Histologische Veränderungen im Hoden bei vom Klinefelter-Syndrom betroffenen, männlichen Individuen (Mensch und transgene Maus) : Untersuchung möglicher vaskulärer Umbauprozesse

Abstract

Das Klinefelter-Syndrom ist eine der häufigsten chromosomalen Aneuploidien des männlichen Geschlechts, mit dem Karyotyp 47,XXY. Betroffene zeigen neben vielen Morbiditäten kardiovaskulärer, metabolischer und kognitiver Art als Hauptmerkmal einen Hypogonadismus mit gestörter Spermatogenese und Androgenmangel. Diese Arbeit befasst sich besonders mit Untersuchungen der Gefäßstruktur innerhalb des Hodens beim Klinefelter-Syndrom. Durch zusätzliche Analysen anhand des 41,XXY*-Maus-Modells, das sich für Forschungszwecke etabliert hat, konnten zudem testikuläre Veränderungen während der postnatalen Entwicklung untersucht werden. In diesem Kontext waren Untersuchungen von Nestin, einem Intermediärfilament, das vorwiegend im Nervensystem vorkommt, jedoch auch den vaskulären Leydig-Vorläuferzellen zugeordnet wurde, Hauptgegenstand dieser Arbeit. Biopsien von Männern mit Klinefelter-Syndrom zeigten eine im Gegensatz zu infertilen Vergleichs-Patienten erhöhte Zahl von Gefäßen, vornehmlich von denen mit 3 oder mehr Muskelschichten. Bei diesen größeren Gefäßen und testikulären Kapillaren konnten Nestin-exprimierende Zellen identifiziert werden. In Zusammenschau mit Vorarbeiten dürfte Nestin in den größeren Gefäßen an vaskulärem Umbau beteiligt sein und in den kleineren als Marker für Progenitor-Leydig-Zellen anzusehen sein. Ein Auftreten von Nestin in den kontraktilen Zellen des peritubulären Segmentes konnte durch Immunhistochemie ausgeschlossen werden. Durch qPCR-Untersuchungen zeigte sich ergänzend, dass die testikuläre Nestin-Expression bei Klinefelter-Patienten höher ist als bei infertilen Patienten anderer Genese und fertilen Kontrollen. In Bezug auf den zeitlichen Verlauf der Nestin-Expression in Gefäßen konnte im Maus-Hoden dargestellt werden, dass die Nestin-Lokalisation gehäuft mit dem Nachweis des Proliferationsmarkers PCNA einhergeht, wobei Nestin bei der 41,XXY*-Maus im Unterschied zu der 40,XY*-Maus postnatal länger vorhanden ist. Auf Proteinebene zeigte sich im Western Blot, dass Nestin bei den 41,XXY*-Mäusen stärker exprimiert wird. Korrelierend damit war auch die Expression des für die Markierung von Leydig-Zellen verwendbaren Enzyms Cytochrom P450scc bei 41,XXY*-Mäusen stark erhöht. Dies könnte darauf hindeuten, dass trotz verringertem Serum-Testosteron wahrscheinlich ein intratestikulär erhöhter Testosteron-Gehalt vorliegt, worauf bereits andere Studien hindeuteten. Schlussfolgernd liefert die vorliegende Dissertation erstmalig Hinweise auf die Bedeutung von Nestin beim Klinefelter-Syndrom und 41,XXY*-Maus-Modell und unterstützt die Hypothese einer vaskulär-metabolischen Ursache für die bis heute nicht vollständig aufgeklärte Infertilität bei einer Erkrankung, die oftmals noch viel zu spät diagnostiziert wird. Klinefelter syndrome is one of the most common chromosomal aneuploidies of the male gender, with the karyotype 47,XXY. Beside cardiovascular, metabolic and cognitive morbidities, affected men exhibit hypogonadism with impaired spermatogenesis and androgen deficiency as key features. This work particularly deals with investigations of the vascular structure in the testis in case of Klinefelter syndrome. Further analyses comprised the 41,XXY* mouse model, that was established for research. In this model testicular changes during postnatal development could be examined. The characterization of nestin expression, an intermediate filament proteine that primarily occurs in the nervous system, but was also assigned to vascular Leydig cell progenitors, was the main subject of this work. Biopsies of Klinefelter syndrome patients showed an increased number of vessels, especially of those with 3 or more smooth muscle cell layers, in contrast to infertile male controls. Nestin-expressing cells could be identified in these larger vessels and also in testicular capillaries. As can be deduced by this and previous investigations, in larger vessels nestin might be involved in vascular remodeling, whereas nestin in smaller vessels might indicate Leydig cell progenitors. As shown by immunohistochemistry, Nestin staining was absent in contractile cells of the peritubular segment. Additional qPCR results demonstrated higher testicular nestin expression in Klinefelter syndrome patients in comparison to other infertile patients and fertile controls. Developmental studies in the mouse model revealed a co-localization of nestin and the proliferation marker PCNA. Reduction of nestin expressing cells towards adulthood was delayed in 41,XXY* mice compared to controls. Western Blot analyses indicated higher nestin expression in the tesis of 41,XXY* mice. In agreement, the expression of the enzyme Cytochrome P450scc, used as marker for Leydig cells, was also higher in 41,XXY* mice. This data might reflect increased intratesticular testosterone (despite low serum testosterone) confirming previous findings. For the first time this study provides evidence for a special significance of nestin in Klinefelter syndrome and the 41,XXY* mouse model, thereby supporting the hypothesis of a vascular-metabolic reason of the infertility in this disease.