Varikosel ile indüklenen testiküler hasarın oluşumunda poli ADP-riboz polimeraz (PARP) yolağının rolü

Abstract

Varikosel erkek infertilitesinin en önemli sebebi olarak gösterilmektedir, ancak testiküler disfonksiyonu ve infertiliteyi indükleyen varikoselin patogenetik mekanizması henüz anlaşılamamıştır. Erkek infertilitesinde oksidatif stresin rolünü değerlendiren son çalışmalar, varikoselli hastalardaki sperm disfonksiyonunun oksidatif stresle ilişkili olduğunu göstermektedir. Poli ADP-ribozilasyon, Poli ADP-riboz Polimerazlar (PARP) tarafından katalizlenen ve DNA zincir kırıklarına verilen hızlı bir hücresel cevaptır. PARP-1, PARP ailesinin en aktif ve en iyi tanımlanmış üyesidir. Oksidatif stres ya da inflamasyon gibi çeşitli patolojik durumlarda aşırı PARP aktivasyonu ortaya çıkmaktadır. PARP'ın aşırı aktivasyonu hücre ölümüyle (apoptoz ya da nekroz) sonuçlanır. Varikosel hakkında birçok çalışma yapılmışsa da, şimdiye kadar hiçbir medikal tedavi varikoselin tedavisinde yeterli başarıyı gösterememiştir. Oksidatif stresin arttığı durumlarda, PARP'ın aşırı aktive olduğu bilindiğinden; bu çalışmada `varikoselli hastalarda testiküler hasarın ve sperm disfonksiyonunun PARP yolağının aşırı aktivasyonuyla ilişkili olabileceği` hipotezi irdelenmiştir. Yedi haftalık yetişkin Rattus norvegicus (Wistar) ırkı erkek sıçanlar rastgele olarak 3 gruba ayrılmıştır. 1.Grup sıçanların (13 haftalık, n=10) sol testislerinde deneysel varikosel modeli ve 2.Grup sıçanlarda sham operasyonu (n=10) gerçekleştirilmiştir. 3.Grup sıçanlar ise kontrol grubunu oluşturmuştur (n=10). Deneysel varikosel modelinin indüklenmesinden sonra tüm gruplardaki sıçanlar sakrifiye edilmiştir. Sol testis dokularında; 4-HNE, PARP-1 ve PAR proteinlerinin immünohistokimyasal ve western blot analizleri ile apoptozun belirlenmesi için TUNEL analizleri gerçekleştirilmiştir. Varikosel oluşturulan testislerin ağırlıkları belirgin olarak azalmış ve bu testislerde seminifer tübül hasarı belirgin olarak artmıştır. Western blot analizleri oksidatif stres artışını ortaya koymuştur. Immünohistokimyasal ve western blot analizleri sonucunda; PAR ve PARP-1'in kontrol ve sham gruplarında ekspre olduğu, ancak varikosel gruplarındaki ekspresyon düzeylerinin tüm germ hücrelerinde anlamlı bir şekilde arttığı gözlenmiştir. Tüm bunlara ek olarak, varikoselli testislerde apoptotik germ hücre sayısı belirgin olarak artmıştır.Sonuç olarak, varikosel nedeniyle testiste artan oksidatif stres sonucunda PARP yolağının aktive olduğu ve germ hücre apoptozunu indüklediği ilk defa ortaya konmuştur. Genellikle varikoselli bireyin ürettiği sperm hücrelerini değerlendiren literatürdeki çalışmalarla karşılaştırıldığında, üretilen anormal gametlerin oluşumunda PARP yolağının testisteki rolünü değerlendiren bu çalışma, varikosel mekanizmasına moleküler düzeyde önemli bir katkı sağlamaktadır. Bütün bunlarla ilişkili olarak; deneysel varikosel modellerinde farmakolojik PARP inhibitörleri kullanarak, varikosel patogenezinin PARP yolağı ile ilişkisinin değerlendirileceği çalışmaların planlanmasına hızla devam etmekteyiz.

Varicocele has long been implicated as a major cause of male infertility. However, pathogenetic mechanisms by which varicocele induces testicular dysfunction and infertility are not fully understood. Recently, studies evaluating the role of oxidative stress in male infertility have shown that sperm dysfunction in varicocele patients are related to oxidative stress. Poly(ADP-ribosyl)ation is a cellular response to DNA strand breaks that is catalyzed by poly(ADP-ribose) polymerases (PARPs). PARP-1 is the most active and best-characterized member of the PARP family. PARP overactivation occurs in various pathological conditions involving oxidative stress or inflammation. Extensive activation of PARP leads to cell dysfunction and can culminate in cell death, either apoptosis or necrosis. Despite the long history associated with varicoceles, no medical treatment could be successfully used until now. PARP overactivation during high levels of oxidative stress and their interaction suggested us the hypothesis that ?testicular damage and sperm dysfunction in varicocele patients may be in part related with overactivation of PARP pathways?. Adult animals, which were 7-weeks-old, were randomly separated into three groups. First group rats were used as control group (n:10), second group rats underwent a sham operation (n:10) and third group rats were used for experimental groups and underwent partial ligation of renal vein (n:10). Rats in all groups were sacrified after induction of experimental varicocele. Western blot and immunohistochemical analysis of PARP-1, PAR and 4-HNE (oxidative stress marker) in left testicular tissues were done. TUNEL analysis was performed for apoptotic cell evaluation. The tissue weights of varicocele induced testes decreased significantly, whereas, tubule degeneration was significant in these testes. Western blot analyses have confirmed increased oxidative stress in varicocele groups. Both werstern blot an immunohistochemical analysis have confirmed that PARP-1 and PAR expressions increased significantly in all germ cell types. Moreover, the ratio of apoptotic germ cells in varicocele groups were significantly higher when compared to control and sham groups.In conclusion, for the first time in the literature it has been confirmed that increased oxidative stress in varicocele triggered the activation of PARP pathway which in turn induced germ cell apoptosis. By evaluating the role of PARP pathway in varicocele testes, this study contributes very much to molecular mechanisms of varicocele patogenesis when compared to studies those generally evaluate the sperm cells of varicocele patients. Studies regarding the effects of pharmacological PARP inhibition to exprimental varicocele are in progress in our laboratory.