Binder of SPerm protein interference in sperm-egg interaction

Abstract

Les protéines de la famille Binder of SPerm (BSP) ont été initialement caractérisées dans le laboratoire du Dr. P. Manjunath, où la biochimie des protéines du plasma séminal et leurs interactions avec les spermatozoïdes sont à l’étude. Il a été démontré que ces protéines lient les phospholipides portant un groupement choline de la membrane des spermatozoïdes éjaculés. Chez la souris et l’humain, la protéine « Binder of SPerm homolog 1 » (BSPH1) est exprimée exclusivement dans l’épididyme. Il a été démontré que les protéines BSPH1 sont impliquées dans les modifications membranaires qui sous-tendent la capacitation chez les spermatozoïdes. Les résultats d’expériences avec la protéine recombinante de l’homologue murin des BSP (rec-BSPH1) suggèrent que la protéine est initialement localisée sur toute la surface du spermatozoïde, pour ensuite se relocaliser sur la tête et sur la partie intermédiaire de la cellule pendant la capacitation et l’interaction entre le spermatozoïde et l’ovocyte, suggérant un rôle potentiel dans cette interaction. Dans cette étude, nous avons examiné le rôle de la protéine recombinante murine « Binder of SPerm homolog 1» (rec-BSPH1) dans l’interaction spermatozoïde-ovocyte par le biais d’un essai de fécondation in vitro (FIV). Des ovocytes ont été pré-incubés avec soit des protéines rec-BSPH1, soit des protéines contrôles ou avec le milieu de culture cellulaire seul, et ensuite inséminés par des spermatozoïdes capacités. Outre les essais FIV, la liaison potentielle de rec-BSPH1 sur la surface de l’ovocyte a été investiguée par le biais d’expériences d’immunofluorescence. Enfin, la protéine BSPH1 native, liée au spermatozoïde, a été immuno-neutralisée à l’aide d’anticorps dirigés contre la protéine rec-BSPH1 (anticorps anti-rec-BSPH1) afin de démontrer indirectement l’importance de BSPH1 dans l’interaction spermatozoïde-ovocyte et la fécondation. Nos résultats montrent que les ovocytes pré-incubés avec la protéine rec-BSPH1 ont connu une diminution dose-dépendante du taux de fécondation lorsque comparés à des ovocytes pré-exposés à des protéines contrôles ou au milieu de culture cellulaire seul. Puisque des sites de liaison à la protéine BSPH1 n’ont pas été identifiés sur la surface de l’ovocyte, la diminution observée dans le taux de fécondation lorsque les ovocytes étaient pré-incubés avec la protéine rec-BSPH1 suggère qu’un mécanisme alternatif était en jeu. Nous émettons l’hypothèse que l’albumine de sérum bovin contenue dans le milieu de culture cellulaire agit en synergie avec rec-BSPH1 afin de provoquer la désorganisation des radeaux lipidiques de la membrane des ovocytes, ce qui interfère avec la fécondation. De plus, les anticorps anti-rec-BSPH1 ont efficacement immuno-neutralisé la protéine native sur la surface des spermatozoïdes, ce qui a mené à une suppression dramatique de la motilité et un échec de l’hyperactivation, accompagné d’une diminution du taux de fécondation. Combinés aux résultats de recherche publiés précédemment, les résultats de cette étude suggèrent que la protéine BSPH1 serait principalement impliquée dans les évènements tardifs de la capacitation des spermatozoïdes.

Binder of SPerm (BSP) proteins were first characterized in the laboratory of Dr. P. Manjunath, where the biochemistry of seminal plasma proteins and their interactions with sperm are being studied. These proteins were shown to bind to choline phospholipids on the ejaculated sperm membrane. In mice and humans, the Binder of SPerm homolog 1 (BSPH1) protein is exclusively expressed in the epididymis. BSPH1 proteins have been shown to be involved in the sperm membrane changes underlying capacitation. Findings from experiments with the recombinant mouse BSP homolog (rec-BSPH1) suggest that the protein initially resides on the surface of the sperm and then relocalizes over the head and mid-piece during capacitation and sperm-egg interaction, suggesting a potential role for BSPH1 in sperm-egg interaction. In the current study, we examined the role of the mouse recombinant BSP homolog 1 (rec-BSPH1) in sperm-egg interaction using an in vitro fertilization (IVF) assay. Oocytes were pre-treated with rec-BSPH1, control proteins or media alone, and inseminated with capacitated sperm. In addition to IVF assays, the potential binding of rec-BSPH1 to the oocyte surface was investigated using immunofluorescence. Finally, sperm-bound native BSPH1 was immuno-neutralized by anti-rec-BSPH1 antibodies in order to indirectly demonstrate the importance of BSPH1 in sperm-egg interaction and fertilization. Our results showed that eggs pre-incubated with rec-BSPH1 protein exhibited a dose-dependent decrease in fertilization rate compared to those exposed to control proteins or media alone. Since BSPH1 binding sites were not identified on the egg, the observed inhibition in fertilization rate when eggs were pre-incubated with rec-BSPH1 suggested that an alternate mechanism was at play. We hypothesize that bovine serum albumin contained in the media synergizes with rec-BSPH1 to provoke oocyte membrane lipid raft disorganization, which interferes with fertilization. In addition, anti-rec-BSPH1 antibodies could effectively immuno-neutralize native protein on sperm, which led to dramatic motility suppression and failed hyperactivation, followed by compromised fertilization. Taken together with previously published research, our findings suggest that BSPH1 would mostly be involved in the late events of sperm capacitation.