Hyperglycaemia is associated with male infertility and activin dysregulation in Type 1 Diabetes

Abstract

Type 1 diabetes mellitus is a chronic, lifelong condition with worldwide increasing incidence. Furthermore, it affects a growing number of men of reproductive age since 90 % of these patients are diagnosed before the age of 30. Numerous studies have indicated that diabetes mellitus disrupts fertility at various levels including altered spermatogenesis, degenerative and apoptotic changes in testes, and altered glucose metabolism in Sertoli cells, but little is known about the underlying mechanisms.In the present work, the mev-1 mutant of the nematode Caenorhabditis elegans, the Ins2Akita+/- mouse model, as well as cultured Sertoli cells were used to investigate whether hyperglycaemia alters the secretory patterns and actions of the activin family of proteins.It was found that glucose at a concentration of 100 mM significantly reduced brood size in mev-1 nematodes. Most interestingly, diabetic Ins2Akita+/- mice showed progressive testicular disturbance, with a 30 % reduction in testis weight at 24 weeks of age, which correlated with blood glucose and HbA1c values. Diabetic mice showed significantly reduced seminiferous tubule diameters and increased spermatogenic disruption, although testes morphology appeared grossly normal. Serum LH and testosterone were similar in all groups. All Ins2Akita+/- mice showed elevation of the testicular inflammatory cytokines activin A and IL-6 at 12 and 24 weeks of age, while other key inflammatory cytokines were unaffected. Conversely, intratesticular activin B was downregulated at both time-points, while the activin regulatory proteins, follistatin and inhibin, were unchanged. At 24 weeks, activin type 2 receptor subunit expression was reduced in the diabetic mice, but Smad signalling was enhanced. Finally, investigations on in vitro cultured Sertoli cells did not show an effect of hyperglycaemia on activin A regulation or the formation of tight junctions.In conclusion the present work demonstrates that hyperglycaemia disrupts fertility in both mev-1 nematodes and the Ins2Akita+/- mouse model. Moreover, it was shown that prolonged exposure to elevated blood glucose in the Ins2Akita+/- mice leads to progressive testicular disruption, which may be exacerbated by dysregulation of testicular activin activity rather than by dysregulation of the hypogonadal pituitary gonadal-axis. Typ 1 Diabetes mellitus ist eine chronische, lebenslange Erkrankung mit weltweit steigender Inzidenz. Ferner ist eine steigende Zahl an Männern im reproduktiven Alter betroffen. Zahlreiche Studien weisen darauf hin, dass T1D die männliche Fertilität auf verschiedenen Ebenen, darunter Veränderungen in der Spermatogenese und ein veränderter Glucose Stoffwechsel in Sertoli Zellen, beeinflusst. Jedoch ist wenig über die zugrundeliegenden Mechanismen bekannt.Im Rahmen dieser Arbeit wurden die mev-1 Mutante der Nematode Caenorhabditis elegans, das Ins2Akita+/- Mausmodel sowie kultivierte Sertoli Zellen verwendet, um zu untersuchen, ob Hyperglykämie die Sekretionsmuster und Funktionen der Activin Proteinfamilie verändert.Es konnte gezeigt werden, dass eine Glucosekonzentration von 100 mM die Wurfgröße in mev-1 Nematoden erheblich vermindert. Darüber hinaus wiesen diabetische Ins2Akita+/- Mäuse eine progressive testikuläre Störung mit einer 30 %igen Reduktion des Hodengewichts im Alter von 24 Wochen auf. Diese korrelierte mit den Blutglucose und HbA1c Werten. Diabetische Mäuse zeigten signifikant reduzierte Tubulidurchmesser sowie vermehrte Störungen in der Spermatogenese. Serumwerte für LH und Testosteron waren in allen Gruppen ähnlich. Alle Ins2Akita+/- Mäuse hatten erhöhte Werte für die inflammatorischen Zytokine Activin A und IL-6, während andere Zytokine unbeeinträchtigt blieben. Im Gegensatz dazu war intratestikuläres Activin B herunterreguliert, während die regulatorischen Proteine Follistatin und Inhibin unverändert blieben. Im Alter von 24 Wochen wiesen diabetische Mäuse eine Reduktion des Activin Typ 2 Rezeptors auf, während der Smad Signalweg verstärkt war. Letztlich konnten die Untersuchungen an in vitro kultivierten Sertoli Zellen keine Wirkung von Hyperglykämie auf die Regulation von activin A oder die Formation von tight junctions nachweisen.Zusammenfassend wurde in der vorliegenden Arbeit gezeigt, dass Hyperglykämie die Fertilität sowohl in mev-1 Nematoden als auch in Ins2Akita+/- Mäusen beeinträchtigt. Ferner wurde nachgewiesen, dass, im Ins2Akita+/- Model, andauernde Einwirkung von erhöhtem Blutzucker zu progressiven Störungen im Hoden führt, welche möglicherweise durch eine Dysregulation der testikulären Activin Aktivität verstärkt wird.