Analysis of the activity of new genes controlling spermatogenesis based on the model of multiple knockout mice

Niepłodność stanowi poważny problem w kontekście globalnym. Oficjalne dane, opublikowane przez Światową Organizację Zdrowia (WHO, ang. World Health Organization) ujawniają iż 15% par na całym świecie boryka się z problemami posiadania potomstwa. Jednymi z głównych czynników powodujący patologie w procesach związanych z płodnością są czynniki genetyczne. Naukowcy z Uniwersytetu Georga-Augusta w Getyndze, przy pomocy techniki nokautu genowego, stworzyli linie mysie z wielokrotnym nokautem, od 1 do 6 genów (1KO – 6KO, KO ang. Knock-out). Kumulatywny efekt sześciokrotnego nokautu ujawnił się pod postacią bezpłodności około 20% samców. Myszy z lini KO stanowią więc odpowiedni model do badań podłoża genetycznego problemów z posiadaniem potomstwa. Następnym etapem badań związanych z płodnością było porównanie transkryptomu jąder myszy z 5 wyłączonymi genami z transkryptomem jąder myszy bezpłodnych z linii 6KO. Wynik tych analiz ujawnił zmiany ekspresji 55 innych genów przez co uznano je za potencjalnych kandydatów odpowiedzialnych za problemy związane z wytwarzaniem gamet u samców. W niniejszej pracy przeanalizowano profil ekspresji 3 genów z 55 ze zmienioną ekspresją w wyniku kumulatywnego nokautu. Geny te to: Foxo3, Antxrl oraz Klb. Prześledzono ich profil ekspresji w poszczególnych tkankach, stadiach spermatogenezy oraz komórkach Leydiga i Sertoliego. Dodatkowo wykonano analizę jakościową białka kodowanego przez Foxo3 w poszczególnych tkankach oraz jądrach myszy z linii 1KO – 6KO. Wyniki istotne statystycznie zauważono w przypadku ekspresji genu Foxo3 w tkankach: różnice w ekspresji między mózgiem i sercem oraz w przypadku stadiów spermatogenezy: między 5 i 22 dniem rozwoju gonad mysich oraz 18 i 22 dniem. Dodatkowo wykazano różnice w ekspresji genu Klb w komórkach Leydiga i ogółu jądra. Analiza jakościowa białka FOXO3 wykazała jego ekspresję w jądrach i w sercu, a analiza jakościowa i ilościowa w liniach KO częściowo potwierdziła wcześniejsze badania ekspresji genu Foxo3 w liniach myszy z nokautami genów. Ekspresja genu Foxo3 w tkankach wykazała najwyższą wartość w sercu co można wytłumaczyć tym iż produkt tego genu bierze czynny udział w ochronie kardiomiocytów przed wolnymi rodnikami.

Infertility nowadays is a serious problem in a global context. Official data, published by the World Health Organization, reveals that 15% of couples around the world are struggling from infertility. One of the main factors causing pathologies in fertility processes are genetic factors. Researchers from the Georg-August University in Göttingen, using the gene knockout technique, created mice with multiple knockout from 1 to 6 genes (1KO - 6KO, KO - Knock-out). The cumulative effect of the six-folded knockout revealed in the infertility of 20% males. Mice from the KO line are therefore an appropriate model for studying the genetic background of problems with having offspring. The next stage of those studies was to compare the transcriptome of mouse testes with 5 disabled genes with the transcriptome of testes from 6KO sterile mice. The result of these analyzes showed changes in the expression of 55 other genes, which were considered to be potential candidates, responsible for problems related to the production of germ cells in males. In this study, the expression profile of 3 genes from 55 with altered expression was analyzed. These genes are: Foxo3, Antxrl and Klb. Their expression profile was created in different tissues, stages of spermatogenesis and Leydig and Sertoli cells. In addition, a qualitative analysis of the protein encoded by Foxo3 in different tissues and testes of mice from the 1KO - 6KO line was performed. Significantly statistical results were observed in the case of Foxo3 gene expression in tissues: differences in expression between the brain and the heart, and in the case of spermatogenesis stages: between the 5th and the 22th day of development of gonads and on days 18 and 22. In addition, there were differences in the expression of the Klb gene in Leydig cells and in the total testis. Qualitative analysis of the FOXO3 protein showed expression only in the testes. Qualitative and quantitative analysis in the KO lines partially confirmed earlier studies of Foxo3 gene expression in the lines of mice with gene knockouts. Expression of the Foxo3 gene in tissues showed the highest value in the heart, which can be explained by the fact that the product of this gene is an active participant in the protection of cardiomyocytes against ROS.