Charakterisierung der testikulären PolySia-NCAM Expression während der saisonalen Spermatogenese des Rehbocks

Abstract

Polysialinsäuren (PolySia) sind Homopolymere, die aus mindestens acht 2,8-verknüpften Sialinsäuren bestehen und in Säugern hauptsächlich als posttranslationale Modifikation des neuralen Zelladhäsionsmolekül NCAM vorkommen. PolySia agiert unter anderem als Regulator von Zellinteraktionen und -adhäsionen und spielt eine wichtige Rolle bei der Proliferation und der Migration von Zellen. Während sich viele Studien mit dem Vorkommen und der Funktion von PolySia im Nervensystem beschäftigen, ist bisher nur sehr wenig über dessen Existenz und Relevanz in anderen Gewebearten bekannt. In dieser Arbeit wurde die Expression von PolySia und seinen Trägerproteinen im testikulären Gewebe von Rehböcken charakterisiert.Der Reproduktionszyklus des Rehbocks folgt einer strengen saisonalen Rhythmik. Während die Spermatogenese im Frühsommer komplett aktiviert ist, kommt es in den Wintermonaten zu einer vollständigen Rückbildung des Keimepithels. Dieses Phänomen macht den Rehbock zu einem interessanten Studienmodel, um generelle Regulationsmechanismen der Spermatogenese in Säugetieren zu untersuchen. In den Untersuchungen der in repräsentativen Jahresreihen zusammengestellten Gewebeproben konnte gezeigt werden, dass PolySia in den Monaten April (Proliferation des Keimepithels) und Dezember (Eintritt in den Winterarrest) am stärksten exprimiert wird. Die NCAM-Isoformen -180 und -140 wurden als PolySia-Trägerproteine identifiziert, wobei das hier zum ersten mal in Säugetierhoden nachgewiesene NCAM-180 als Hauptträger von PolySia zu benennen ist. Seine saisonale Expression folgt einem sehr ähnlichen Muster wie das der PolySia. Darüber hinaus wurde PolySia hauptsächlich zwischen Spermatogonien und Sertoli-Zellen im basalen Kompartiment lokalisiert, konnte aber auch auf Spermatozyten und im adluminalen Bereich von Sertoli-Zellen detektiert werden. Mittels HPLC wurden PolySia-Kettenlängen von über 19 Sia-Resten bestimmt, was Voraussetzung ist, um Interaktionen mit einer Vielzahl von Wachstumsfaktoren einzugehen.Damit konnte in dieser Studie erstmals gezeigt werden, dass PolySia, bestehend aus mindestens 19 Sia-Resten, als posttranslationale Modifikation von NCAM im testikulären Rehhodengewebe vorkommt und seine Expression einer wiederkehrenden saisonalen Periodik unterliegt. Da die höchsten PolySia-NCAM-Expressionslevel während der Aktivierung und Deaktivierung der Spermatogenese festgestellt wurden, könnte PolySia an den hier essentiellen morphologischen Umstrukturierungen des Keimepithels in besonderem Maße beteiligt sein.

Polysialic acid (polySia) is a homopolymer of at least eight alpha2,8-linked sialic acids and is mainly found as a posttranslational modification of the neural cell adhesion molecule NCAM.PolySia acts, inter alia, as a regulator of cell-cell interaction and adhesion and is crucial for cell proliferation and migration. While many studies have been focusing on the occurrence and function of polySia in neural tissue, little is known about its existence and relevance in other types of tissue. In the present study expression of polySia and its carrier protein in testicular tissue of roe deer has been characterized.Roe deer are seasonal breeders and cyclic structural changes of their testis come along with a highly activated and a totally arrested spermatogenesis. Due to this phenomenon roe bucks represent an interesting model to study general spermatogenesis regulating mechanisms in mammals. Investigating the annual cycle representing tissue samples it could be shown that polySia is primarily expressed during April (proliferation of germinal epithelium) and December (beginning of winter arrest). NCAM isoforms NCAM-140 and NCAM-180 were identified as carrier proteins of polySia, whereby NCAM-180, which has been detected in testicular tissue for the first time, can be addressed as the main carrier protein. The seasonal expression patterns of polySia and NCAM-180 are very similar.Predominantly, polySia was detectable between spermatogonia and Sertoli cells in the basal regions of germinal epithelia, but could also be found on spermatocytes and on the adluminal part of Sertoli cells.Using HPLC, the maximal detectable chain length of polySia consisted of 19 sialic acid residues, enabling these negatively charged sugar polymers to interact with a number of growth factors. In sum, this study demonstrated that polySia (I) can consist of more than 19 sialic acid residues, (II) occurs as a posttranslational modification of NCAM in testicular tissue of roe deer and (III) its expression profile follows a recurring seasonal periodicity. Since the highest amounts of polySia-NCAM were detectable during key steps of on/off mechanisms of spermatogenesis, polySia might be an important factor during the morphological restructuring of the germ cell epithelium.