Strukturelle und funktionelle Aspekte in Zusammenhang mit der Segmentierung des Nebenhodens

Abstract

Der Nebenhoden wird neben der klassischen Einteilung in Caput, Corpus und Cauda durch Bindegewebssepten in einzelne Segmente unterteilt. Bei der Ratte sind es z.B. 19 Segmente. Erst während der Passage durch den die Segmentgrenzen passierenden Nebenhodengang erlangen die Spermatozoen ihre Fertilisierungsfähigkeit. In der hier vorliegenden Arbeit wurden mittels unterschiedlicher Methoden im Nebenhoden die Segmentgrenzen und deren Stellenwert in struktureller, biochemischer und funktioneller Hinsicht charakterisiert.Die Existenz von interstitiellen Nebenhodenbarrieren konnte durch Perfusion ins Interstitium eines Segments dargestellt werden. Die Tracer-Lösung verblieb durch die Bindegewebssepten innerhalb eines einzelnen Segments. Durch zwei- und dreidimensionale Darstellungen (Immunfluoreszenz und -histochemie, CLARITY, Eosineigenfluoreszenz) konnte die Faserstruktur und räumliche Ausbreitung eines Septums genauer charakterisiert werden. Bei der Frage, ob der Inhalt des Nebenhodengangs auch segmentale Besonderheiten aufweist, wurden segmentweise die Spermatozoen mittles Lasermikrodissektion aus dem Lumen isoliert und deren Sialinsäure-Gehalt durch HPLC-Analyse bestimmt. Eine sich ändernde Sialylierung könnte den Reifeprozess der Spermatozoen bei der Nebenhodenpassage von Caput nach Cauda widerspiegeln. Die größten Unterschiede lagen im Bereich der proximalen und distalen Segmente. Der gerichtete Transport der noch immotilen Spermatozoen im Nebenhoden wird wesentlich durch Spontankontraktionen vermittelt. Das Kontraktionsmuster des Nebenhodengangs wurde zwischen benachbarten Segmenten verglichen. Es fanden sich Unterschiede in der Kontraktionsfrequenz, was auf eine unterschiedliche Verweildauer der Spermien hindeutet. Auch bei den ACh/NO-Synthase vermittelten Effekten auf die Kontraktilität fanden sich segmentale Unterschiede im Nebenhodengang. In der Arbeit wurden neue Erkenntnisse über die Struktur der Segmentgrenzen gefunden. Außerdem ergaben sich Hinweise auf funktionelle Unterschiede des Nebenhodenganges in den verschiedenen Segmenten sowie ein segmental differierendes Glykosylierungsmuster der Spermatozoen. Insgesamt sprechen die Befunde für einen wichtigen Einfluss der Nebenhodensegmente auf die Reifung der Spermatozoen.

The Epididymis is divided into caput, corpus and cauda. Furthermore, it can be subdivided into so-called segments, separated by connective tissue septa (CTS). In rats, 19 segments are defined. During transit through the epididymal duct spermatozoa gain fertilizing ability. Thereby the duct itself passes the different segments. In the present study the segmental border and its structural, biochemical and functional significance was characterized by various methods.The existence of a barrier function of CTS was visualized by injection of tracer solution into the interstitial space. The tracer solution retained in single segments. The spatial expansion of the CTS and its arrangement of collagenous fibers were demonstrated by two- and three-dimensional imaging (immunofluorescence, immunohistochemistry, CLARITY and eosin-auto-fluorescence).In order to investigate whether the luminal content of the epididymal duct also reflects segmental specificity, spermatozoa were collected from each segment of rat epididymis by LCM and their sialylation status was analyzed by HPLC. Potential differences in the sialylation status from caput to cauda might indicate single steps of sperm maturation. Most important differences of the sialylation status were found in the proximal and distal parts of the epididymis.The directional flow of spermatozoa towards cauda is essentially mediated by spontaneous contractions. The pattern of duct contraction was compared between neighboring segments. The frequency of spontaneous contractions differs clearly between two segments which point to a different residence time of spermatozoa. ACh/NOS mediated effects on contractility of the duct also showed segmental differences.In the present study new insights into the structure of the CTS were described. Furthermore, functional differences of the epididymal duct in its single segments as well as a segments-specific glycosylation pattern of sperm were revealed. In summary, results suggest an important role of epididymal segments for sperm maturation.