications post-traductionnelles. Ainsi, l’approche protéomique représente une méthode pertinente pour appréhender la physiologie spermatique. Toutefois, le protéome spermatique a fait l’objet de peu d’études et reste mal connu. Dans cette étude, le protéome du spermatozoïde humain a été réalisé selon deux approches. L’électrophorèse bidimensionnelle est particulièrement adaptée pour l’étude des modifications post-traductionnelles tandis que le shotgun constitue une technologie puissante en terme de sensibilité et d’identification des protéines. Les analyses bioinformatiques ont permis d’identifier les familles de protéines surexprimées de façon significative au sein du protéome spermatique. Parmi celles-ci, les protéines d’associations aux microtubules ont été sélectionnées en raison de leur rôle fondamental dans la dynamique du réseau microtubulaire et par conséquent, la mobilité spermatique. Le profil d’expression de la DCDC2C, une protéine de la famille des domaines à doublecortines, a été caractérisé dans le testicule et le spermatozoïde humain. De plus amples investigations sont nécessaires afin de préciser son rôle dans la physiologie spermatique.Outre la compréhension de processus physiologiques, les outils protéomiques permettent l’identification de nouveaux marqueurs de qualité du spermatozoïde. La caractérisation de la qualité spermatique repose actuellement sur un examen descriptif, le spermogramme-spermocytogramme, qui ne permet pas toujours d’expliquer l’infertilité du couple. Ainsi, l’amélioration des outils diagnostics et de la prise en charge de la fertilité sont les enjeux de la Procréation Médicalement Assistée. Dans ce contexte, nous avons observé le protéome de 161 échantillons de spermes normaux (OMS 2010). L’analyse de ce protéome a permis de définir un nouvel index de qualité protéique (SPQI) Les études statistiques ont montré que le SPQI est significativement associé à la mobilité progressive du spermatozoïde. Ainsi, le SPQI pourrait être un nouveau marqueur de qualité du spermatozoïde. Un kit permettant d’établir le SPQI en routine diagnostique est en cours de développement

Sperm Chromatin Condensation Defect Accelerates the Kinetics of Early Embryonic Development but Does Not Modify ICSI Outcome

The origin and quality of gametes are likely to influence the kinetics of embryonic development. The purpose of the study was to assess the impact of sperm nuclear quality, and in particular sperm chromatin condensation, on the kinetics of early embryo development after intracytoplasmic sperm injection (ICSI). Our study included 157 couples who benefitted from ICSI for male factor infertility. Chromatin condensation and DNA fragmentation were assessed in spermatozoa prior to ICSI. Above the 20% threshold of sperm condensation defect, patients were included in the abnormal sperm chromatin condensation (ASCC) group; below the 20% threshold, patients were included in the normal sperm chromatin condensation (NSCC) group. After ICSI, the oocytes were placed in the time-lapse incubator. The kinetics of the cohort’s embryonic development have been modeled. The fading times of pronuclei and the time to two blastomeres (t2, first cleavage) and four blastomeres (t4, third cleavage) differed significantly between the NSCC and ASCC groups, with earlier events occurring in the ASCC group. On the other hand, the state of sperm chromatin condensation did not seem to have an impact on live birth rates or the occurrence of miscarriages. The kinetics of early embryonic development was accelerated in males with a sperm chromatin condensation defect without compromising the chances of pregnancy or promoting miscarriage. However, our study highlights the paternal contribution to early embryonic events and potentially to the future health of the conceptus

Cannabis consumption might exert deleterious effects on sperm nuclear quality in infertile men

International audienceCan cannabis consumption alter sperm nuclear integrity in infertile men

Gel electrophoresis of human sperm: a simple method for evaluating sperm protein quality

Résumé Contexte Les limites des analyses conventionnelles du sperme ont mis en évidence la nécessité de moyens supplémentaires d’évaluation de la qualité du sperme. Matériel et Méthodes La méthode d’électrophorèse unidimensionnelle a été utilisée pour évaluer la teneur et la qualité protéique dans des échantillons d’éjaculats individuels de 245 hommes avec des paramètres spermatiques connus. Résultats La teneur en protéines du sperme variait d’un échantillon à l’autre, en particulier dans la gamme des poids moléculaires élevés. L’intensité des bandes de 80–110 kDa était corrélée à la mobilité progressive (r = 0,15, p = 0,015) et était significativement plus élevée (p = 0,0367) dans le groupe des hommes avec des paramètres conventionnels spermatiques supérieurs aux valeurs de référence (OMS, 2010) comparé au groupe d’hommes dont l’éjaculat présentait au moins un paramètre spermatique (volume de sperme, concentration de spermatozoïdes, numération des spermatozoïdes, motilité progressive, formes normales et indice d’anomalies multiples) en deça de la valeur de référence. Les bandes dans la gamme de 80–110 kDa ont été identifiées en spectrométrie de masse et se sont révélées être des protéines de la gaine fibreuse du flagelle: la protéine d’ancrage A-kinase 4, la protéine d’ancrage A-kinase 3 et l’hexokinase de type 1. Conclusion La méthode d’électrophorèse unidimensionnelle constitue une méthode simple, rapide, fiable et peu coûteuse pour analyser la qualité des protéines du sperme dans les éjaculats humains individuels

Oxidative Stress Is Associated with Telomere Interaction Impairment and Chromatin Condensation Defects in Spermatozoa of Infertile Males

Telomere length can be influenced by reactive oxygen species (ROS) generated by lifestyle factors or environmental exposure. We sought to determine whether oxidative stress has an impact on sperm nuclear alterations, especially on chromatin organization and telomere interactions in the spermatozoa of infertile males. We performed an observational and prospective study including fifty-two males, allocated in the “case group” (30 infertile males presenting conventional semen parameter alterations) and the “control group” (22 males with normal conventional semen parameters). ROS detection was determined on spermatozoa using CellROX© probes. Sperm nuclear damage was assessed using quantitative fluorescence in situ hybridization (Q-FISH) for relative telomere length and telomere number, aniline blue staining for chromatin condensation, terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick-end labeling for DNA fragmentation, and FISH for aneuploidy and 8-hydroxy-2′-deoxyguanosine immunostaining for oxidative DNA damages. Infertile males had significantly increased levels of cytoplasmic ROS and chromatin condensation defects as well as a higher mean number of telomere signals per spermatozoon in comparison with controls. In addition, the mean number of sperm telomere signals were positively correlated with the percentage of spermatozoa with chromatin condensation defect. In infertile males with conventional semen parameter alterations, oxidative stress is associated with telomere interaction impairment and chromatin condensation defects

Oxidative Stress Is Associated with Telomere Interaction Impairment and Chromatin Condensation Defects in Spermatozoa of Infertile Males

International audienceTelomere length can be influenced by reactive oxygen species (ROS) generated by lifestyle factors or environmental exposure. We sought to determine whether oxidative stress has an impact on sperm nuclear alterations, especially on chromatin organization and telomere interactions in the spermatozoa of infertile males. We performed an observational and prospective study including fifty-two males, allocated in the “case group” (30 infertile males presenting conventional semen parameter alterations) and the “control group” (22 males with normal conventional semen parameters). ROS detection was determined on spermatozoa using CellROX© probes. Sperm nuclear damage was assessed using quantitative fluorescence in situ hybridization (Q-FISH) for relative telomere length and telomere number, aniline blue staining for chromatin condensation, terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick-end labeling for DNA fragmentation, and FISH for aneuploidy and 8-hydroxy-2′-deoxyguanosine immunostaining for oxidative DNA damages. Infertile males had significantly increased levels of cytoplasmic ROS and chromatin condensation defects as well as a higher mean number of telomere signals per spermatozoon in comparison with controls. In addition, the mean number of sperm telomere signals were positively correlated with the percentage of spermatozoa with chromatin condensation defect. In infertile males with conventional semen parameter alterations, oxidative stress is associated with telomere interaction impairment and chromatin condensation defects

Defining the human sperm microtubulome: an integrated genomics approach

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Human Spermatozoa as a Model for Detecting Missing Proteins in the Context of the Chromosome-Centric Human Proteome Project

The Chromosome-Centric Human Proteome Project (C-HPP) aims at cataloguing the proteins as gene products encoded by the human genome in a chromosome-centric manner. The existence of products of about 82% of the genes has been confirmed at the protein level. However, the number of so-called “missing proteins” remains significant. It was recently suggested that the expression of proteins that have been systematically missed might be restricted to particular organs or cell types, for example, the testis. Testicular function, and spermatogenesis in particular, is conditioned by the successive activation or repression of thousands of genes and proteins including numerous germ cell- and testis-specific products. Both the testis and postmeiotic germ cells are thus promising sites at which to search for missing proteins, and ejaculated spermatozoa are a potential source of proteins whose expression is restricted to the germ cell lineage. A trans-chromosome-based data analysis was performed to catalog missing proteins in total protein extracts from isolated human spermatozoa. We have identified and manually validated peptide matches to 89 missing proteins in human spermatozoa. In addition, we carefully validated three proteins that were scored as uncertain in the latest neXtProt release (09.19.2014). A focus was then given to the 12 missing proteins encoded on chromosomes 2 and 14, some of which may putatively play roles in ciliation and flagellum mechanistics. The expression pattern of C2orf57 and TEX37 was confirmed in the adult testis by immunohistochemistry. On the basis of transcript expression during human spermatogenesis, we further consider the potential for discovering additional missing proteins in the testicular postmeiotic germ cell lineage and in ejaculated spermatozoa. This project was conducted as part of the C-HPP initiatives on chromosomes 14 (France) and 2 (Switzerland). The mass spectrometry proteomics data have been deposited with the ProteomeXchange Consortium under the data set identifier PXD002367