Abstract
Cette étude examine le mécanisme sous-jacent à l’effet améliorant du zinc sur la fertilité chez les rats obèses en utilisant la protéomique. Les effets de trois doses différentes de ZnSO4 sur la spermatogenèse et les niveaux d’hormones ont été étudiés. La spermatogenèse testiculaire a été observée par coloration HE. Les taux sériques d’œstrogène et de testostérone ont été mesurés par immuno-essai sur microparticules chimioluminescentes. L’analyse protéomique des spermatozoïdes a été réalisée par chromatographie liquide-spectrométrie de masse. La base de données DAVID a été utilisée pour effectuer l’analyse d’enrichissement GO et l’analyse des voies KEGG des gènes exprimés de manière différentielle, et la base de données en ligne STRING a été utilisée pour construire un réseau PPI. Le nombre de spermatozoïdes, la motilité des spermatozoïdes et les hormones de testostérone du groupe de rats traités au ZnSO4 ont augmenté. Le ZnSO4 a amélioré la structure testiculaire et les anomalies de la spermatogenèse causées par l’obésité. L’analyse protéomique a montré qu’il y avait 401 protéines exprimées de manière différentielle dans un total de 6 échantillons de sperme du groupe traité au ZnSO4 et des groupes d’obésité. Les protéines différentielles ont été introduites dans le site web DAVID. Les 341 protéines identifiées ont ensuite été classées en fonction de leurs fonctions biologiques. L’analyse KEGG a montré que les voies de signalisation enrichies comprenaient la glycolyse/gluconéogenèse, le métabolisme du carbone, le cycle du citrate, le métabolisme des acides gras et le métabolisme du pyruvate. Certaines protéines se sont avérées être associées aux voies de dégradation de la valine, de la leucine et de l’isoleucine. L’analyse STRING a permis d’obtenir 36 protéines nodales. L’analyse Cytoscape a montré que ces protéines participaient principalement à neuf réseaux, dont le processus métabolique, l’oxydoréduction, la respiration aérobie, l’épissage de l’ARN et la conjugaison du glutathion. Le ZnSO4 peut améliorer la fertilité des rats mâles obèses en régulant l’expression des protéines liées au métabolisme, à l’inflammation et à la maturation des spermatozoïdes.
1. Introduction
L’obésité est associée à l’infertilité masculine. Il y a une certaine cohérence temporelle entre l’augmentation du taux d’infertilité masculine, la diminution de la qualité du sperme, et l’augmentation du taux d’obésité . L’obésité entraîne des changements pathologiques dans l’ultrastructure des testicules, et l’apoptose des cellules spermatogènes augmente de manière significative. La diminution du nombre de spermatozoïdes matures peut être l’une des raisons conduisant à la faible capacité spermatogène des personnes obèses.
Il existe des troubles du métabolisme des oligo-éléments chez les personnes obèses. Le niveau perturbé du métabolisme des oligo-éléments dans le corps induira des effets correspondants sur le métabolisme des lipides. Dans le système reproducteur masculin, les ions zinc sont principalement distribués dans le testicule, l’épididyme, la prostate et le sperme. Le zinc est un marqueur de la fonction de la prostate. En outre, il régule la fonction des spermatozoïdes, agit comme cofacteur pour la plupart des réactions enzymatiques et contribue à maintenir la motilité des spermatozoïdes. Le zinc joue également un rôle important dans le développement testiculaire et la formation des spermatozoïdes . Une carence en zinc augmente de manière significative l’apoptose des cellules germinales dans le testicule de la souris et provoque un arrêt de la spermatogenèse et des dommages à la fécondation . Des études ont montré que les hommes obèses sont 3,5 fois plus susceptibles de présenter une oligozoospermie que les hommes de poids normal . Une supplémentation en zinc peut réduire le poids des personnes obèses. La supplémentation en zinc améliore le statut glycémique (glycémie à jeun), les paramètres lipidiques sanguins (cholestérol total, triglycérides, cholestérol à lipoprotéines de haute densité et cholestérol à lipoprotéines de basse densité) et la pression artérielle. La préparation orale de zinc peut améliorer la teneur en zinc du plasma séminal, favoriser la transformation de la protéine nucléaire des spermatozoïdes (c’est-à-dire de la lysine à l’arginine) et inhiber la dépolymérisation prématurée du noyau des spermatozoïdes. Il peut améliorer la motilité des spermatozoïdes et la qualité du sperme des patients infertiles sans effets secondaires évidents. Cependant, l’application de la protéomique pour comprendre les effets du traitement ZnSO4 sur les protéines du sperme dans l’obésité est encore limitée et une exploration plus approfondie est nécessaire.
Dans cette étude, les effets de trois doses différentes de ZnSO4 sur la spermatogenèse et les niveaux hormonaux des rats obèses ont été étudiés. Le mécanisme qui sous-tend cet effet a été analysé plus en détail par une analyse protéomique.
2. Matériaux et méthodes
2.1. Animaux
Les rats Sprague Dawley âgés de 7 semaines (pesant de 180 à 200 g) ont été achetés au Centre des animaux expérimentaux de l’Université médicale de Hebei. Ils ont été maintenus dans un cycle lumière/obscurité de 12 heures dans une pièce à air contrôlé (température, ; humidité, ) avec un accès libre à l’eau et à la nourriture pour animaux. Toutes les procédures d’expérimentation animale ont été approuvées par le comité d’éthique de l’Institut de la science et de la technologie du planning familial du Hebei.
2.2. Établissement du modèle d’obésité, regroupement des animaux et échantillonnage
Les rats ont été divisés au hasard en deux groupes : groupe d’alimentation normale (15 animaux par groupe) et groupe de modèle d’obésité (30 animaux par groupe). Chaque groupe a été nourri avec les régimes correspondants pendant 8 semaines, c’est-à-dire un régime chow normal pour le groupe normal et un régime riche en graisses pour le groupe modèle d’obésité. Les poids corporels des rats ont été pesés chaque semaine et enregistrés pendant 8 semaines. Le modèle d’obésité a été considéré comme réussi lorsque le poids corporel moyen du groupe modèle était 1,2 fois supérieur à celui du groupe témoin. La longueur des rats a été mesurée (de la pointe du nez à l’anus), et l’indice de Lee a été calculé par la formule .
Après l’établissement du modèle d’obésité, les rats modèles ont été divisés au hasard en deux groupes : le groupe obésité et le groupe traité au ZnSO4. Les rats du groupe traité au ZnSO4 ont reçu du ZnSO4 (Tianjin Yongda Chemical Reagent Company Limited) (3,2 mg/kg/j) pendant 4 semaines par gavage oral. À la fin de l’expérience, le poids corporel, le poids des testicules, le poids de l’épididyme et la graisse péritesticulaire de chaque groupe ont été mesurés, et du sang a été prélevé dans l’aorte abdominale. Des échantillons de sperme ont été prélevés dans l’épididyme caudal. Les testicules ont été retirés.
2.3. Comptage des spermatozoïdes et motilité des spermatozoïdes
L’épididyme gauche de chaque rat a été prélevé immédiatement après le sacrifice et a été transféré dans un tube contenant 1 ml de solution saline chaude (37°C). Ils ont ensuite été agités à 37°C pendant 5 min pour permettre la dispersion des spermatozoïdes. Environ 10 μL de suspension de sperme diluée ont été transférés dans chaque chambre de comptage de l’hémocytomètre pour déterminer la concentration et la motilité des spermatozoïdes. La motilité a été mesurée comme le pourcentage de spermatozoïdes mobiles (grade a+b) parmi le total des spermatozoïdes.
2.4. Détermination du glucose sérique à jeun, des lipides sanguins et de l’insuline
Les taux de cholestérol total, de triglycérides, de lipoprotéines de basse densité et de lipoprotéines de haute densité dans le sérum ont été mesurés sur un analyseur Siemens Centaur XP par un kit de dosage immunologique à microparticules chimioluminescentes (Medical System Biotechnology Co., LTD). La glycémie à jeun a été mesurée par un kit de détection du glucose (Medical System Biotechnology Co., Ltd., Ningbo, Chine) sur un analyseur ACCUTE TBA-40FR (Toshiba Medical Systems Co., Tokyo, Japon). Les taux sériques d’insuline ont été déterminés par dosage immunologique par chimioluminescence sur un système UniCel DxI 800 (Beckman Coulter, CA, USA) avec les réactifs correspondants (Beckman Coulter, CA, USA).
2.5. Dosage immuno-enzymatique (ELISA)
Le taux de leptine a été déterminé par des kits ELISA (Multisciences Biotech Co., Ltd., Hangzhou, Chine). Après la fin de la réaction, l’absorbance a été lue à 450 nm.
2.6. Coloration HE
Les testicules ont été fixés dans la solution de Bouin pendant une nuit. Les testicules ont ensuite été déshydratés à l’alcool et inclus dans de la paraffine. Les échantillons ont été sectionnés à 5 μm d’épaisseur et colorés par coloration HE. La spermatogenèse testiculaire a été observée au microscope optique.
2.7. Mesure des hormones androgènes
Les taux sériques d’œstrogènes et de testostérone ont été mesurés sur un analyseur Siemens Centaur XP par immunodosage en microparticules chimioluminescentes. Le kit de détection a été acheté auprès de Siemens Healthcare Diagnostic Inc. et Cayman Chemical, Michigan, USA.
2.8. Chromatographie liquide-spectrométrie de masse
Les échantillons de protéines de sperme utilisés dans cette étude provenaient des trois groupes (groupe normal, groupe modèle d’obésité et groupe traité au ZnSO4). Les échantillons de sperme ont été récoltés à partir de l’épididyme caudal. En bref, les protéines ont été extraites avec un tampon de lysat contenant de l’urée 8 M, du DTT 10 mM et un inhibiteur de protéase. La sonication a été effectuée pendant 3 à 5 minutes. Le surnageant a été recueilli après une centrifugation de 20000 g pendant 10 min à 4°C, et les protéines ont été quantifiées par la méthode Bradford. Les protéines extraites ont été incubées avec 100 mM TEAB à 100 μL et ensuite avec 200 mM TCEP à 55°C pendant 1 h. Après cela, 5 μL d’iodoacétamide (IAA) 375 mM ont été ajoutés. Après une incubation dans l’obscurité pendant 30 min, de l’acétone prérefroidie a été ajoutée et elle a été incubée pendant une nuit à -20°C. Le surnageant a été soigneusement éliminé après une centrifugation de 8000 g à 10°C pendant 10 min, et le lysat a été laissé à température ambiante pendant 2-3 min pour sécher. Enfin, 100 μg de protéine, 100 μL de solution TEAB 100 mM, et de trypsine enzyme ratio protéine (1 : 50) ont été mélangés ensemble et la digestion enzymatique a été réalisée pendant la nuit à 37°C.
Chromatographie liquide-spectrométrie de masse : des échantillons partiellement digérés ont été prélevés et dissous dans la solution A (2% ACN/98% H2O/0,1% FA). Après centrifugation à 20000 g pendant 30 minutes, le surnageant a été prélevé et la séquence protéique a été détectée par le spectromètre de masse EASY-nLC phase liquide-Q Exactive (American Thermo Fisher).
Les conditions de spectrométrie de masse étaient les suivantes : 90 min pour le temps d’acquisition des données, 2 kV pour la tension de pulvérisation, 320°C pour la température capillaire, 27% pour l’énergie de collision normalisée, et 300-1400 Da pour la gamme de masse de collecte. Les paramètres primaires étaient les suivants : 7 000 pour la résolution, 36 pour la cible AGC, 60 ms pour l’IT maximale et le profil pour le type de données du spectre. Les paramètres secondaires étaient 17500 pour la résolution, 54 pour la cible AGC, 80 ms pour l’IT maximum, et 3,0 m/z pour la fenêtre d’isolement.
2,9. Récupération des données
Dans le moteur de recherche MaxQuant 1.5.2.8, la première erreur est de 20 ppm, la deuxième erreur est de 0,02 Da. La modification fixée est la suivante . La cystéine est modifiée en Carbamidométhyl-Cys, et la modification variable est la suivante : Oxydation-M, LysisC ou Trypsine, ou digestion Glu-C. La digestion enzymatique permet jusqu’à 2 sites manquants. Le comblement des lacunes, la normalisation et le dépistage des différences () ont tous été effectués en utilisant les paramètres standard du logiciel Perseus. Au total, 1344 protéines ont été identifiées et quantifiées dans 6 échantillons des deux groupes. Des informations qualitatives et quantitatives du groupe Zn et G sur les protéines différentielles ont été obtenues. Le logiciel Perseus a effectué un test et une analyse de signification sur les résultats quantitatifs et les ratios de protéines. La liste des protéines différentielles obtenue est la suivante : un total de 401 protéines différentielles significatives ont été obtenues par les résultats du -test et les résultats de l’analyse de distribution différentielle.
2.10. Analyse GO (Gene Ontology) et KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)
La protéine différentielle a été importée dans le site Web DAVID (Functional Annotation Bioinformatics Microarray Analysis) (https://david.ncifcrf.gov/) pour une extraction bioinformatique de base. Les outils Web fournis par le DAVID ont été utilisés pour rechercher les termes d’annotation fonctionnelle et les voies qui étaient enrichies dans les protéines identifiées ci-dessus, y compris le composant cellulaire, la fonction moléculaire et le processus biologique.
2.11. Analyse du réseau d’interaction des protéines
Les protéines différentielles criblées ont été importées dans la base de données en ligne STRING (https://string-db.org/) pour analyse. La carte du réseau d’interactions génétiques différentielles a été dessinée. Les données du réseau interactif ont été exportées vers le logiciel Cytoscape 3.2 pour déterminer la protéine du nœud central du réseau.
2.12. Analyse statistique
Les données ont été affichées sous forme de . L’analyse statistique a été effectuée dans SPSS22.0 en utilisant l’analyse de variance (ANOVA) à sens unique, avec une valeur < 0,05 considérée comme statistiquement significative.
3. Résultats
3.1. Paramètres du sperme et changements du niveau de l’hormone testostérone dans le sperme après le traitement par ZnSO4
Par rapport au groupe témoin, le poids corporel, la graisse péritesticulaire, l’indice de Lee, les cholestérols totaux, les triglycérides, les lipoprotéines de haute densité et la leptine des rats du groupe obésité et la leptine des rats du groupe traité par ZnSO4 ont augmenté de manière significative. Par rapport au groupe témoin, la lipoprotéine de basse densité des rats du groupe obésité a diminué de manière significative. Par rapport au groupe obèse, le poids corporel, la graisse péritonéale et l’indice de Lee ont diminué dans le groupe traité par ZnSO4, et la différence était statistiquement significative (tableau 1). Afin de détecter les effets du ZnSO4 sur la fertilité des rats, chaque groupe de paramètres du sperme a d’abord été évalué selon les critères de l’OMS 2010 . Le nombre de spermatozoïdes et la motilité des spermatozoïdes étaient inhibés dans le groupe obésité comme le montre le tableau 2. Par rapport au groupe obésité, le nombre de spermatozoïdes et la motilité des spermatozoïdes des rats traités au ZnSO4 ont augmenté, ce qui suggère que le ZnSO4 améliore les paramètres du sperme chez les rats obèses. L’obésité elle-même peut entraîner une augmentation des lipides sanguins, mais nos résultats ont montré que la glycémie, les lipides sanguins et les taux d’insuline n’atteignaient pas le niveau du diabète. On peut considérer que les facteurs de confusion des complications diabétiques ont été exclus. En outre, nous avons détecté le niveau de testostérone sérique. Les résultats ont montré que les hormones de testostérone ont augmenté dans le groupe traité par ZnSO4 par rapport au groupe obésité (tableau 2). Ainsi, le traitement au ZnSO4 pourrait améliorer la qualité du sperme des rats obèses.
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Note : # par rapport au contrôle normal ; par rapport à l’obésité.
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Note : par rapport au contrôle normal ; par rapport à l’obésité.
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3.2. Le traitement par ZnSO4 améliore la récupération de l’altération testiculaire induite par l’obésité
Par la suite, nous avons effectué une analyse histologique du tissu testiculaire et les résultats ont été présentés dans la figure 1. Selon l’histologie du testicule, le groupe normal a montré une spermatogenèse normale (Figures 1(a) et 1(d)), tandis que le groupe obésité a montré une spermatogenèse perturbée, la lumière du tubule séminifère étant presque vide (Figures 1(b) et 1(e)). Comme prévu, le groupe traité par ZnSO4 a montré une amélioration significative de l’histologie du testicule par rapport au groupe obèse, avec l’apparition de cellules de Sertoli et de Leydig normales et une spermatogenèse non perturbée (Figures 1(c) et 1(f)). Ainsi, le ZnSO4 peut améliorer la structure testiculaire et les anomalies de la spermatogenèse causées par l’obésité.
3.3. Classification de 341 protéines du sperme par bioinformatique : Composant cellulaire, fonction moléculaire et processus biologique
Pour déterminer les protéines différentiellement exprimées, une analyse protéomique a été réalisée. Un total de 1344 protéines a été identifié et quantifié dans un total de 6 échantillons de sperme du groupe traité au ZnSO4 et du groupe obésité. Le logiciel Perseus a effectué un test et une analyse de signification différentielle sur les résultats quantitatifs et les ratios de protéines. Un total de 401 protéines significatives a été obtenu. Les protéines différentielles ont été introduites dans le site web DAVID pour les différences de fonction des protéines entre le groupe traité au ZnSO4 et le groupe obésité. Dans la classification GO, 371 protéines ont été analysées, et 30 protéines ne correspondaient pas. Les 341 protéines identifiées ont ensuite été classées en fonction de leurs fonctions biologiques. Nous avons utilisé les outils Web fournis par le DAVID pour rechercher les termes d’annotation fonctionnelle et les voies qui étaient enrichis dans les protéines identifiées ci-dessus. Les résultats de ces analyses sont présentés dans la figure 2. Nous nous sommes concentrés sur l’ontologie du composant cellulaire, de la fonction moléculaire et du processus biologique pour l’analyse d’enrichissement des termes d’annotation fonctionnelle avec et .
(a)
(b)
(c)
(d)
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Dans le groupe « composant cellulaire » (figure 2(a)), l’analyse des catégories a montré que 59% des protéines présentant des différences significatives étaient des composants d’organelles, et 60,7% d’entre elles étaient des constituants d’organelles. En outre, 29,6 % des protéines appartenaient à un complexe macromoléculaire. L’analyse des termes GO de « fonction moléculaire » a révélé que 22 % des protéines étaient classées comme des protéines à activité catalytique (figure 2(b)). Les autres protéines pouvaient être classées comme des protéines de liaison, des ARNr de liaison et des enzymes de liaison. En ce qui concerne la base de données « processus biologiques » (figure 2(c)), la majorité des 24% de protéines étaient associées à un processus métabolique. En outre, les protéines étaient liées au transport, à la transduction du signal, à la mort cellulaire, à l’adhésion cellulaire, au processus du système immunitaire et à la reproduction. Les résultats de l’analyse des voies de signalisation (Figure 2(d)) avec concentration de protéines et enrichissement sont les suivants. De multiples voies métaboliques telles que la glycolyse/gluconéogenèse, le métabolisme du carbone, le cycle du citrate (cycle TCA), le métabolisme des acides gras et le métabolisme du pyruvate ont été perturbées et affectées, et il a été démontré que certaines protéines sont associées aux voies de dégradation de la valine, de la leucine et de l’isoleucine.
3.4. Les effets du zinc sont davantage identifiés par les protéines de sperme exprimées de façon différentielle
Une analyse de quantification a été réalisée pour comparer les niveaux de protéines entre les trois groupes. Dans les protéines différentielles, nous avons sélectionné les protéines métaboliques, les protéines associées au transport du zinc et les protéines nodales du réseau (tableau 3). Les protéines présentant des changements statistiquement significatifs ont été présentées dans la figure 3. Ces protéines étaient ARG2, COX5B, ZNT1, LYAR et TM165. Par rapport au groupe obésité, l’expression d’ARG2, COX5B et ZNT1 dans le groupe traité par ZnSO4 était significativement diminuée, tandis que l’expression de LYAR et TM165 était significativement augmentée.
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3.5. Le réseau d’interactions protéiques différentielles est établi à l’aide de la base de données du réseau STRING
STRING est un logiciel d’analyse en ligne qui analyse et prédit l’interaction entre des protéines connues. Le logiciel STRING établit un mécanisme de notation pour effectuer des pondérations correspondantes sur différentes sources de données et donne finalement un score global, puis construit une carte de réseau d’interactions protéine-protéine . Les 341 protéines différentielles criblées ont été importées dans la base de données en ligne STRING (http://string-db.org/) pour analyse, et 341 protéines ont été identifiées, et la carte de réseau d’interactions génétiques différentielles a été générée. Après cela, les données du réseau interactif ont été exportées vers le logiciel Cytoscape 3.2 pour déterminer la protéine du nœud central du réseau. On peut voir que le réseau de composition différentielle des protéines est complexe (Figure 4). Nous avons ensuite utilisé le plugin Cytoscape pour analyser les protéines nodales du réseau, et un total de 36 protéines nodales a été obtenu à partir de l’analyse (Tableau 3). À partir d’une liste des meilleurs réseaux générés à l’aide de STRING, nous avons sélectionné les sous-réseaux. L’analyse Cytoscape a montré que ces protéines participaient principalement à neuf réseaux, notamment le processus métabolique, l’oxydoréduction, la respiration aérobie, l’épissage de l’ARN et la conjugaison du glutathion.
4. Discussion
L’OMS définit une personne présentant une accumulation anormale ou excessive de graisse comme étant en surpoids ou obèse, et cet état constitue une menace croissante pour la santé des personnes dans le monde entier . Certains rapports montrent que le taux d’obésité augmente rapidement , ce qui non seulement augmente le risque de maladies mais aussi en parallèle augmente le risque des patients de développer des troubles de la reproduction . À mesure que la fonction reproductive des hommes se détériore dans le monde, de plus en plus de personnes se rendent compte que l’obésité diminue la qualité du sperme. Avec l’augmentation de l’IMC, les paramètres du sperme sont modifiés, ce qui change la structure physique et moléculaire des spermatozoïdes . Des études antérieures ont montré que la concentration des spermatozoïdes et le nombre total de spermatozoïdes mobiles étaient affectés de manière négative par un IMC élevé. Dans la présente étude, les rats des groupes d’obésité ont montré une diminution significative de la concentration et de la motilité des spermatozoïdes par rapport à ceux du groupe de poids normal, tandis que le ZnSO4 a amélioré les paramètres du sperme par rapport au groupe d’obésité.
Les déséquilibres des hormones sexuelles peuvent affecter la reproduction masculine, et un statut de surpoids peut affecter les niveaux d’hormones chez les hommes . Simultanément, des études ont montré que l’obésité est étroitement liée aux troubles endocriniens, tels que les anomalies des hormones sexuelles . L’obésité chez les hommes a un impact négatif sur le potentiel reproductif masculin en raison des changements dans les niveaux d’hormones. Nous avons donc testé les taux sériques dans chaque groupe. Les hormones de testostérone ont augmenté dans le groupe traité au ZnSO4 par rapport aux groupes normal et obésité. Il semble que le traitement au ZnSO4 ait augmenté de manière significative les niveaux d’hormones androgènes pour qu’ils correspondent au niveau du groupe témoin normal. La réduction du poids corporel et du taux de lipides sanguins chez les rats traités au ZnSO4 peut réparer les cellules de Leydig, augmentant ainsi le taux de testostérone. Par conséquent, un système reproducteur masculin fonctionnel peut être régénéré, favorisant la spermatogenèse et la régénération de la structure testiculaire. De toute évidence, l’histologie du testicule du groupe traité au ZnSO4 s’est améliorée avec la régénération des cellules de Sertoli et de Leydig et la restauration des spermatozoïdes dans la lumière. Par conséquent, une protéomique comparative à grande échelle fournit une approche efficace pour identifier toute différence d’expression protéique entre le groupe obèse et le groupe traité au ZnSO4. Notre étude a identifié les différences dans les profils d’expression des protéines entre les spermatozoïdes fertiles normaux et les spermatozoïdes des groupes traités au ZnSO4.
L’analyse d’annotation GO a montré que les 24% de protéines étaient associées au processus métabolique et 22% des protéines étaient classées comme des protéines ayant une activité catalytique. Les autres protéines ont été classées comme des protéines de liaison, des ARNr de liaison, et des enzymes de liaison, y compris la liaison ATP. Il est bien connu que les protéines liant l’ATP jouent un rôle fondamental dans les processus biologiques, ce qui indique des changements dans les processus synthétiques et métaboliques. Les mitochondries sont des organites qui fournissent de l’énergie (ATP) aux cellules. Les mitochondries sont également la cible principale du stress oxydatif. Dans le corps masculin, les mitochondries sont la principale centrale énergétique dans le processus de maturation des cellules spermatogènes et fournissent également de l’énergie aux spermatozoïdes après l’éjaculation. Par conséquent, lorsque le stress oxydatif se produit chez les hommes obèses, les mitochondries du sperme peuvent être fortement endommagées. Les spermatozoïdes sont sensibles au stress oxydatif et n’ont pas la capacité de réparer les dommages. Un régime riche en graisses induit un stress oxydatif chez les rats obèses, ce qui endommage la membrane mitochondriale du sperme et affecte la fonction mitochondriale. Egwurugwu et al. ont conclu que le sulfate de zinc avait des effets positifs significatifs sur les androgènes et la qualité du sperme à des doses physiologiques. Cependant, il était nocif à des doses plus élevées.
ARG2 est connu pour se localiser dans les mitochondries . Il joue également un rôle crucial dans la production d’ornithine, qui est un précurseur de la proline, de l’hydroxyproline et de la polyamine, et qui est essentiel à la prolifération cellulaire. L’obésité et ses maladies associées sont caractérisées par de faibles niveaux d’inflammation chronique . L’ARG2 favorise les réponses pro-inflammatoires dans les macrophages et contribue aux signes d’athérosclérose et à la résistance à l’insuline liée à l’obésité. Nous pensons que l’obésité précoce peut conduire à une régulation positive de l’arginase, ce qui entraîne des modifications systémiques de l’arginase et des métabolites de l’arginine. La régulation positive de l’ARG2 dans le groupe obèse peut être associée à la prolifération cellulaire et à l’inflammation chronique causée par l’obésité. L’arginase améliore les anomalies lipidiques hépatiques et systémiques induites par l’obésité en inhibant l’activation des voies impliquées dans le métabolisme des triglycérides hépatiques et la fonction mitochondriale .
Parmi ces protéines, la COX5B en particulier est d’un grand intérêt et liée à la fonction mitochondriale et à la production d’énergie cellulaire . La cytochrome oxydase (COX, complexe IV) est une enzyme de la chaîne de transport d’électrons mitochondriale qui réside dans la membrane interne de la mitochondrie. Son activité est nécessaire pour générer la force motrice des protons qui entraîne la synthèse de l’ATP en aval. C’est l’une des trois isoformes mitochondriales de la cytochrome oxydase, c’est-à-dire le complexe IV de la chaîne respiratoire mitochondriale. La COX5B est impliquée dans l’étape finale de la phosphorylation oxydative, avec la production de H2O, et le maintien du gradient électrochimique nécessaire à la production d’ATP. Ainsi, la réduction des niveaux d’ARG2 et de COX5B chez les rats traités au sulfate de zinc peut suggérer un effet induit par le zinc sur la fertilité des rats obèses, en particulier sur la régénération testiculaire, la spermatogenèse et la motilité des spermatozoïdes.
Certaines protéines différentiellement exprimées identifiées dans cette étude sont impliquées dans le processus de transport du zinc. Par exemple, Elgazar et al ont constaté que ZnT1 est présente dans la membrane plasmique et le cytoplasme des cellules de soutien. Des études ont montré que Znt1 joue un rôle important dans l’homéostasie du zinc chez les souris adultes . Le facteur de transcription 1 sensible aux métaux (MTF-1) joue un rôle dans la coordination des réponses cellulaires à l’homéostasie des métaux et au stress oxydatif. Le MTF-1 est un facteur de transcription dépendant du zinc qui stimule les gènes de la métallothionéine et du transporteur de zinc-1 (ZNT-1) lorsque la concentration de zinc augmente. Foster et al. ont montré que l’expression relative de l’ARNm du transporteur de zinc était très variable. ZnT1 est le plus abondant dans le testicule, et il a des interactions dans le transport du zinc à travers la membrane plasmique. Noh et al. ont signalé que les niveaux d’ARNm de ZnT1 étaient légèrement élevés chez les femmes obèses, et que les modifications du transporteur de zinc peuvent également être associées à des états inflammatoires liés à l’obésité.
Le Ly1 antibody reactive homolog (LYAR) a été décrit pour la première fois par Su et al. en tant qu’ADNc codant pour une protéine à doigt de zinc isolée de la lignée de leucémie à cellules T de souris . Le gène Lyar, dont on sait qu’il est exprimé en abondance dans le testicule, code une protéine nucléolaire qui contient un motif en doigt de zinc C2HC de type LYAR et trois signaux de localisation nucléaire. Lee et al. ont découvert que la protéine LYAR était présente dans les spermatocytes et les spermatides, mais pas dans les spermatozoïdes. Cependant, nous avons détecté l’expression de LYAR dans les spermatozoïdes, et son expression a diminué dans les spermatozoïdes des rats obèses et augmenté dans les groupes traités au ZnSO4. LYAR est identifié comme étant associé aux ribosomes cytoplasmiques dans les cellules germinales et cancéreuses mâles et est impliqué dans le traitement de l’ARN pré-ribosomal dans le noyau. LYAR est un modulateur de l’une des deux étapes fondamentales de l’initiation de la traduction dans les cellules germinales mâles de mammifères et dans certains types de tumeurs. LYAR supprime considérablement la transcription des gènes du stress oxydatif, notamment SLC7A11, HMOX1 et CHAC1. L’oncoprotéine Myc augmente l’expression de LYAR en activant la transcription de son gène, et l’augmentation de LYAR, à son tour, protège les cellules cancéreuses contre l’apoptose médiée par le stress oxydatif en réduisant l’expression du gène CHAC1 .
La protéine transmembranaire 165 (TM165) est une protéine transmembranaire du Golgi , et sa déficience provoque un trouble congénital de la glycosylation. TM165 est à la fois transcriptionnellement et translationnellement surexprimée dans le carcinome hépatocellulaire et associée à la capacité invasive du carcinome hépatocellulaire . Cependant, les données obtenues dans une étude récente donnent plusieurs indications de leur implication dans l’homéostasie du calcium et du manganèse . TM165 fournit du Ca2+ et du Mn2+ au complexe de Golgi en échange de H+ pour soutenir les fonctions de la lactose synthase et potentiellement d’autres glycosyltransférases. La protéine humaine du Golgi TM165 peut transporter le calcium et le manganèse dans les cellules de levure et de bactérie. Notre étude a révélé que l’expression de TM165 chez les rats obèses a diminué et augmenté après la supplémentation en zinc, ce qui suggère que TM165 a augmenté après la supplémentation en zinc.
5. Conclusions
En conclusion, les résultats de cette étude fournissent des preuves que le ZnSO4 peut améliorer les niveaux d’hormones, la régénération testiculaire et la fertilité. L’analyse protéomique montre en outre que le ZnSO4 peut améliorer la fertilité des rats mâles obèses en régulant l’expression des protéines liées au métabolisme, à l’inflammation, à la maturation des spermatozoïdes et à d’autres interactions.
Data Availability
Les données utilisées pour étayer les conclusions de cette étude sont disponibles sur demande.
Disclosure
L’agence de financement n’a joué aucun rôle dans la conception de l’étude, la collecte et l’analyse des données, la décision de publier ou la préparation du manuscrit.
Conflits d’intérêts
Les auteurs déclarent qu’il n’y a pas de conflit d’intérêts concernant la publication de cet article.
Remerciements
Cette étude a été soutenue par le projet de formation d’excellents talents en médecine clinique et de recherche fondamentale financé par le gouvernement provincial du Hebei (subvention n° 20170183).