Rola fotoperiodu w regulacji szlaku sygnałowego Notch w gonadzie męskiej nornicy rudej

Szlak sygnałowy Notch uczestniczy w kontroli wielu procesów biologicznych, m.in. w regulacji procesu spermatogenezy zachodzącego w męskiej gonadzie gryzoni. Nornica ruda jest gryzoniem, którego rozród kontrolowany jest sezonowymi warunkami oświetlenia. Celem niniejszej pracy było wykazanie ekspresji komponentów szlaku sygnałowego Notch w gonadzie męskiej nornicy rudej oraz scharakteryzowanie wpływu fotoperiodu na poziom ekspresji tych białek. Materiał doświadczalny stanowiły tkanki jąder dojrzałych 70-dniowych samców nornicy rudej hodowanych w warunkach długiego (16 godzin światła i 8 godzin ciemności) lub krótkiego (16 godzin ciemności i 8 godzin światła) fotoperiodu. Barwienie hematoksylina-eozyna wykorzystano w celu uwidocznienia ogólnej struktury gonady męskiej obu grup samców. Lokalizację receptorów Notch1, Notch2, liganda DLL4 oraz białek efektorowych HES5 i HEY1 w jądrach samców długiego i krótkiego dnia zbadano za pomocą barwienia immunohistochemicznego. W celu określenia względnego poziomu ekspresji tych białek wykorzystano analizę Western blot. Analiza histologiczna jąder nornic hodowlanych w warunkach długiego fotoperiodu wykazała prawidłową morfologię kanalików plemnikotwórczych charakterystyczną dla dojrzałych samców, natomiast u samców dnia krótkiego stwierdzono osłabienie spermatogenezy. Analiza immunohistochemiczna wykazała obecność białek Notch1, Notch2, DLL4, HES5 oraz HEY1 zarówno w kanaliku plemnikotwórczym jak i w tkance interstycjalnej. Hodowla samców w różnych warunkach oświetlenia związana była ze zróżnicowaną ekspresją komponentów szlaku Notch w poszczególnych typach komórek. U samców dnia krótkiego zaobserwowano wyraźnie wyższą ekspresję receptorów Notch1, Notch2 oraz białka HES5 (*P<0,05) w porównaniu do samców dnia długiego. Poziom ekspresji HEY1 był natomiast wyższy u nornic długiego dnia (*P<0,05). Nie zaobserwowano natomiast istotnych różnic w ekspresji liganda DLL4 u samców długiego i krótkiego dnia. Podsumowując, wybrane komponenty szlaku sygnałowego Notch zostały zlokalizowane w jądrze nornic hodowanych w warunkach długiego i krótkiego dnia. Wyższy poziom ekspresji Notch1, Notch2, HES5 u samców dnia krótkiego, charakteryzujących się osłabieniem aktywności rozrodczej, sugeruje, że szlak Notch uczestniczy w regulacji aktywności gonady męskiej u gryzoni o rozrodzie sezonowym.

The Notch signaling pathway participates in the control of many biological processes, including in the regulation of the spermatogenesis process occurring in the male rodent gonad. The bank vole is a rodent whose reproduction is controlled by seasonal light conditions. The aim of this study was to demonstrate the expression of Notch signaling pathway components in bank vole testis and to characterize the effect of photoperiod on the expression levels of these proteins. Experiments were performed on testicular tissue of mature 70-day-old bank voles kept under long (16 hours light and 8 hours dark) or short (16 hours dark and 8 hours light) photoperiod. Hematoxylin-eosin staining was used to visualize structure of both groups of males. The localization of the Notch1, Notch2 receptors, DLL4 ligand and effector proteins HES5 and HEY1 in the testes of the long- and short-day voles was examined by immunohistochemical staining. To determine the relative expression levels of these proteins, Western blot analysis was used. Histological analysis of testicular tissue of long-day voles showed the normal morphology of seminiferous epithelium typical for mature males, whereas in short-day males there was a reduction of spermatogenesis. Immunohistochemical analysis revealed the presence of Notch1, Notch2, DLL4, HES5 and HEY1 proteins both in the seminiferous epithelium and in the interstitial tissue. Breeding males under different light conditions was related to the diverse expression of Notch pathway components in particular cell types. In the short-day males significantly higher expression of Notch1, Notch2 and HES5 proteins (* P <0.05) was observed compared to the long-day males. In contrast, HEY1 expression level was higher in long-day bank voles (* P <0.05). No significant differences were observed in the expression of DLL4 ligand in long- and short-day males. In summary, selected components of the Notch signaling pathway were localized in the testis of bank voles. Pattern and level of the expression of these proteins were dependent on the length of the photoperiod. Higher expression of Notch1, Notch2, and HES5 in the testes of short-day males (characterized by reduced reproductive activity), suggests that the Notch pathway is involved in the regulation of gonadal activity in seasonally breeding rodents.