雄牛精子のメタボロームフィンガープリンティングによる妊孕性関連代謝物の同定

Metabolomic fingerprinting of bull spermatozoa for identification of fertility signature metabolites.

• Kaustubh K Saraf
• Arumugam Kumaresan
• Mohua Dasgupta
• Gayathree Karthikkeyan
• Thottethodi Subrahmanya Keshava Prasad
• Prashant K Modi
• Kerekoppa Ramesha
• Sakthivel Jeyakumar
• Ayyasamy Manimaran

抄録

本研究の目的は、液体クロマトグラフィー質量分析法（LC-MS）を用いてウシ精子中の受胎関連代謝物を同定することであった。実験動物には、ホルスタインフリースの交雑種雄牛6頭（高受胎率雄牛3頭、低受胎率雄牛3頭）を用いた。精子蛋白質を単離し、蛋白質正規化したサンプルを代謝物抽出のために処理し、LC-MS/MS分析に供した。質量分析データは iMETQ ソフトウェアを用いて処理し、Human Metabolome DataBase を用いて代謝物を同定し、統計解析および経路解析には Metaboanalyst 4.0 ツールを用いました。雄牛精子中には、様々な化学クラスに属する合計 3,704 種類の代謝物が同定されました。外因性代謝物を選別した結果、両群に共通する代謝物が 56 種類、高精子群には 44 種類、低精子群には 35 種類の代謝物が検出されました。共通代謝物のうち、19 種類の代謝物の濃度は、高精子の方が低精子に比べて高精子の方が高濃度であった（倍数変化＞1.00）。予測スコアが1.5以上で重要度が変動する精子の代謝物には、次亜ウリン、d-システイン、セレノシスチンが含まれていました。また、スペルミンやl-システインなどの代謝物は、高受胎率精子に限って同定された。以上のことから、本研究はウシ精子の代謝プロファイルを確立し、高受胎率の雄牛精子と低受胎率の雄牛精子のメタボロームの違いを明らかにしました。精子の代謝産物のうち、ヒポタウリン、セレノシステイン、l-リンゴ酸、d-システイン、コンドロイチン4-硫酸は、受胎可能性に関連する代謝産物として認識される可能性があると考えられた。

The objective of the study was to identify the fertility-associated metabolites in bovine spermatozoa using liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS). Six Holstein Friesian crossbred bulls (three high-fertile and three low-fertile bulls) were the experimental animals. Sperm proteins were isolated and protein-normalized samples were processed for metabolite extraction and subjected to LC-MS/MS analysis. Mass spectrometry data were processed using iMETQ software and metabolites were identified using Human Metabolome DataBase while, Metaboanalyst 4.0 tool was used for statistical and pathway analysis. A total of 3,704 metabolites belonging to various chemical classes were identified in bull spermatozoa. After sorting out exogenous metabolites, 56 metabolites were observed common to both the groups while 44 and 35 metabolites were found unique to high- and low-fertile spermatozoa, respectively. Among the common metabolites, concentrations of 19 metabolites were higher in high-fertile compared to low-fertile spermatozoa (fold change > 1.00). Spermatozoa metabolites with variable importance in projections score of more than 1.5 included hypotaurine, d-cysteine, selenocystine. In addition, metabolites such as spermine and l-cysteine were identified exclusively in high-fertile spermatozoa. Collectively, the present study established the metabolic profile of bovine spermatozoa and identified the metabolomic differences between spermatozoa from high- and low-fertile bulls. Among the sperm metabolites, hypotaurine, selenocysteine, l-malic acid, d-cysteine, and chondroitin 4-sulfate hold the potential to be recognized as fertility-associated metabolites.

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