Dialog(e) für Fertilität: Untersuchungen zur Aufklärung von Spermien-Eileiter-Interaktionen und deren Bedeutung für die künstliche Besamung beim Milchrind

• Antragstellerin: Professorin Dr. Jennifer Schön
• Fachliche Zuordnung: Tierzucht, Tierernährung, Tierhaltung ; Biochemie und Physiologie der Tiere ; Reproduktionsmedizin, Urologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406942793

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Eileiter sind zentrale Fortpflanzungsorgane, in denen die Endausreifung der Keimzellen, die Befruchtung und die frühe Embryonalentwicklung stattfinden. Vor der Befruchtung binden männliche Keimzellen an Epithelzellen, die die Innenwand des uterusnahen Teils des Eileiters, den Isthmus, auskleiden. Die Epithelzellen bilden ein „Reservoir“, in dem die Keimzellen heranreifen, selektiert, gelagert und freigesetzt werden, um zum Zeitpunkt des Eisprungs eine optimale Anzahl fruchtbarer Spermien bereitzustellen. Die molekularen Mechanismen der Spermienspeicherung und Freisetzung im Eileiter des Rindes sind weitgehend unbekannt. Daher hatte das deutsch-französische DIALOG-Projekt zum Ziel 1) das Proteom der bovinen Eileiterflüssigkeit in räumlich-zeitlicher Auflösung zu charakterisieren; 2) Zellkulturmodelle zu entwickeln, die mechanistische Studien im Spermienreservoir ermöglichen; 3) die Interaktionen zwischen Spermien und Epithel sowie zwischen Spermien und Eileiterflüssigkeit zu beschreiben; 4) die Mechanismen der Interaktionen zwischen Spermien und dem Eileiterepithel zu entschlüsseln. Die Analyse der Eileiterflüssigkeit durch die französischen Projektpartner resultierte in dem umfassendsten bisher veröffentlichten Proteom aus dem Säugetier-Eileiter und zeigte, dass die anatomische Region, die Nähe des Eileiters zum Eierstock, auf dem der Eisprung stattfindet, sowie das Zyklusstadium die Proteinzusammensetzung der Eileiterflüssigkeit beeinflussen. Darüber hinaus wurden Proteine innerhalb der Eileiterflüssigkeit identifiziert, die mit Spermien interagieren. Die Arbeitsgruppen etablierten kompartimentierte Air-Liquid-Interface- und 3D Sphäroid-Modelle aus verschiedenen Regionen des Eileiters, die die Simulation von verschiedenen Zyklusphasen und Spermienbindungsstudien in vitro ermöglichten. Es konnte weiterhin ein Protokoll für die Proteom-Analyse von Proben entwickelt werden, die mittels Laser-Mikrodissektion aus fixiertem, in Paraffin eingebettetem Eileiterepithelgewebe gewonnen wurden. Mit diesem Ansatz wurden Kandidatenproteine für die Bindung von Spermien an das Reservoir im Isthmus identifiziert. Die Ergebnisse deuten auf ein konzertiertes Zusammenspiel zwischen spermieninteragierenden Proteinen in der Eileiterflüssigkeit und auf den Epithelzellen hin. Das DIALOG-Projekt hat neue Erkenntnisse über den komplexen, dynamischen Aufbau des Spermienreservoirs beim Rind erbracht. Die in der Förderperiode etablierten Modelle und Methoden bilden die Grundlage für weiterführende, vergleichende Untersuchungen des Spermienreservoirs bei Arten mit unterschiedlichen Fortpflanzungsstrategien, die künftig dazu beitragen sollen, die Fruchtbarkeit bei Haus- und Nutztieren zu verbessern und die Arterhaltung bei Wildtieren zu unterstützen.

Link zum Abschlussbericht

https://doi.org/10.4126/FRL01-006511250

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Air‐liquid interface cell culture: From airway epithelium to the female reproductive tract. Reproduction in Domestic Animals, 54(S3), 38-45.
  Chen, Shuai & Schoen, Jennifer
  
• Composing the Early Embryonic Microenvironment: Physiology and Regulation of Oviductal Secretions. International Journal of Molecular Sciences, 21(1), 223.
  Saint-Dizier, Marie; Schoen, Jennifer; Chen, Shuai; Banliat, Charles & Mermillod, Pascal
  
• Sperm interactions with the female reproductive tract: A key for successful fertilization in mammals. Molecular and Cellular Endocrinology, 516, 110956.
  Saint-Dizier, Marie; Mahé, Coline; Reynaud, Karine; Tsikis, Guillaume; Mermillod, Pascal & Druart, Xavier
  
• Sperm migration, selection, survival, and fertilizing ability in the mammalian oviduct. Biology of Reproduction, 105(2), 317-331.
  Mahé, Coline; Zlotkowska, Aleksandra Maria; Reynaud, Karine; Tsikis, Guillaume; Mermillod, Pascal; Druart, Xavier; Schoen, Jennifer & Saint-Dizier, Marie
  
• Using the Air–Liquid Interface Approach to Foster Apical–Basal Polarization of Mammalian Female Reproductive Tract Epithelia In Vitro. Methods in Molecular Biology, 251-262. Springer US.
  Chen, Shuai & Schoen, Jennifer
  
• Air-liquid interface models of the oviduct epithelium: advances, applications, and challenges. ICAR, Bologna, Italy.
  Schoen, J. & Chen, S.
  
• Role of secreted proteins and heparan sulfate on sperm binding to oviduct epithelial cells in cattle. AETE, Utrecht, Netherlands.
  Mahé, C.
  
• Spatiotemporal profiling of the bovine oviduct fluid proteome around the time of ovulation. Scientific Reports, 12(1).
  Mahé, Coline; Lavigne, Régis; Com, Emmanuelle; Pineau, Charles; Locatelli, Yann; Zlotkowska, Aleksandra Maria; Almiñana, Carmen; Tsikis, Guillaume; Mermillod, Pascal; Schoen, Jennifer & Saint-Dizier, Marie
  
• Spatiotemporal regulation of sperm-interacting proteins in the bovine oviduct fluid around the time of ovulation. ICAR, Bologna, Italy
  Mahé, C.
  
• The proteomic landscape of the oviduct fluid around the time of fertilization in cattle. ICAR, Bologna, Italy
  Mahé, C.
  
• Modelling the oviduct epithelium in vitro: oxygen level and media regime influence functional parameters of oviduct epithelial cells cultured at the air-liquid interface. DVR congress, Bonn, Germany.
  Huo, J.
  
• Sperm-fluid-cell interplays in the bovine oviduct: glycosaminoglycans modulate sperm binding to the isthmic reservoir. Scientific Reports, 13(1).
  Mahé, Coline; Pranomphon, Thanya; Reynaud, Karine; Laffont, Ludivine; Meylheuc, Thierry; Schoen, Jennifer; Mermillod, Pascal & Saint-Dizier, Marie
  
• The sperm-interacting proteome in the bovine isthmus and ampulla during the periovulatory period. Journal of Animal Science and Biotechnology, 14(1).
  Mahé, Coline; Lavigne, Régis; Com, Emmanuelle; Pineau, Charles; Zlotkowska, Aleksandra Maria; Tsikis, Guillaume; Mermillod, Pascal; Schoen, Jennifer & Saint-Dizier, Marie
  
• Oxygen levels affect oviduct epithelium functions in air–liquid interface culture. Histochemistry and Cell Biology, 161(6), 521-537.
  Huo, Jianchao; Mówińska, Aleksandra Maria; Eren, Ali Necmi; Schoen, Jennifer & Chen, Shuai