Abstract
Denne undersøgelse undersøger mekanismen bag den forbedrende effekt af zink på fertiliteten hos overvægtige rotter ved hjælp af proteomisk analyse. Virkningerne af tre forskellige doser af ZnSO4 på spermatogenese og hormonniveauer blev undersøgt. Testikulær spermatogenese blev observeret ved HE-farvning. Østrogen- og testosteronniveauerne i serum blev målt ved hjælp af kemiluminescerende mikropartikel-immunoassay. Der blev foretaget en proteomanalyse af sædceller ved hjælp af væskekromatografi-massespektrometri. DAVID-databasen blev anvendt til at udføre GO-berigelsesanalysen og KEGG-analyse af de differentielt udtrykte gener, og STRING-onlinedatabasen blev anvendt til at konstruere et PPI-netværk. Sædcelletallet, sædmotiliteten og testosteronhormonerne i den ZnSO4-behandlede rottegruppe blev forøget. ZnSO4 forbedrede testikelstrukturen og spermatogenese abnormiteter forårsaget af fedme. Proteomisk analyse viste, at der var 401 differentielt udtrykte proteiner i i alt 6 sædprøver fra den ZnSO4-behandlede gruppe og fedme-grupperne. Differentielle proteiner blev indtastet på DAVID-webstedet. De 341 identificerede proteiner blev derefter klassificeret i henhold til deres biologiske funktioner. KEGG-analysen viste, at de berigede signalveje omfattede glykolyse/glukoneogenese, kulstofmetabolisme, citratcyklus, fedtsyremetabolisme og pyruvatmetabolisme. Nogle proteiner blev vist at være forbundet med valin-, leucin- og isoleucin-nedbrydningsveje. STRING-analysen gav 36 knudeproteiner. Cytoscape-analysen viste, at disse proteiner hovedsageligt deltog i ni netværk, herunder metaboliske processer, oxidation-reduktion, aerob respiration, RNA-splejsning og glutathionkonjugering. ZnSO4 kan forbedre fertiliteten hos overvægtige hanrotter ved at regulere proteinekspression relateret til metabolisme, inflammation og modning af sædceller.
1. Indledning
Fedme er forbundet med mandlig infertilitet. Der er en vis tidsmæssig sammenhæng mellem stigningen i mandlig infertilitetsrate, faldet i sædkvalitet og stigningen i fedmefrekvens . Fedme fører til patologiske ændringer i testikulær ultrastruktur, og apoptosen af spermatogene celler er signifikant øget . Faldet i antallet af modne sædceller kan være en af de årsager, der fører til den lave spermatogene evne hos overvægtige mennesker.
Der er forstyrrelser i sporstofomsætningen hos overvægtige mennesker . Det forstyrrede niveau af sporstofomsætningen i kroppen vil fremkalde tilsvarende virkninger på lipidmetabolismen. I det mandlige reproduktive system er zinkioner hovedsageligt fordelt i testiklerne, epididymis, prostata og sæd. Zink er en markør for prostatafunktionen. Desuden regulerer det sædfunktionen, fungerer som en cofaktor for de fleste enzymatiske reaktioner og bidrager til at opretholde sædmotiliteten. Zink spiller også en vigtig rolle i testikeludviklingen og sæddannelsen . Zinkmangel øger apoptosen af kønsceller i musetestis betydeligt og forårsager sæddannelsesstop og befrugtningsskader . Undersøgelser har vist, at overvægtige mænd har 3,5 gange større risiko for at få oligozoospermi end mænd med normalvægt . Zinktilskud kan reducere vægten hos overvægtige mennesker . Blodglukosestatus (fastende blodglukose), blodlipidparametre (totalkolesterol, triglyceridniveau, højdensitetslipoproteinkolesterol og lavdensitetslipoproteinkolesterol) og blodtryk forbedres efter tilskud af zink . Oralt zinkpræparat kan forbedre indholdet af zink i sædplasma, fremme omdannelsen af sædkernens protein (dvs. fra lysin til arginin) og hæmme den for tidlige depolymerisering af sædkernen. Det kan forbedre sædmotiliteten og sædkvaliteten hos infertile patienter uden indlysende bivirkninger . Anvendelsen af proteomik til forståelse af virkningerne af ZnSO4-behandling på sædproteiner i fedme er imidlertid stadig begrænset, og der er behov for yderligere udforskning.
I denne undersøgelse blev virkningerne af tre forskellige doser ZnSO4 på spermatogenese og hormonelle niveauer hos overvægtige rotter undersøgt. Den mekanisme, der ligger til grund for denne effekt, blev yderligere analyseret ved proteomisk analyse.
2. Materialer og metoder
2.1. Dyr
De 7 uger gamle Sprague Dawley rotter (med en vægt på 180-200 g) blev købt fra Experimental Animal Center of Hebei Medical University. De blev holdt på en 12 timers mørke/lyscyklus i et luftkontrolleret rum (temperatur, ; luftfugtighed, ) med fri adgang til vand og dyrefoder. Alle dyreforsøgsprocedurer blev godkendt af den etiske komité for Hebei Institute of Family Planning Science and Technology.
2.2. Obesity Model Establishment, Animal Grouping, and Sampling
Råtterne blev tilfældigt inddelt i to grupper: normal fodergruppe (15 dyr pr. gruppe) og fedme modelgruppe (30 dyr pr. gruppe). Hver gruppe blev fodret med de tilsvarende diæter i 8 uger, dvs. en normal chow-diæt til den normale gruppe og en fedtholdig diæt til fedme-modelgruppen. Rottens kropsvægt blev vejet ugentligt og registreret i 8 uger. Fedme-modellen blev anset for at være vellykket, når den gennemsnitlige kropsvægt i modelgruppen var 1,2 gange så høj som i kontrolgruppen. Længden af rotterne blev målt (fra næsetip til anus), og Lee-indekset blev beregnet ved hjælp af formlen .
Efter etablering af fedmemodellen blev modelrotterne tilfældigt opdelt i to grupper: fedmegruppen og den ZnSO4-behandlede gruppe. Rotter i den ZnSO4-behandlede gruppe fik ZnSO4 (Tianjin Yongda Chemical Reagent Company Limited) (3,2 mg/kg/d) i 4 uger ved oral gavage. Ved forsøgets afslutning blev kropsvægten, testikelvægten, epididymalvægten og det peritestikulære fedt i hver gruppe målt, og der blev taget blod fra den abdominale aorta. Der blev udtaget sædprøver fra den caudale epididymis. Testiklerne blev fjernet.
2.3. Sædtal og sædmotilitet
Den venstre epididymis af hver rotte blev høstet umiddelbart efter ofring og blev overført til et rør indeholdende 1 mL varm (37°C) saltvand. De blev derefter rystet ved 37°C i 5 min for at tillade spredning af spermatozoer. Ca. 10 μL fortyndet sædcellesuspension blev overført til hvert tællekammer i hæmocytometeret for at bestemme sædkoncentrationen og motiliteten. Motiliteten blev målt som procentdelen af motile sædceller (a+b-klasse) blandt de samlede sædceller.
2.4. Bestemmelse af fasteserumglukose, blodlipider og insulin
Total kolesteroler, triglycerid, lipoprotein med lav densitet og lipoprotein med høj densitet i serum blev målt på en Siemens Centaur XP-analysator ved hjælp af et kemiluminescent mikropartikel-immunoassay-kit (Medical System Biotechnology Co., LTD). Serumglukose efter fastetid blev målt ved hjælp af et glukosedetektionssæt (Medical System Biotechnology Co., Ltd., Ningbo, Kina) på en ACCUTE TBA-40FR-analysator (Toshiba Medical Systems Co., Tokyo, Japan). Serumniveauet af insulin blev bestemt ved kemiluminescensimmunoassay på et UniCel DxI 800-system (Beckman Coulter, CA, USA) med tilsvarende reagenser (Beckman Coulter, CA, USA).
2.5. Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA)
Leptinniveauet blev bestemt ved hjælp af ELISA-kits (Multisciences Biotech Co., Ltd., Hangzhou, Kina). Efter afslutning af reaktionen blev absorbansen aflæst ved 450 nm.
2.6. HE-farvning
Hallerne blev fikseret i Bouin’s opløsning natten over. Testiklerne blev derefter dehydreret med alkohol og indlejret i paraffin. Prøverne blev snittet med en tykkelse på 5 μm og farvet med HE-farvning. Testikulær spermatogenese blev observeret under et lysmikroskop.
2.7. Måling af androgenhormoner
Serum østrogen- og testosteronniveauer blev målt på en Siemens Centaur XP-analysator ved hjælp af kemiluminescensmikropartikelimmunoassay. Detektionssættet blev købt hos Siemens Healthcare Diagnostic Inc. og Cayman Chemical, Michigan, USA.
2.8. Flydende kromatografi-massespektrometri
De sædproteinprøver, der blev anvendt i denne undersøgelse, var fra de tre grupper (normalgruppe, fedmemodelgruppe og ZnSO4-behandlet gruppe). Sædprøver blev høstet fra den caudale epididymis. Kort fortalt blev proteinerne ekstraheret med lysatbuffer med 8 M urea, 10 mM DTT og proteaseinhibitor. Sonicering blev udført i 3-5 minutter. Supernatanten blev opsamlet efter 20000 g centrifugering i 10 min ved 4 °C, og proteinet blev kvantificeret med Bradford-metoden. De ekstraherede proteiner blev inkuberet med 100 mM TEAB til 100 μL og derefter med 200 mM TCEP ved 55 °C i 1 time. Derefter blev der tilsat 5 μL 375 mM iodoacetamid (IAA). Efter inkubation i mørke i 30 min. blev der tilsat forkølet acetone, og det blev inkuberet natten over ved -20 °C. Supernatanten blev omhyggeligt fjernet efter 8000 g centrifugering ved 10°C i 10 min, og lysatet blev efterladt ved stuetemperatur i 2-3 min til tørring. Endelig blev 100 μg protein, 100 μL 100 mM TEAB-opløsning og trypsinenzymforholdet protein (1 : 50) blandet sammen, og enzymfordøjelsen blev udført natten over ved 37°C.
Væskekromatografi-massespektrometri: Delvis fordøjede prøver blev udtaget og opløst i opløsning A (2% ACN/98% H2O/0,1% FA). Efter centrifugering ved 20000 g i 30 minutter blev supernatanten udtaget, og proteinsekvensen blev påvist ved EASY-nLC liquid phase-Q Exactive massespektrometer (amerikansk Thermo Fisher).
Massespektrometribetingelser var 90 min for dataindsamlingstid, 2 kV for sprøjtespænding, 320 °C for kapillærtemperatur, 27 % for normaliseret kollisionsenergi og 300-1400 Da for indsamlingsmasseområde. De primære parametre var 70000 for opløsning, 36 for AGC-mål, 60 ms for maksimal IT og profil for spektrumdatatype. Sekundære parametre var 17500 for opløsning, 54 for AGC-mål, 80 ms for maksimal IT og 3,0 m/z for isolationsvindue.
2,9. Datahentning
I søgemaskinen MaxQuant 1.5.2.8 er den første fejl 20 ppm, og den anden fejl er 0,02 Da. Den faste ændring er som følger. Cystein er modificeret til Carbamidomethyl-Cys, og den variable modifikation er som følger: Oxidation-M, LysisC eller Trypsin, eller Glu-C fordøjelse. Enzymatisk nedbrydning tillader op til 2 manglende steder. Udfyldning af datahuller, normalisering og forskelscreening () blev alle udført ved hjælp af standardindstillingerne i Perseus-softwaren. I alt 1344 proteiner blev identificeret og kvantificeret i 6 prøver fra begge grupper. Der blev opnået kvalitative og kvantitative oplysninger om Zn- og G-gruppen på differentielle proteiner. Perseus-softwaren udførte -test og signifikansanalyse på de kvantitative resultater og forholdet mellem proteinerne. Den opnåede liste over differentielle proteiner er som følger: I alt 401 signifikante differentielle proteiner blev opnået ved hjælp af -testresultater og resultater af differentielle fordelingsanalyser.
2.10. GO (Gene Ontology) og KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) analyse
Differentielle proteiner blev importeret til DAVID (Functional Annotation Bioinformatics Microarray Analysis)-webstedet (https://david.ncifcrf.gov/) med henblik på grundlæggende bioinformatisk udtræk. Webværktøjerne fra DAVID blev brugt til at søge efter funktionelle annotationstermer og -veje, der var beriget i de ovenfor identificerede proteiner, herunder cellulær komponent, molekylær funktion og biologisk proces.
2.11. Analyse af proteininteraktionsnetværk
De differentielle proteiner, der blev screenet, blev importeret til STRING (https://string-db.org/) onlinedatabase med henblik på analyse. Det differentielle geninteraktionsnetværkskort blev tegnet. De interaktive netværksdata blev eksporteret til Cytoscape 3.2-softwaren for at bestemme netværkets centrale knudeprotein.
2.12. Statistisk analyse
Data blev vist som . Den statistiske analyse blev udført i SPSS22.0 ved hjælp af envejs variansanalyse (ANOVA), hvor en værdi < 0,05 blev betragtet som statistisk signifikant.
3. Resultater
3.1. Sædparametre og testosteronhormonniveauændringer i sæd efter ZnSO4-behandling
Sammenlignet med kontrolgruppen steg kropsvægten, peritestikulært fedt, Lees indeks, samlede kolesteroler, triglycerid, lipoprotein med høj densitet og leptin hos rotter i fedmegruppen og leptin hos rotter i den ZnSO4-behandlede gruppe signifikant. Sammenlignet med kontrolgruppen faldt low-density lipoprotein hos rotter i fedmegruppen betydeligt. Sammenlignet med fedmegruppen faldt kropsvægten, det peritestikulære fedt og Lee’s indeks i den ZnSO4-behandlede gruppe, og forskellen var statistisk signifikant (tabel 1). For at påvise ZnSO4-effekterne på rotternes frugtbarhed blev hver gruppe af sædparametre først evalueret i henhold til WHO 2010-kriterierne . Antallet af sædceller og sædmotilitet blev hæmmet i fedmegruppen som vist i tabel 2. Sammenlignet med fedmegruppen steg antallet af sædceller og sædmotiliteten hos de ZnSO4-behandlede rotter, hvilket tyder på, at ZnSO4 forbedrer sædparametrene hos overvægtige rotter. Fedme kan i sig selv forårsage en stigning i blodlipiderne, men vores resultater viste, at blodglukose-, blodlipid- og insulinniveauerne ikke nåede op på niveauet for diabetes. Det kan anses for, at de forstyrrende faktorer for diabetiske komplikationer blev udelukket. Desuden påviste vi serumtestosteronniveauet. Resultaterne viste, at testosteronhormonerne steg i den ZnSO4-behandlede gruppe sammenlignet med fedmegruppen (tabel 2). Således kunne ZnSO4-behandling forbedre sædkvaliteten hos overvægtige rotter.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Note: # sammenlignet med normal kontrol; sammenlignet med fedme.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Note: sammenlignet med normal kontrol; sammenlignet med fedme.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.2. ZnSO4-behandling forbedrer genoprettelsen af testikelforringelse induceret af fedme
Derpå gennemførte vi histologianalyse af testikelvæv, og resultaterne blev vist i figur 1. Ifølge testikelhistologien viste den normale gruppe normal spermatogenese (figur 1(a) og 1(d)), mens fedmegruppen viste forstyrret spermatogenese, da lumenet af seminiferiske tubuli var næsten tomt (figur 1(b) og 1(e)). Som vi forventede, viste den ZnSO4-behandlede gruppe en betydelig forbedring sammenlignet med fedme-gruppen i testis histologi med fremkomsten af normale Sertoli- og Leydig-celler og uforstyrret spermatogenese (figur 1(c) og 1(f)). ZnSO4 kan således forbedre testikelstrukturen og spermatogeneseabnormaliteter forårsaget af fedme.
3.3. Klassifikation af 341 sædproteiner ved hjælp af bioinformatik: Cellulær komponent, molekylær funktion og biologisk proces
For at bestemme de differentielt udtrykte proteiner blev der udført proteomisk analyse. I alt 1344 proteiner blev identificeret og kvantificeret i i alt 6 sædprøver fra den ZnSO4-behandlede gruppe og fedmegruppen. Perseus-softwaren udførte -test og differentiel signifikansanalyse af de kvantitative resultater og forholdstal for proteiner. Der blev i alt opnået 401 signifikante proteiner. Differentielle proteiner blev indtastet på DAVID-webstedet for forskelle i proteinfunktion mellem den ZnSO4-behandlede gruppe og fedmegruppen. I GO-klassificering blev 371 proteiner analyseret, og 30 proteiner svarede ikke til hinanden. De 341 identificerede proteiner blev derefter klassificeret i henhold til deres biologiske funktioner. Vi brugte webværktøjerne fra DAVID til at søge efter funktionelle annotationstermer og veje, der var beriget i de ovenfor identificerede proteiner. Resultaterne af disse analyser blev vist i figur 2. Vi fokuserede på ontologien for cellulær komponent, molekylær funktion og biologisk proces til analyse af berigelse af funktionelle annotationstermer med og .
(a)
(b)
(c)
(d)
(a)
(a)
(b)
(c)
(d)
I gruppen “cellular component” (Figur 2(a)) viste kategorianalysen, at 59 % af proteinerne med signifikante forskelle var organelle komponenter, og 60,7 % af disse var organelle bestanddele. Desuden tilhørte 29,6 % af proteinerne et makromolekylært kompleks. GO-term-analysen af “molekylær funktion” viste, at 22 % af proteinerne blev klassificeret som proteiner med katalytisk aktivitet (figur 2(b)). De øvrige proteiner kunne klassificeres som proteinbinding, rRNA-binding og enzymbinding. Hvad angår databasen for “biologiske processer” (figur 2(c)), var størstedelen af de 24 % proteiner forbundet med metaboliske processer. Desuden var proteiner knyttet til transport, signaltransduktion, celledød, celleadskillelse, celleadhæsion, immunsystemprocessen og reproduktion. Resultaterne af signalvejsanalysen (figur 2(d)) med koncentreret protein og berigelse er som følger. Flere metaboliske veje såsom glykolyse/glukoneogenese, kulstofmetabolisme, citratcyklus (TCA-cyklus), fedtsyremetabolisme og pyruvatmetabolisme er blevet forstyrret og påvirket, og nogle proteiner er blevet vist at være forbundet med valin-, leucin- og isoleucin-nedbrydningsveje.
3.4. Zinkvirkninger identificeres yderligere ved forskelligt udtrykte sædproteiner
Kvantificeringsanalyse blev udført for at sammenligne proteinniveauer mellem de tre grupper. I de differentielle proteiner valgte vi metaboliske, zinktransport-associerede proteiner og knudeproteiner i netværket (tabel 3). Proteiner med statistisk signifikante ændringer blev vist i figur 3. Disse proteiner var ARG2, COX5B, ZNT1, LYAR og TM165. Sammenlignet med fedmegruppen var ekspressionen af ARG2, COX5B og ZNT1 i den ZnSO4-behandlede gruppe signifikant nedsat, mens ekspressionen af LYAR og TM165 var signifikant forøget.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3,5. Det differentielle proteininteraktionsnetværk etableres ved hjælp af STRING-netværksdatabasen
STRING er en online-analysesoftware, der analyserer og forudsiger interaktionen mellem kendte proteiner. STRING-softwaren etablerer en scoringsmekanisme for at foretage tilsvarende vægte på forskellige datakilder og giver til sidst en omfattende score og konstruerer derefter et netværkskort over protein-protein-interaktioner . De 341 screenede differentielle proteiner blev importeret til STRING (http://string-db.org/) online-database med henblik på analyse, og 341 proteiner blev identificeret, og det differentielle geninteraktionsnetværkskort blev genereret. Derefter blev de interaktive netværksdata eksporteret til Cytoscape 3.2-softwaren for at bestemme netværkets centrale knudeprotein. Det kan ses, at netværket af differentiel proteinsammensætning er komplekst (figur 4). Vi brugte derefter Cytoscape-plugin’et til at analysere knudeproteinerne i netværket, og i alt 36 knudeproteiner blev opnået fra analysen (tabel 3). Fra en liste over topnetværk, der blev genereret ved hjælp af STRING, valgte vi undernetværkene. Cytoscape-analysen viste, at disse proteiner hovedsageligt deltog i ni netværk, herunder metabolisk proces, oxidation-reduktion, aerob respiration, RNA-splejsning og glutathionkonjugering.
4. Diskussion
WHO definerer en person med unormal eller overdreven fedtophobning som overvægtig eller fedme, og denne tilstand udgør en voksende trussel mod menneskers sundhed globalt set . Nogle rapporter viser, at fedmeprocenten er stærkt stigende , hvilket ikke kun øger risikoen for sygdomme, men også parallelt hermed øger patienternes risiko for at udvikle reproduktive lidelser. Efterhånden som mænds reproduktive funktion forringes globalt set , er flere og flere mennesker blevet klar over, at fedme forringer sædkvaliteten. Med et øget BMI ændres sædparametrene, hvorved sædcellernes fysiske og molekylære struktur ændres . Tidligere undersøgelser har vist, at sædkoncentrationen og det samlede antal bevægelige sædceller blev skadeligt påvirket af et højt BMI . I den foreliggende undersøgelse viste rotter i fedmegrupperne et signifikant fald i sædkoncentrationen og sædmotiliteten af sædceller sammenlignet med dem i normalvægtsgruppen, mens ZnSO4 forbedrede sædparametrene sammenlignet med fedmegruppen.
Ubalancer i kønshormoner kan påvirke den mandlige reproduktion, og en overvægtig status kan påvirke hormonniveauet hos mænd . Samtidig har undersøgelser vist, at fedme er tæt forbundet med endokrine lidelser, såsom kønshormonafvigelser . Fedme hos mænd har en negativ indvirkning på mænds reproduktive potentiale på grund af ændringer i hormonniveauerne . Derfor testede vi serumniveauerne i hver gruppe. Testosteronhormonerne steg i den ZnSO4-behandlede gruppe sammenlignet med de normale og fedmeholdige grupper . Det ser ud til, at ZnSO4-behandlingen øgede androgenhormonniveauerne betydeligt, så de svarer til niveauet i den normale kontrolgruppe. Reduceret kropsvægt og blodlipidniveau i ZnSO4-behandlede rotter kan reparere Leydig-cellerne og dermed øge testosteronniveauet. Som følge heraf kan et funktionelt mandligt reproduktivt system regenereres, hvilket hjælper spermatogenese og regenerering af testikelstrukturen. Det er tydeligt, at testikelhistologien i den ZnSO4-behandlede gruppe er blevet forbedret, idet Sertoli- og Leydig-cellerne er blevet regenereret, og sædcellerne i lumen er blevet genoprettet. Derfor giver en sammenlignende proteomik i stor skala en effektiv metode til at identificere eventuelle forskelle i proteinekspression mellem de fedme- og ZnSO4-behandlede grupper. Vores undersøgelse identificerede forskellene i proteinekspressionsprofiler mellem normale fertile sædceller og sædceller fra ZnSO4-behandlede grupper.
GO-annotationsanalyse viste, at de 24% proteiner var forbundet med metabolisk proces, og 22% af proteinerne blev klassificeret som proteiner med katalytisk aktivitet. De øvrige proteiner blev klassificeret som proteinbinding, rRNA-binding og enzymbinding, herunder ATP-binding. Det er velkendt, at ATP-bindende proteiner spiller en grundlæggende rolle i biologiske processer, hvilket tyder på ændringer i syntetiske og metaboliske processer. Mitokondrier er organeller, der leverer energi (ATP) til cellerne. Mitokondrier er også det primære mål for oxidativ stress. I mandekroppen er mitokondrier det vigtigste energianlæg i processen med modning af spermatogene celler og leverer også energi til spermatozoerne efter ejakulation. Når oxidativ stress opstår hos overvægtige mænd, kan mitokondrier i sædcellerne derfor blive stærkt beskadiget, når der opstår oxidativ stress. Sædceller er modtagelige for oxidativ stress og mangler evnen til at reparere skader. Fedtholdig kost inducerer oxidativ stress hos overvægtige rotter, hvilket inducerer skader på sædets mitokondriemembran og påvirker mitokondriernes funktion . Egwurugwu et al. konkluderede, at zinksulfat havde nogle signifikante positive virkninger på androgen og sædkvalitet ved fysiologiske doser. Det var dog skadeligt ved højere doser.
ARG2 er kendt for at lokalisere i mitokondrier . Det spiller også en afgørende rolle i produktionen af ornithin, som er en forløber for prolin, hydroxyprolin og polyamin, og som er afgørende for celleproliferation. Fedme og de dermed forbundne sygdomme er kendetegnet ved lave niveauer af kronisk inflammation . ARG2 fremmer proinflammatoriske reaktioner i makrofager og bidrager til beviser for åreforkalkning og fedmerelateret insulinresistens . Vi mener, at tidlig fedme kan føre til opregulering af arginase, hvilket resulterer i systemiske ændringer i arginase og argininmetabolitter. Opregulering af ARG2 i den overvægtige gruppe kan være forbundet med celleproliferation og kronisk inflammation forårsaget af fedme. Arginase forbedrer fedmeinducerede leverlipid- og systemiske fedtafvigelser ved at hæmme aktivering af veje, der er involveret i hepatisk triglyceridmetabolisme og mitokondriefunktion .
Af disse proteiner er især COX5B af stor interesse og forbundet med mitokondriefunktion og cellulær energiproduktion . Cytokromoxidase (COX, Complex IV) er et mitokondrieelt elektrontransportkædeenzym, der befinder sig i mitokondriernes indre membran, og dets aktivitet er nødvendig for at generere den protonmotivationskraft, der driver nedstrøms ATP-syntese . Det er en af tre mitokondrielle isoformer af cytochromoxidase, dvs. kompleks IV i den mitokondrielle respiratoriske kæde. COX5B er involveret i det sidste trin af den oxidative fosforylering med produktion af H2O og opretholdelse af den elektrokemiske gradient, der er nødvendig for at producere ATP. Således kan reducerede niveauer af ARG2 og COX5B i zinksulfatbehandlede rotter tyde på en zinkinduceret effekt på fertiliteten hos overvægtige rotter, især i testikelregeneration, spermatogenese og sædmotilitet.
Nogle differentielt udtrykte proteiner, der er identificeret i denne undersøgelse, er involveret i zinktransportprocessen. Elgazar et al. fandt for eksempel, at ZnT1 er til stede i plasmamembranen og cytoplasmaet af støttecellerne. Undersøgelser har vist, at Znt1 spiller en vigtig rolle i zinkhomøostase hos voksne mus . Metalresponsiv transkriptionsfaktor-1 (MTF-1) spiller en rolle i koordineringen af cellulære reaktioner på metalhomeostase og oxidativ stress. MTF-1 er en zinkafhængig transkriptionsfaktor, der stimulerer metallothionein- og zinktransportør-1 (ZNT-1)-gener med stigende zinkkoncentration . Foster et al. viste, at den relative ekspression af zinktransportørens mRNA var meget variabel. ZnT1 er den hyppigst forekommende i testiklerne, og den har interaktioner i zinktransporten over plasmamembranen. Noh et al. rapporterede, at ZnT1 mRNA-niveauet var let forhøjet hos overvægtige kvinder, og ændringer i zinktransportørerne kan også være forbundet med fedmerelaterede inflammatoriske tilstande.
Den Ly1 antistofreaktive homolog (LYAR) blev først beskrevet af Su et al. som et cDNA, der koder for zinkfingerprotein isoleret fra musens T-celle leukæmilinje . Lyar-genet, som vides at blive udtrykt rigeligt i testiklerne, koder for et nukleolært protein, der indeholder et C2HC-zinkfingermotiv af LYAR-typen og tre nukleare lokaliseringssignaler. Lee et al. fandt, at LYAR-proteinet var til stede i spermatocytter og spermatider, men ikke i sædceller. Vi påviste imidlertid LYAR-ekspression i sædceller, og dens ekspression faldt i sædceller fra overvægtige rotter og steg i ZnSO4-behandlede grupper. LYAR er identificeret som værende associeret med cytoplasmatiske ribosomer i mandlige kim- og kræftceller og er involveret i preribosomal RNA-processering i kernen . LYAR er en modulator af et af de to grundlæggende trin i translationsinitieringen i hanlige kimceller fra pattedyr og visse typer tumorer . LYAR undertrykker i betydelig grad transkriptionen af gener for oxidativ stress, herunder SLC7A11, HMOX1 og CHAC1. Myc onkoprotein opregulerer LYAR ekspression ved at aktivere dets gen transkription, og opregulering af LYAR beskytter til gengæld kræftceller mod oxidativ stress-medieret apoptose ved at reducere CHAC1 genekspression .
Transmembranprotein 165 (TM165) er et Golgi transmembranprotein , og dets mangel forårsager en medfødt lidelse af glykosylering. TM165 er både transkriptionelt og translationelt overeksprimeret i hepatocellulært karcinom og er forbundet med invasiv evne af hepatocellulært karcinom . Data fra nyere undersøgelser giver imidlertid flere indikationer på deres betydning for calcium- og manganhomeostase . TM165 leverer Ca2+ og Mn2+ til Golgi-komplekset i bytte for H+ for at opretholde laktosesyntasens og potentielt andre glykosyltransferasers funktioner . Det humane Golgi-protein TM165 kan transportere calcium og mangan i gær- og bakterieceller . Vores undersøgelse viste, at TM165-ekspressionen i overvægtige rotter faldt og steg efter zinktilskud, hvilket tyder på, at TM165 steg efter zinktilskud.
5. Konklusioner
Sammenfattende giver resultaterne af denne undersøgelse beviser, at ZnSO4 kan forbedre hormonniveauer, testikelregeneration og frugtbarhed. Proteomisk analyse viser endvidere, at ZnSO4 kan forbedre fertiliteten hos overvægtige hanrotter ved at regulere proteinekspression relateret til metabolisme, inflammation, sædmodning og andre interaktioner.
Datatilgængelighed
De data, der anvendes til at understøtte resultaterne af denne undersøgelse, er tilgængelige på anmodning.
Oplysning
Det finansierende organ havde ingen rolle i undersøgelsesdesign, dataindsamling og analyse, beslutning om at offentliggøre eller udarbejdelse af manuskriptet.
Interessekonflikter
Forfatterne erklærer, at der ikke er nogen interessekonflikter i forbindelse med offentliggørelsen af denne artikel.
Akkreditering
Denne undersøgelse blev støttet af Hebei Provincial Government Funded Clinical Medicine Excellent Talents Training and Basic Research Project (Grant No. 20170183).