Einfluss der Hyperglykämie auf den männlichen Reproduktionstrakt unter Berücksichtigung der Entstehung von Glykierungsendprodukten bei Typ 1 Diabetes mellitus

Abstract

Diabetes mellitus Typ 1 ist eine chronische Erkrankung, dessen Inzidenz weltweit steigt, sodass zunehmend Männer im reproduktionsfähigen Alter betroffen sind. Zugleich wird eine Zunahme an Fertilitätsstörungen beim Mann beobachtet. Ein bloßer Zufall? Nein. Ein Zusammenhang zwischen T1DM und Subfertilität wird bereits beschrieben. Störungen im Ablauf der Spermatogenese sowie im Glukosestoffwechsel der Sertoli-Zelle sind hierfür mögliche Erklärungen. Eine Relation zwischen Advanced Glycation Endproducts und deren Rezeptorinteraktion (mit RAGE) wird vermutet. Der zugrundeliegende Mechanismus zwischen T1DM und Subfertilität bleibt jedoch ungeklärt.Im Fokus dieser Arbeit wurde, anhand des Ins2Akita+/- Mausmodells und einer kultivierten Sertoli-Zelllinie untersucht, inwiefern Hyperglykämie Einfluss auf die Akkumulation von AGEs im männlichen Reproduktionstrakt nimmt, die Funktion der Sertoli- Zelle stört und inwieweit dies über die Interaktion mit dem Rezeptor RAGE nachfolgende Signalkaskaden beeinträchtigt.Der morphologische Vergleich des Nebenhodens n.d. und hyperglykämischer d. Ins2Akitas+/- ergab, dass die Spermatozoendichte beim d. Tier und zeitlich (12 > 24 Wo.) abnahm. Quantifizierungen von Methylglyoxal wiesen auf, dass es im Verlauf des Reproduktionstrakts (Hoden < Nebenhoden) akkumuliert, über die Zeit zunimmt (12 < 24 Wo.) und beim d. Tier erhöht ist. Färbungen des Hodens mit anti-AGEs, anti-CML und anti-RAGE, zeigten Ablagerungen im Zytoplasma von Sertoli-Zellen und im Bereich der Basalmembran (d > n.d.). ELISAs konnten eine signifikante Zunahme von CML im Hoden des d. (12 Wo.) Tiers bestätigen. Western Blots von RAGE deuten daruaf hin, dass dieses unter Hyperglykämie (d < n.d und 12 > 24 Wo.) abnimmt. Untersuchungen von nachgeschalteten Signalkaskaden ergaben beim 24 Wo. alten d. Tier eine signifikante Abnahme in allen evaluierten Signalwegen (Cdc42, Akt1, ERK). Sertoli-Zellen präsentierten sich robust gegen hohe Glukose- und MG-Werte, wiesen allerdings bereits ab 15 mM Glukose Vakuolisierungen auf.Zusammenfassend wurde aufgezeigt, dass hyperglykämische d. Ins2Akitas+/- (24 > 12 Wo.) eine Verminderung der Spermiendichte aufzeigen, was auf eine reproduktive Beeinträchtiung hinweisen könnte. Während im d. Reproduktionstrakt AGEs vermehrt nachweisbar sind, ist deren Rezeptor erniedrigt und die nachgeschalteten Signalkaskaden herrunterreguliert. Ein kausaler Zusammenhang zwischen der AGE-Akkumulation und den Veränderungen auf regulatorischer Ebene mit Fertilitätseinschränkungen bei der d. Ins2Akita+/- Maus, ist zu vermuten und sollte systematisch in Fertilitätsstudien geprüft werden. Type 1 Diabetes mellitus is a chronic disease with an worldwide growing incidence. Thus, progressively men of reproductive age are affected. At the same time an increase in fertility disorders is observed. A coincidence? No. An association between T1DM and subfertility has already been described. Amongst others disturbance in spermatogenesis and glucose metabolism of the Sertoli cell seem to play a role. A connection between advanced glycation endproducts and their receptor interaction (with RAGE) is suspected. However, the underlying mechanisms between T1DM and subfertility remain unknown.For this theses weused the Ins2Akita+/- mouse model and a cultured Sertoli cell line to investigate how hyperglycemia affects accumulation of AGEs in the male reproductive tract, the function of sertoli-cells and to what extent it interferes with downstream signalling through the interaction with the receptor RAGE.Morphological comparison of epididymis from n.d. (non-diabetic) and hyperglycemic d. (diabetic) Ins2Akitas+/- showed that the density of spermatozoa in d. animals and over time (12 > 24 wks.) is decreased. Quantifications of MG (a highly toxic precursor of AGE) exposed an accumulation, increases over time (12 < 24wks.) throughout the reproductive tract (testes < epididymis) and is elevated in the d. animal. Stainings of testis with anti-AGEs, anti-CML and anti-RAGE revealed deposits in the cytoplasm of Sertoli cells and basement membrane (d > n.d.). ELISAs confirmed a significant increase in CML in the testes of the d. (12 wks.) mouse. Western Blots of RAGE, however, showed that it decreased under hyperglycemic condictions (d < n.d and 12 > 24 wks.). Investigations of downstream signal cascades showed a significant decrease in all three evaluated pathways (Cdc42, Act1, ERK) after 24 wks. in d. Ins2Akitas+/-. Analyzes on Sertoli cells demonstrated that they are quite robust against high glucose and MG concentrations, but present vacuolations when treated with 15 mM glucose.In summary, it has been shown that hyperglycemic d. Ins2Akitas+/-, evident at 24 wks, are reproductively affected. While in the d. reproductive tract AGEs are increased, their receptor is lowered and the downstream signal cascades downregulated. A causal relation between AGE accumulation and changes at regulatory level with fertility limitations in the d. Ins2Akita+/- mouse is suspected and should be systematically observed in prospective fertility studies.