AKAP3の欠損はマウス精子の細胞内構造とプロテオームの完全性を破壊し、雄性不妊の原因となる

Lack of AKAP3 disrupts integrity of the subcellular structure and proteome of mouse sperm and causes male sterility.

• Kaibiao Xu
• Lele Yang
• Lan Zhang
• Huayu Qi

抄録

精子の正しい形態形成と維持は、精子の機能にとって重要である。精子の細胞形態形成は減数分裂後の発生段階で起こるが、その制御機構についてはほとんど知られていない。本研究では、マウスの精子形成におけるA-キナーゼアンカータンパク質3（AKAP3）の役割を、マウス遺伝学とプロテオミクスの両方の手法を用いて調べた。その結果、AKAP3は精子べん毛の特異的な細胞構造の形成、精子の運動性、男性の受胎性に必須であることが明らかになった。さらに、AKAP3の欠損は、精子のプロテオームの全体的な変化や、成熟精子におけるRNA代謝・翻訳因子の蓄積やPKAサブユニットの変位を含む精子タンパク質の誤局在化を引き起こし、これがPKA活性の誤制御や精子の不活発化の原因となっている可能性があることが明らかになった。興味深いことに、両マウスおよびヌルマウスの完全な線維性シースを欠いた精子は、精巣上体の成熟期にF-アクチンフィラメントと形態学的欠陥を蓄積していた。これらの結果は、精子の細胞内構造が独立した経路で形成されている可能性を示唆しており、精子のプロテオームと精子の形態の調整された合成と組織化におけるAKAP3の役割を明らかにしている。

The development and maintenance of the correct morphology of sperm is important for their functions. Cellular morphogenesis of sperm occurs during the post-meiotic developmental stage; however, little is known about what coordinates this process. In the present study, we investigated the role of A-kinase anchoring protein 3 (AKAP3) during mouse spermiogenesis, using both mouse genetics and proteomics. It was found that AKAP3 is essential for the formation of the specific subcellular structure of the sperm flagellum, motility of sperm and male fertility. Additionally, lack of AKAP3 caused global changes of the sperm proteome and mislocalization of sperm proteins, including accumulation of RNA metabolism and translation factors and displacement of PKA subunits in mature sperm, which may underlie misregulated PKA activity and immotility in sperm. Interestingly, sperm lacking a complete fibrous sheath from both and null mice accumulated F-actin filaments and morphological defects during post-testicular maturation in the epididymis. These results suggest that the subcellular structures of sperm could be formed via independent pathways, and elucidate the roles of AKAP3 during the coordinated synthesis and organization of the sperm proteome and sperm morphology.

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