研究發現睾丸變暖導致精子形成失敗

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大多數哺乳動物的睾丸在陰囊中被冷卻,睾丸溫度升高會導致精子形成失敗和男性不育。由日本國家基礎生物學研究所的Shosei Yoshida領導的一個研究小組利用器官培養物詳細說明了這一過程,另外還發現精子形成在多個步驟中以一種微妙的溫度依賴方式受到損害。

研究發現睾丸變暖導致精子形成失敗-第1张图片-頭條新聞網

儘管精子形成在34°C(陰囊溫度)下完成,但升溫至37-38°C(腹部溫度)會嚴重影響減數分裂--將同源染色體分離成單倍體精子的過程,並且受損細胞會發生細胞死亡。這項研究證明了器官培養的實用性,它將推動精子發生過程中熱脆弱性的研究。

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許多研究已經通過使用動物模型提高睾丸溫度來研究精子形成的熱損傷,如通過手術將睾丸移到腹部。然而在這些實驗中無法控制實際的睾丸溫度。此外,還無法排除睾丸外因素的影響,像內分泌和神經系統。

為了克服這些限制,該研究小組利用了在培養箱中支持完整精子形成的睾丸器官培養環境,該環境由橫濱市立大學的Takehiko Ogawa及其同事開發。通過在不同溫度下培養小鼠睾丸,研究人員發現精子形成在多個步驟(如減數分裂的進展及單倍體細胞的生成和轉化)中出現失敗,在30°C和40°C之間則顯示出鮮明的溫度依賴性。

“我們沒有想到,這種眾所周知的現像是由多種溫度依賴性事件組成的微妙組合。這一發現只能通過器官培養系統來實現,”Yoshida說道。

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該小組進一步發現,減數分裂即同源染色體分離成單倍體精子的過程在37-38℃時受到嚴重影響。具體來說,DNA雙鏈斷裂的修復和同源染色體的配對這些都是正常染色體分離的必要條件,它們都受到了影響。受損的細胞則通過監視機製或檢查點進行細胞死亡。這項研究的主要貢獻者Kodai Hirano表示:“令人驚訝的是,在正常的身體核心溫度下,減數分裂等基本過程非常容易受損。通過陰囊和檢查點的綜合功能,只有在低溫下發育的精子才能使卵子受精進而生成下一代。未來研究的關鍵問題將包括熱敏感性的分子機制和低溫在精子生產中的生物學意義。”

這項研究已發表在《Communications Biology》上。

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