Nuove conoscenze su reotassi, agglutinazione e formazione di fasci di spermatozoi nei polli Sharkasi sulla base di uno studio in vitro

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 13003 (2022) Citare questo articolo

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La fertilità negli uccelli dipende dalla loro capacità di immagazzinare popolazioni adeguate di spermatozoi vitali per periodi prolungati nei tubuli di conservazione dello sperma (SST). Gli esatti meccanismi attraverso i quali gli spermatozoi entrano, risiedono ed escono dagli SST sono ancora controversi. Lo sperma di pollo Sharkasi ha mostrato un'elevata tendenza ad agglutinarsi, formando fasci filiformi mobili comprendenti molte cellule. Poiché è difficile osservare la motilità e il comportamento degli spermatozoi all'interno dell'ovidotto opaco, abbiamo utilizzato un dispositivo microfluidico con una sezione trasversale di microcanali simile a quella delle ghiandole spermatiche che consente lo studio dell'agglutinazione degli spermatozoi e del comportamento della motilità. Questo studio discute come si formano i fasci di spermatozoi, come si muovono e quale ruolo possono avere nell'estendere la residenza degli spermatozoi all'interno degli SST. Abbiamo studiato la velocità degli spermatozoi e il comportamento della reotassi quando un flusso di fluido veniva generato all'interno di un canale microfluidico mediante pressione idrostatica (velocità del flusso = 33 µm/s). Gli spermatozoi tendevano a nuotare controcorrente (reotassi positiva) e i fasci di spermatozoi avevano una velocità significativamente inferiore rispetto agli spermatozoi solitari. È stato osservato che i fasci di spermatozoi nuotano con un movimento a spirale e crescono in lunghezza e spessore man mano che vengono reclutati più spermatozoi solitari. Sono stati osservati fasci di spermatozoi avvicinarsi e aderire alle pareti laterali dei canali microfluidici per evitare di essere spazzati con una velocità del flusso del fluido > 33 µm/s. La microscopia elettronica a scansione e a trasmissione ha rivelato che i fasci di sperma erano supportati da una sostanza densa e abbondante. I risultati mostrano la distinta motilità dello sperma di pollo Sharkasi, così come la capacità dello sperma di agglutinarsi e formare fasci mobili, il che fornisce una migliore comprensione della conservazione dello sperma a lungo termine negli SST.

Per ottenere la fecondazione negli esseri umani e nella maggior parte degli animali, lo sperma e l'ovulo devono raggiungere il sito di fecondazione al momento giusto. Pertanto, la copulazione deve avvenire prima o durante l'ovulazione. Alcune specie di mammiferi, come i cani, e classi non di mammiferi, come insetti, pesci, rettili e uccelli, d'altra parte, immagazzinano lo sperma nei loro organi riproduttivi per lunghi periodi di tempo finché le loro uova non sono pronte per essere fecondate (fecondazione asincrona). ). Gli uccelli sono in grado di mantenere spermatozoi vitali in grado di fecondare gli ovuli per periodi che vanno dalle 2 alle 10 settimane2.

Questa è una caratteristica unica che distingue gli uccelli dagli altri animali poiché consente un'alta probabilità di fecondazione dopo un'unica inseminazione per diverse settimane senza la necessità di sincronizzare l'accoppiamento e l'ovulazione. Il principale organo di stoccaggio dello sperma, chiamato tubuli di stoccaggio dello sperma (SST), è situato nelle pieghe interne della mucosa della giunzione uterovaginale3. Ad oggi, i meccanismi di ingresso, residenza ed evacuazione degli spermatozoi dai serbatoi di sperma non sono completamente compresi. Secondo le indagini precedenti sono state avanzate diverse ipotesi, ma nessuna è stata confermata.

Forman4 ha proposto che gli spermatozoi mantengano la loro residenza nel lume degli SST mediante un movimento oscillatorio continuo contro la direzione di un fluido che scorre attraverso i canali proteici situati sulle cellule epiteliali degli SST (reotassi). A causa della continua attività dei flagelli necessaria per mantenere gli spermatozoi all'interno del lume dell'SST, l'ATP viene esaurito e la motilità diminuisce fino a quando gli spermatozoi vengono trasportati fuori dai serbatoi degli spermatozoi dal flusso del fluido per iniziare un nuovo viaggio risalendo l'ovidotto per fecondare l'ovidotto. ovulo (Forman4). Questo modello per la conservazione dello sperma è supportato dai risultati che confermano la presenza delle acquaporine 2, 3 e 9 nell'epitelio degli SST mediante immunocitochimica5. Ad oggi mancano studi sulla reotassi spermatica nei polli e sul ruolo che può svolgere nella conservazione degli SST, nella selezione vaginale dello sperma e nella competizione spermatica. Nei polli, l'eiaculato dello sperma viene depositato nella vagina dopo l'accoppiamento naturale; tuttavia, più dell'80% degli spermatozoi fuoriesce dalla vagina subito dopo la copulazione6. Ciò suggerisce che la vagina è il sito principale di selezione dello sperma nelle specie aviarie. Inoltre, è stato anche riportato che meno dell’1% degli spermatozoi inseminati nella vagina entrano negli SST2. Quando i polli venivano inseminati artificialmente nella vagina, il numero di spermatozoi che raggiungevano gli SST tendeva ad aumentare, 24 ore dopo l’inseminazione. Fino ad ora, il meccanismo di selezione degli spermatozoi in questo processo era sconosciuto e la motilità degli spermatozoi potrebbe svolgere un ruolo importante nell’assorbimento degli spermatozoi nelle SST4. È difficile monitorare la motilità degli spermatozoi nell'ovidotto direttamente nelle specie di uccelli a causa della parete spessa e opaca dell'ovidotto. Pertanto, non disponiamo di conoscenze di base su come gli spermatozoi vengono trasferiti negli SST dopo l’inseminazione.