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キナーゼアンカー蛋白質4は男性生殖細胞の酸化誘導に弱い
A Kinase Anchor Protein 4 Is Vulnerable to Oxidative Adduction in Male Germ Cells.
PMID: 31921838 PMCID: PMC6933317. DOI: 10.3389/fcell.2019.00319.
抄録
酸化ストレスは、男性不妊に関連した精子機能不全の主要な原因物質である。このようなストレスは、脂質過酸化の結果として生成される求電子性アルデヒドである4-ヒドロキシノネナール（4HNE）の病理学的レベルの蓄積を介して一般的に現れます。この非常に反応性の高い脂質アルデヒドは、生体分子と安定な付加体を形成する傾向があるため、細胞毒性病変のスペクトルを誘発する。しかしながら、精子プロテオームのすべての要素が4HNE修飾に対して同等の脆弱性を示すわけではなく、現在までに同定されている標的の数は少ない。精子の運動性や容量を支えるシグナル伝達や代謝経路を調節する役割を担う精子繊維状鞘の主要な構成要素であるA-キナーゼアンカータンパク質4（AKAP4）が、4HNE誘導の標的の一つであることを明らかにした。我々のデータは、前駆体（プロAKAP4）と成熟型AKAP4の両方が、減数分裂後の男性生殖細胞（円形精子嚢）の初代培養物および成熟マウスおよびヒト精子嚢において、4HNEの誘導の保存された標的であることを確認した。我々はさらに、円形精子と成熟精子の4HNE処理は、proAKAP4とAKAP4タンパク質の両方のレベルの大幅な減少につながることを実証しています。この反応は、タンパク質分解の薬理学的阻害には難治性であることが証明されたが、タンパク質の凝集の程度の明らかな増加と一致した。さらに、4HNEを介したタンパク質の分解および/または凝集は、成熟したヒト精子において、おそらくAKAP4足場の周りに組み立てられたシグナル伝達フレームワークの調節障害に起因して、容量化に関連するリン酸化のレベルが低下していることを示しています。これらの知見は、AKAP4が4HNEに対する病態生理学的反応において重要な役割を果たしていることを示唆しており、精子の質のバイオマーカーとしてのAKAP4の重要性を強化し、精子の機能障害を緩和するための効果的な抗酸化剤ベースの介入戦略を設計するための原動力を提供している。
Oxidative stress is a leading causative agent in the defective sperm function associated with male infertility. Such stress commonly manifests via the accumulation of pathological levels of the electrophilic aldehyde, 4-hydroxynonenal (4HNE), generated as a result of lipid peroxidation. This highly reactive lipid aldehyde elicits a spectrum of cytotoxic lesions owing to its propensity to form stable adducts with biomolecules. Notably however, not all elements of the sperm proteome appear to display an equivalent vulnerability to 4HNE modification, with only a small number of putative targets having been identified to date. Here, we validate one such target of 4HNE adduction, A-Kinase Anchor Protein 4 (AKAP4); a major component of the sperm fibrous sheath responsible for regulating the signal transduction and metabolic pathways that support sperm motility and capacitation. Our data confirm that both the precursor (proAKAP4), and mature form of AKAP4, are conserved targets of 4HNE adduction in primary cultures of post-meiotic male germ cells (round spermatids) and in mature mouse and human spermatozoa. We further demonstrate that 4HNE treatment of round spermatids and mature spermatozoa results in a substantial reduction in the levels of both proAKAP4 and AKAP4 proteins. This response proved refractory to pharmacological inhibition of proteolysis, but coincided with an apparent increase in the degree of protein aggregation. Further, we demonstrate that 4HNE-mediated protein degradation and/or aggregation culminates in reduced levels of capacitation-associated phosphorylation in mature human spermatozoa, possibly due to dysregulation of the signaling framework assembled around the AKAP4 scaffold. Together, these findings suggest that AKAP4 plays an important role in the pathophysiological responses to 4HNE, thus strengthening the importance of AKAP4 as a biomarker of sperm quality, and providing the impetus for the design of an efficacious antioxidant-based intervention strategy to alleviate sperm dysfunction.
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