Мейоз, сперматогенез и ультраструктура базальной мембраны семенных канальцев у пациентов с азооспермией

The study objective is to determine the connection between meiosis abnormalities and changes in the basement membrane (BM) ultrastructure of the seminiferous tubules in patients with spermatogenesis disorders: azoospermia or severe oligospermia.Materials and methods. Electron microscopy of BMstructure of the seminiferous tubules of 31 patients with azoospermia or severe oligospermia and normal male karyotype (46, XY) without microdeletions of the Y chromosome or structural changes in chromosomes was performed. The group 1 included 18 patients with preserved spermatogenesis including germinal cell differentiation into mature spermatids; the group 2 consisted of13 patients with either Sertoli cells and spermatogonia or only Sertoli cells.Results. Six main types of ultrastructural changes in BM were observed. The most prominent were BM invaginations in the form of basket weaves that were observed in 8 of 13patients in the group 2. In the group 1, individual basket weaves were observed in 2 of 18patients. Im-munocytochemical examination of I order spermatocyte spread nuclei in 14 patients was performed. In patients of the group 2, spermatocytes weren’t discovered. In 10 patients of the group 1, meiosis arrest at the zygotene and pachytene stages was observed in 18-50 % of spermatocytes. In 6patients, 30 to 50 % of spermatocytes with impaired formation of the structure of the sex body were revealed.Conclusion. The morphological changes of the BM of the seminiferous tubules (“basket weaves” and duplications of the BM) are associated with marked disorders of meiosis and spermatogenesis. It is suggested about the possibility of mutations of the genes encoding the proteins of BM.Цель исследования - выявить взаимосвязь аномалий мейоза и изменений ультраструктуры базальной мембраны (БМ) семенных канальцев у пациентов при выраженном нарушении сперматогенеза - азооспермии или тяжелой форме олигозооспермии.Материалы и методы. Проведено электронно-микроскопическое исследование структуры БМ семенных канальцев 31 пациента с азооспермией и тяжелыми формами олиготератозооспермии с нормальным мужским кариотипом (46, XY), у которых не было обнаружено ни микроделеций Y-хромосомы, ни структурных нарушений хромосом. В 1-ю группу включены 18 пациентов с сохранным сперматогенезом, включавшим дифференцировку герминальных клеток до зрелых сперматид; во 2-ю группу вошли 13 пациентов, у которых выявлены либо клетки Сертоли и сперматогонии, либо только клетки Сертоли.Результаты. Описаны 6 основных типов ультраструктурных нарушений БМ. Наиболее выраженными были инвагинации БМ в виде «переплетений», которые обнаружены у 8 из 13 пациентов 2-й группы. В 1-й группе выявлены единичные «переплетения» у 2 из 18 пациентов. Проведено иммуноцитохимическое исследование распластанных ядер сперматоцитов Iпорядка у 14 пациентов. У пациентов 2-й группы сперматоциты обнаружить не удалось. У10 пациентов 1-й группы выявлен «арест» мейоза на стадиях зиготены и пахитены в 18-50 % сперматоцитов. У 6 пациентов выявлено от 30 до 50 % сперматоцитов с нарушением формирования структуры полового тельца.Заключение. Морфологические изменения БМ семенных канальцев («переплетения» и дупликации БМ) сопряжены с выраженными нарушениями мейоза и сперматогенеза. Высказывается предположение о возможности мутаций генов, кодирующих белки БМ

Meiosis, spermatogenesis and ultrastructure of the basement membrane of seminiferous tubules in patients with azoospermia [Мейоз, сперматогенез и ультраструктура базальной мембраны семенных канальцев у пациентов с азооспермией]

The study objective is to determine the connection between meiosis abnormalities and changes in the basement membrane (BM) ultrastructure of the seminiferous tubules in patients with spermatogenesis disorders: azoospermia or severe oligospermia. Materials and methods. Electron microscopy of BM structure of the seminiferous tubules of 31 patients with azoospermia or severe oligospermia and normal male karyotype (46, XY) without microdeletions of the Y chromosome or structural changes in chromosomes was performed. The group 1 included 18 patients with preserved spermatogenesis including germinal cell differentiation into mature spermatids; the group 2 consisted of 13 patients with either Sertoli cells and spermatogonia or only Sertoli cells. Results. Six main types of ultrastructural changes in BM were observed. The most prominent were BM invaginations in the form of basket weaves that were observed in 8 of 13 patients in the group 2. In the group 1, individual basket weaves were observed in 2 of 18 patients. Immunocytochemical examination of I order spermatocyte spread nuclei in 14 patients was performed. In patients of the group 2, spermatocytes weren't discovered. In 10 patients of the group 1, meiosis arrest at the zygotene and pachytene stages was observed in 18-50 % of spermatocytes. In 6 patients, 30 to 50 % of spermatocytes with impaired formation of the structure of the sex body were revealed. Conclusion. The morphological changes of the BM of the seminiferous tubules (“basket weaves” and duplications of the BM) are associated with marked disorders of meiosis and spermatogenesis. It is suggested about the possibility of mutations of the genes encoding the proteins of BM. © 2019 ABV-Press Publishing House. All rights reserved

ВЫЯВЛЕНИЕ НАРУШЕНИЙ МЕЙОЗА И СПЕРМАТОГЕНЕЗА МЕТОДАМИ СВЕТОВОЙ, ЭЛЕКТРОННОЙ И ФЛУОРЕСЦЕНТНОЙ МИКРОСКОПИИ

Introduction. Infertility is diagnosed in 10–15 % of couples wishing to have children. In about half cases, the cause is a disorders of male fertility. Defects of spermatogenesis are often caused by the damages of key events of prophase I meiosis – synapsis, repair, recombination and desynapsis of homologous chromosomes. All these events are connected with the unique structure of the meiotic nucleus – the synaptonemal complex. Behavior of the lateral elements of the synaptonemal complex serve as a paradigm of chromosome behavior in the meiosis prophase and an indicator of disorders of the chromosome synapsis.Objective is the evaluation of the possibilities analysis of the spread spermatocyte nuclei for establishing the causes and mechanisms of spermatogenesis disturbance and identification of the genetic and reproductive risks of using testicular spermatozoa for in vitro fertilization programs using intracytoplasmic sperm injection.Materials and methods. The material of the study were the biopsies of testes obtained from infertile patients by method of open multifocal testicular biopsy.The suspensions of testicular cells were examined by light microscopy. The structure of the synaptonemal complexes in spread nuclei of primary spermatocytes was studied by electron microscopy. The target meiotic proteins in such nuclei (SCP3, RAD51, MLH1, γH2AX) were localized by the fluorescence microscopy.Results. There were described possibilities of light microscopic analysis of the testicular cells suspensions for the evaluation of spermatogenesis. The features of the structural organization of the sex (XY) bivalent were presented which underlie the determination of the stages of meiotic prophase in human spermatocytes. The signs of the meiotic arrest, the disturbance of the architectonics of meiotic nuclei, synapsis, recombination and chromatin silencing in human spermatocytes at the meiotic prophase I are described in details.Сonclusion. The presented results demonstrate the expediency of introducing methods of electron microscopy and immunocytochemical analysis of the spread spermatocytes nuclei in the practice of the reproductive centers. The using of these methods makes it possible for understanding the mechanisms of infertility genesis, revealing genetic and reproductive risks of using testicular spermatozoa in the fertilization program.Введение. Бесплодие диагностируется у 10–15 % пар, желающих иметь детей. Приблизительно в половине случаев это обусловлено снижением фертильности мужчин. Нарушение сперматогенеза нередко вызвано сбоями в течении ключевых событий профазы I мейоза – синапсиса, репарации, рекомбинации и десинапсиса гомологичных хромосом. Все эти события связаны с уникальной структурой мейотического ядра – синаптонемным комплексом. Поведение латеральных элементов синаптонемного комплекса служат парадигмой поведения хромосом в профазе мейоза и индикатором нарушений синапсиса хромосом.Цель исследования – оценка возможностей использования методов анализа распластанных ядер сперматоцитов для установления причин нарушения сперматогенеза и для оценки генетических и репродуктивных рисков использования тестикулярных сперматозоидов в программах экстракорпорального оплодотворения, использующих технологию интрацитоплазматической инъекции сперматозоида.Материалы и методы. Исследование выполнено на биоптатах яичек, полученных от инфертильных пациентов методом открытой мультифокальной тестикулярной биопсии. Суспензии клеток микробиоптатов яичек исследовали под световым микроскопом. Структуру синаптонемного комплекса в распластанных ядрах сперматоцитов изучали методом электронной микроскопии. Целевые мейотические белки (SCP3, RAD51, MLH1, γH2AX) в таких ядрах локализовали методом флуоресцентной микроскопии. Результаты. Описаны возможности светомикроскопического анализа суспензий тестикулярных клеток для оценки состояния сперматогенеза. Детально представлены особенности структурной организации полового (ХY) бивалента, лежащие в основе определения стадий профазы I мейоза в сперматоцитах человека. Описаны признаки «ареста» мейоза, нарушения архитектоники мейотических ядер, синапсиса и рекомбинации хромосом, процессов хиазмообразования и транскрипционной инактивации хроматина в сперматоцитах человека в профазе I мейоза.Заключение. Представленные результаты демонстрируют целесообразность использования методов электронно-микроскопического и иммуноцитохимического анализа распластанных ядер сперматоцитов в практикe работы репродуктивных центров. Использование этих методов важно для понимания механизмов формирования бесплодия, выявления генетических и репродуктивных рисков использования тестикулярных сперматозоидов в программах экстракорпорального оплодотворения

ВЫЯВЛЕНИЕ НАРУШЕНИЙ МЕЙОЗА И СПЕРМАТОГЕНЕЗА МЕТОДАМИ СВЕТОВОЙ, ЭЛЕКТРОННОЙ И ФЛУОРЕСЦЕНТНОЙ МИКРОСКОПИИ

Introduction. Infertility is diagnosed in 10–15 % of couples wishing to have children. In about half cases, the cause is a disorders of male fertility. Defects of spermatogenesis are often caused by the damages of key events of prophase I meiosis – synapsis, repair, recombination and desynapsis of homologous chromosomes. All these events are connected with the unique structure of the meiotic nucleus – the synaptonemal complex. Behavior of the lateral elements of the synaptonemal complex serve as a paradigm of chromosome behavior in the meiosis prophase and an indicator of disorders of the chromosome synapsis.Objective is the evaluation of the possibilities analysis of the spread spermatocyte nuclei for establishing the causes and mechanisms of spermatogenesis disturbance and identification of the genetic and reproductive risks of using testicular spermatozoa for in vitro fertilization programs using intracytoplasmic sperm injection.Materials and methods. The material of the study were the biopsies of testes obtained from infertile patients by method of open multifocal testicular biopsy.The suspensions of testicular cells were examined by light microscopy. The structure of the synaptonemal complexes in spread nuclei of primary spermatocytes was studied by electron microscopy. The target meiotic proteins in such nuclei (SCP3, RAD51, MLH1, γH2AX) were localized by the fluorescence microscopy.Results. There were described possibilities of light microscopic analysis of the testicular cells suspensions for the evaluation of spermatogenesis. The features of the structural organization of the sex (XY) bivalent were presented which underlie the determination of the stages of meiotic prophase in human spermatocytes. The signs of the meiotic arrest, the disturbance of the architectonics of meiotic nuclei, synapsis, recombination and chromatin silencing in human spermatocytes at the meiotic prophase I are described in details.Сonclusion. The presented results demonstrate the expediency of introducing methods of electron microscopy and immunocytochemical analysis of the spread spermatocytes nuclei in the practice of the reproductive centers. The using of these methods makes it possible for understanding the mechanisms of infertility genesis, revealing genetic and reproductive risks of using testicular spermatozoa in the fertilization program.Введение. Бесплодие диагностируется у 10–15 % пар, желающих иметь детей. Приблизительно в половине случаев это обусловлено снижением фертильности мужчин. Нарушение сперматогенеза нередко вызвано сбоями в течении ключевых событий профазы I мейоза – синапсиса, репарации, рекомбинации и десинапсиса гомологичных хромосом. Все эти события связаны с уникальной структурой мейотического ядра – синаптонемным комплексом. Поведение латеральных элементов синаптонемного комплекса служат парадигмой поведения хромосом в профазе мейоза и индикатором нарушений синапсиса хромосом.Цель исследования – оценка возможностей использования методов анализа распластанных ядер сперматоцитов для установления причин нарушения сперматогенеза и для оценки генетических и репродуктивных рисков использования тестикулярных сперматозоидов в программах экстракорпорального оплодотворения, использующих технологию интрацитоплазматической инъекции сперматозоида.Материалы и методы. Исследование выполнено на биоптатах яичек, полученных от инфертильных пациентов методом открытой мультифокальной тестикулярной биопсии. Суспензии клеток микробиоптатов яичек исследовали под световым микроскопом. Структуру синаптонемного комплекса в распластанных ядрах сперматоцитов изучали методом электронной микроскопии. Целевые мейотические белки (SCP3, RAD51, MLH1, γH2AX) в таких ядрах локализовали методом флуоресцентной микроскопии. Результаты. Описаны возможности светомикроскопического анализа суспензий тестикулярных клеток для оценки состояния сперматогенеза. Детально представлены особенности структурной организации полового (ХY) бивалента, лежащие в основе определения стадий профазы I мейоза в сперматоцитах человека. Описаны признаки «ареста» мейоза, нарушения архитектоники мейотических ядер, синапсиса и рекомбинации хромосом, процессов хиазмообразования и транскрипционной инактивации хроматина в сперматоцитах человека в профазе I мейоза.Заключение. Представленные результаты демонстрируют целесообразность использования методов электронно-микроскопического и иммуноцитохимического анализа распластанных ядер сперматоцитов в практикe работы репродуктивных центров. Использование этих методов важно для понимания механизмов формирования бесплодия, выявления генетических и репродуктивных рисков использования тестикулярных сперматозоидов в программах экстракорпорального оплодотворения