Terapeutický vliv Sertoliho buněk na účinky oxidačního stresu u germinálních buněk.

• Název práce v češtině: Terapeutický vliv Sertoliho buněk na účinky oxidačního stresu u germinálních buněk.
• Název v anglickém jazyce: Therapeutic influence of Sertoli cells on the effects of oxidative stress in germ cells.
• Klíčová slova: Sertoliho buňky, spematogeneze, zánět, 3D kultivace
• Klíčová slova anglicky: Sertoli cells, spermatogenesis, inflammation, 3D cultivation
• Akademický rok vypsání: 2023/2024
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra buněčné biologie (31-151)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Tereza Tlapáková, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem
• Datum přihlášení: 02.10.2023
• Datum zadání: 04.10.2023

Zásady pro vypracování

B00744 Vývojová a experimentální morfologie, buněčná terapie
MPGS0054 Strategie grantové aplikace
MB150P13 Regulační mechanismy imunity

Seznam odborné literatury

Agarwal A, Parekh N, Panner Selvam MK, et al. (2019). Male Oxidative Stress Infertility (MOSI): Proposed Terminology and Clinical Practice Guidelines for Management of Idiopathic Male Infertility. World J Mens Health. 37:296-312.
Boucheron, C., Baxendale, V. (2012). Isolation and purification of murine male germ cells. Methods Mol. Biol. 825, 59-66.
Brugh, V.M., Lipshultz, L.I. (2004). Male factor infertility: Evaluation and management. Med. Clin. North Am. 88, 367-385.
Cannarella, R., Condorelli, R.A., Mongioì, L.M., La Vignera, S., Calogero, A.E. (2020). Molecular Biology of Spermatogenesis: Novel Targets of Apparently Idiopathic Male Infertility. Int. J. Mol. Sci. 21, 1728.
Cassina, A., Silveira, P., Cantu, L., Montes, J.M., Radi, R., Sapiro, R. (2015). Defective Human Sperm Cells Are Associated with Mitochondrial Dysfunction and Oxidant Production1. Biol. Reprod. 93, 119.
França, L.R., Hess, R.A., Dufour, J.M., Hofmann, M.C., Griswold, M.D. (2016). The Sertoli cell: one hundred fifty years of beauty and plasticity. Andrology 4, 189-212.
Gong, D., Zhang, C., Li, T., Zhang, J., Zhang, N., Tao, Z., Zhu, W., Sun, X. (2017). Are Sertoli cells a kind of mesenchymal stem cells? Am. J. Transl. Res. 9, 1067-1074.
Hellstrom, W.J., Schachter, J., Sweet, R.L., McClure, R.D. (1987). Is there a role for Chlamydia trachomatis and genital mycoplasma in male infertility? Fertil Steril. 48, 337-339.
Kaur, G., Thompson, L.A., Dufour, J.M. (2014). Sertoli cells-Immunological sentinels of spermatogenesis. Semin Cell Dev Biol. 30, 36-44.
Koppers, A.J., De Iuliis, G.N., Finnie, J.M., McLaughlin, E.A., Aitken, R.J. (2008). Significance of Mitochondrial Reactive Oxygen Species in the Generation of Oxidative Stress in Spermatozoa. J. Clin. Endocrinol. Metab. 93, 3199-3207.
Kumar, N., Singh, A. (2015). Trends of male factor infertility, an important cause of infertility: A review of literature. J. Hum. Reprod. Sci. 8, 191-196.
Ritchie C, Ko EY. (2020). Oxidative stress in the pathophysiology of male infertility. Andrologia. e13581.
Sabeti, P., Pourmasumi, S., Rahiminia, T., Akyash, F., Talebi, A.R. (2016). Etiologies of sperm oxidative stress. Int. J. Reprod. Biomed. 14, 231-240.
Stukenborg, J.B., Schlatt, S., Simoni, M., Yeung, C.H., Elhija, M.A., Luetjens, C.M., Huleihel, M., Wistuba, J. (2009) New horizons for in vitro spermatogenesis? An update on novel three dimensional culture systems as tools for meiotic and postmeiotic differentiation of testicular germ cells. Mol. Hum. Reprod. 15, 521-529.
Tarulli, G.A., Stanton, P.G., Meachem, S.J. (2012). Is the Adult Sertoli Cell Terminally Differentiated? Biol. Reprod. 87,13-11.
Wu, S., Yan, M., Ge, R., Cheng, C.Y. (2020). Crosstalk between Sertoli and Germ Cells in Male Fertility. Trends Mol. Med. 26, 215-231.
Yokonishi, T., Sato, T., Katagiri, K., Komeya, M., Kubota, Y., Ogawa, T. (2013) In Vitro Reconstruction of Mouse Seminiferous Tubules Supporting Germ Cell Differentiation. Biol Reprod. 89, 15.

Předběžná náplň práce

Neplodnost a poruchy plodnosti jsou v současné době velmi diskutovaným problémem. Postihují 8–12 % párů po celém světě, z čehož je přibližně 40–50 % způsobeno problémy na straně muže, a to zejména neschopností produkovat dostatečné množství zdravých spermií. Výzkumy potvrdily klíčovou roli oxidačního stresu v etiologii mužské neplodnosti, neboť 30–80 % neplodných mužů má zvýšené hladiny reaktivních forem kyslíku (ROS) v seminální tekutině. Fyziologické množství ROS je pro správnou spermatogenezi nezbytné. ROS hrají důležitou roli například v signální transdukci nebo maturaci spermií. Pokud však dojde k jejich nárůstu nad fyziologickou hranici, mohou způsobit poškození linií germinálních buněk, narušit tak funkci spermií a tím nepříznivě ovlivnit plodnost. Bylo dokázáno, že některé typy infekcí mohou způsobit zvýšení hladiny ROS ve varlatech, zánět varlat a porušení hematotestikulární bariéry v semenotvorných kanálcích, což vede k aktivaci imunitního systému a poškození testikulární tkáně a germinálních buněk. Mezi tyto infekce patří epididymitida, orchitida, příušnice a některé sexuálně přenosné infekce (Chlamydia trachomatis, Mycoplasma genitalium, virus hepatitidy B). Následkem pak může být částečné nebo úplné zastavení spermatogeneze neboli sterilita.
V nedávném výzkumu bylo zjištěno, že Sertoliho buňky jsou schopné předávat mitochondrie poškozeným imunitním buňkám a tím ovlivňovat jejich přežití. Sertoliho buňky jsou vysoce specializované buňky lokalizované na bazální membráně semenotvorných kanálků varlat savců. Zastávají mnoho funkcí nezbytných pro správnou spermatogenezi a jejich správná organizace a vývoj je základem plodnosti. Sertoliho buňky poskytují mechanickou oporu, ochranu a výživu pro vyvíjející se germinální buňky a také tvoří hematotestikulární bariéru pomocí pevných spojů mezi sousedními buňkami a vytváří tak z varlat imunologicky privilegovaný orgán.
Cílem tohoto projektu bude zjistit, zda může transplantace Sertoliho buněk po vyvolání zánětu varlat zamezit apoptóze germinálních buněk poškozených oxidačním stresem a tím zachovat spermatogenezi. Dále bude sledováno, zda jsou Sertoliho buňky schopné transferu mitochondrií do poškozených germinálních buněk a tím eliminovat nežádoucí produkci ROS defektních mitochondrií. V další části se tento projekt bude zabývat vytvořením a charakterizací 3D organoidů varlat in vitro u člověka, které budou následně použity pro detailnější studium spermatogeneze a na výzkum možností obnovy mužské fertility po prodělaném zánětu varlat.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Infertility and fertility disorders are currently much-discussed issues. They affect 8-12 % of couples worldwide, of which approximately 40-50 % are caused by problems on the man's side, mainly the inability to produce enough healthy sperm. Research has confirmed the key role of oxidative stress in the etiology of male infertility, as 30-80 % of infertile men have elevated levels of reactive oxygen species (ROS) in their seminal fluid. A physiological amount of ROS is necessary for proper spermatogenesis. ROS plays an important role in, for example, signal transduction or sperm maturation. However, if they increase above the physiological limit, they can cause damage to the germ cell lines, thus disrupting the function of sperm and thereby adversely affecting fertility. It has been shown that some types of infections can cause an increase in testicular ROS levels, testicular inflammation, and disruption of the blood-testis barrier in the seminiferous tubules, leading to activation of the immune system and damage to testicular tissue and germ cells. These infections include epididymitis, orchitis, mumps, and some sexually transmitted infections (Chlamydia trachomatis, Mycoplasma genitalium, hepatitis B virus). The result can be a partial or complete cessation of spermatogenesis or sterility.
In recent research, Sertoli cells can transfer mitochondria to damaged immune cells and thereby influence their survival. Sertoli cells are highly specialized cells located on the basement membrane of the seminiferous tubules of mammalian testes. They perform many functions necessary for proper spermatogenesis, and their proper organization and development are the basis of fertility. Sertoli cells provide mechanical support, protection, and nutrition for the developing germ cells and also form the blood-testicular barrier through tight junctions between neighbouring cells, making the testis an immunologically privileged organ.
This project will aim to find out whether the transplantation of Sertoli cells after inducing testicular inflammation can prevent the apoptosis of germ cells damaged by oxidative stress and thereby preserve spermatogenesis. Furthermore, it will be observed whether Sertoli cells are capable of transferring mitochondria to damaged germ cells and thereby eliminating the unwanted production of ROS by defective mitochondria. In the next part, this project will deal with the creation and characterization of 3D testicular organoids in vitro in humans, which will subsequently be used for a more detailed study of spermatogenesis and research into the possibilities of restoring male fertility after testicular inflammation.