Untersuchungen von vierdimensionalen Bewegungsmustern muriner Spermatozoenflagellen mittels Digital Holografischer Mikroskopie

Die Infertilität von Paaren ist ein weltweites Problem (Sharlip et al., 2002), das laut WHO in 20% der Fälle auf Fertilitätsstörungen beim Mann zurückzuführen ist (WHO, 1987). Obwohl einige Ursachen männlicher Infertilität und einige für die Spermatozoenmotilität wichtige Signalwege bereits bekannt sind, ist die
vierdimensionale Spermatozoenschwimmbewegung und deren Bedeutung für die Fertilisation der Oozyte noch nicht vollständig aufgeklärt.
Daher wurden in dieser Arbeit vierdimensionale (4D) Analysen des Spermatozoenschwimmverhaltens mittels Digital Holografischer Mikroskopie (DHM) durchgeführt.
Es konnten wellenförmige Auslenkungen des Flagellums von unkapazitierten
murinen Spermatozoen in der Z-Ebene identifiziert werden, die eine ähnliche
Amplitude wie die Flagellenauslenkungen in der XY-Ebene haben. Die Morphologie des murinen Spermatozoenkopfs erlaubt eine Einteilung der Orientierung als „auf der rechten Seite liegend“ (RCh, Right-cheek downmost) oder „auf der linken Seite liegend“ (LCh, Left-cheek downmost). Murine unkapazitierte Spermatozoen zeigen beim Übergang von RCh auf LCh eine Rollbewegung gegen den Uhrzeigersinn (CCW) und beim Übergang von LCh auf RCh eine Rollbewegung im Uhrzeigersinn (CW). Diese alternierende Chiralität deutet auf ein chirales Gedächtnis hin.
Zusätzlich zeigen alle untersuchten unkapazitierten Spermatozoen eine
Schwimmtrajektorie mit einer CW Chiralität. Eine Änderung des vierdimensionalen Bewegungsmusters kapazitierter muriner Spermatozoen nach Kontakt zum murinen Zona pellucida Protein 2 (ZP2) konnte mittels DHM detektiert werden.
Procrustesanalysen ergaben, dass die Kapazitation muriner Spermatozoen die Chiralität der Schwimmtrajektorie nicht verändert. Erstmals konnte eine
Chiralitätsänderung nach Kontakt mit muZP2 Glykoprotein bei 50% der analysierten kapazitierten murinen Spermatozoen festgestellt werden. Die Chiralitätsänderung der Schwimmtrajektorie könnte eine Voraussetzung für die Durchdringung der Zona pellucida sein. Im Anschluss wurde der Einfluss der räumlichen Nähe zur Oozyte bzw. zur Oozyte mit Kumuluszellschicht auf die vierdimensionale Schwimmbewegung muriner Spermatozoen untersucht. Unter den in dieser Arbeit verwendeten Bedingungen konnten keine physiologisch relevanten Veränderungen detektiert werden. Somit konnte in dieser Arbeit mit dem ZP2 Glykoprotein erstmals ein Faktor identifiziert werden, der eine Chiralitätsänderung der Schwimmtrajektorie
kapazitierter muriner Spermatozoen hervorruft

Infertility of couples is a worldwide problem (Sharlip et al., 2002), which depends to WHO in 20% of these cases on the fertility dysfunction of men (WHO, 1987).
Although some causes of male infertility and some important signaling pathways of sperm motility are already known, the fourdimensional sperm movement and its meaning for the fertilization process of the oocyte is not yet fully clarified. Therefore, fourdimensional (4D) analyses of sperm swimming behavior were done in this work via Digital Holographic Microscopy (DHM). It could be identified wavelike flagellar excursions of uncapacitated murine sperm in the Z-plane nearly comparable to the amplitude of the flagellar waveform projected onto the XY-plane. The headmorphology of murine sperm allows a discrimination of the head orientation as either “right-cheek downmost” (RCh) or “left-cheek downmost” (LCh). Uncapacitated
murine sperm show a counter-clockwise (CCW) rolling movement at the RCh to LCh transition and a clockwise (CW) rolling movement at the transition from LCh to RCh.
This alternating chirality indicates a chiral memory. In addition, all analyzed
uncapacitated murine sperm show a swimming trajectory with a CW chirality. A
change of the fourdimensional movement pattern of capacitated murine sperm after contact to the murine zona pellucida protein 2 (ZP2) could be detected. Procrustes analyses showed that capacitation of murine spermatozoa don’t change the chirality of the swimming trajectory. For the first time a chirality change of the swimming trajectory of 50% of the analyzed capacitated murine sperm could determined after contact to the muZP2 glycoprotein. Subsequently, the influence of the proximity to the oocyte or the oocyte with cumulus mass to the fourdimensional swimming motion of murine sperm was analyzed. Depending on the given conditions in this work, no physiologically relevant differences could be detected. In this work, the ZP2 glykoprotein was identified as the first factor, which causes a chiralitychange of swimming trajectory of capacitated murine sperm.

Cite

Citation style:
Could not load citation form.

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved