A Cat Problem: Characterization of Feline Spermatogonial Stem Cells

Abstract

De acordo com a Red List of Threatened Species da IUCN, 70% das espécies de felinos estão em risco de extinção, incluindo o lince ibérico (Lynx pardinus). Os contaminantes ambientais, a elevada percentagem de espermatozóides morfologicamente anormais (teratospermia) e por outro lado a morte prematura e caça ilegal são alguns dos factores que influenciam a fertilidade e reprodução. Numa tentativa de combater a situação, novas estratégias estão a ser desenvolvidas, nomeadamente a criopreservação de espermatozóides, o xenotransplante de tecido testicular e a mais promissora, o transplante de células espermatogoniais estaminais (SSC). Apesar de todo o empenho depositado no desenvolvimento de técnicas de reprodução assistida para a recuperação da fertilidade/variabilidade genética de felinos selvagens, há ainda alguns aspectos por clarificar relativamente à fisiologia básica da gametogénese masculina. De facto, nos felinos a célula estaminal/progenitora, capaz de sustentar uma espermatogénese contínua, não foi ainda claramente identificada, tanto morfologicamente quer bioquimicamente, facto que torna impossível o isolamento duma população pura de espermatogónias indiferenciadas para posterior transplante. Como tal o nosso objectivo geral para este trabalho era identificar, com um certo grau de confiança, a população de células estaminais espermatogoniais de gato. Para isso desenvolvemos várias metodologias para revelar estas células e a sua possível regulação por factores externos ao túbulo seminífero. Após testar em tecido testicular de gato doméstico uma longa lista de potenciais marcadores de células estaminais espermatogoniais observados noutras espécies, chegamos a três conclusões principais. Primeiro, a proteína PGP9.5 (protein gene product 9.5) é expressa em toda a população de células espermatogoniais, assim como em células em inicio de meiose (pre-leptotenos), o que impede a sua utilização como uma marcador de células espermatogoniais estaminais em animais adultos. Como segunda conclusão, a lectina DBA (Dolichos biflorus agglutinin) pode ser considerada um potencial marcador de células espermatogoniais estaminais no gato. As células marcadas com a lectina DBA localizam-se junto à membrana basal dos túbulos seminíferos, correspondem a uma pequena população de células espermatogoniais e encontram-se isoladas ou em clonas de 2 a 8 células, características também observadas noutras espécies. Finalmente e contrariamente ao observado noutras espécies, o nicho de células espermatogoniais estaminais no gato parece ser influenciado pelas células de Leydig. Como mensagem final deste trabalho podemos dizer que as células espermatogoniais estaminais de gato parecem apresentar algumas das características observadas nas suas congéneres de ratinho mas também compartilham características com as células espermatogoniais estaminais de outros mamíferos superiores.

According to the IUCN Red List of Threatened Species 70% of all felid species are at risk, including the Iberian lynx (Lynx pardinus). Environmental contaminants, presence of a high percentage of morphologically abnormal spermatozoa (teratospermia), premature death and poaching are some of the factors that compromise fertility and reproduction. In order to overcome these issues, some artificial reproduction techniques are being developed and tested, namely sperm cryopreservation, testicular tissue xenografting and the more promising spermatogonial stem cell (SSC) transplantation. Despite these developments in assisted reproduction techniques to recover fertility/genetic variability from rare felids, there are still a few gaps in terms of the basic physiology of male gametogenesis that need to be addressed. In fact, in felids the Stem/progenitor cells capable of supporting a sustained spermatogenesis have yet to be clearly identified, both morphologically and biochemically. This has made the purification of a testicular isolate containing only spermatogonial stem cells for posterior transplantation impossible. Therefore, our aim for this work was to identify, with a certain degree of confidence, the population of domestic cat spermatogonial stem cells. To guarantee this goal we applied different methodologies to reveal markers for these cells and their possible regulation by factors that are external to the seminiferous tubule. After testing, in domestic cat testis tissue, a long list of antibodies used in other species to detect putative spermatogonial stem cells, three main conclusions could be exctracted from the work. Firstly, protein PGP9.5 is expressed in the entire spermatogonial population as well as in the early meiotic germ cells (pre-leptotene), which denies its use as a SSC marker in adult animals. Secondly DBA lectin (Dolichos biflorus agglutinin) can be considered as a putative marker of cat SSCs. The DBA+ cells appear next to the basal membrane, in low number, and either isolated or in arranged in clones of 2 cells to 8 cells, all characteristics described in SSCs of other species. Finally, contrarily to what has been observed in other species, the SSC niche in the cat seems to be greatly influenced by Leydig cells. As a final message, domestic cat spermatogonial stem cell population seems to present some of the mouse SSCs characteristics but also seems to share characteristics with higher mammals SSCs.