$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Haploidalne okrągłe spermatydy różnicują się w plemniki w procesie zwanym spermiogenezą. Obejmuje to wiele różnych etapów, w tym nabycie wici, przebudowę chromatyny i cytoszkieletu, kondensację jądra, a także utratę większości cytoplazmy. Te unikalne zdarzenia komórkowe muszą być precyzyjnie regulowane, aby wytworzyć dojrzałą funkcjonalną gametę z nienaruszonym genomem nadającym się do zapłodnienia. Spermiogenezę trudno jest badać in vitro, ponieważ do tej pory żaden niezawodny system hodowli komórkowej nie był w stanie wspierać postępu na różnych etapach procesu. Co więcej, rzeczywiste techniki in vitro prowadzą do niskiej wydajności1,2. In vivo prawidłowe przejścia przez różne etapy spermiogenezy mają kluczowe znaczenie dla naturalnej integralności funkcjonalnej męskiej gamety. Skuteczne oczyszczanie plemników zgodnie z ich etapami różnicowania nigdy nie zostało osiągnięte przy poziomie wzbogacenia wystarczającym do molekularnej charakterystyki spermiogenezy. Na przykład oczyszczanie kluczowych etapów różnicowania plemników byłoby szczególnie przydatne do badania rozwijającego się akrosomu, tworzenia części środkowej3, dynamiki połączeń komórkowych4, dynamiki RNA5, procesu przebudowy chromatyny6,7 lub stabilności genomu8. Oczyszczanie plemników jest utrudnione przez ich postępującą transformację morfologiczną, brak znanych biomarkerów zewnętrznych specyficznych dla danego stadium oraz ich specyficzny kształt i rozmiar.
Chociaż większość męskich komórek rozrodczych wykazuje bezpośredni związek między barwieniem DNA a ploidalnością (zawartością DNA), zauważyliśmy, że taka pozytywna korelacja nie ma już zastosowania do spermatyd. Wynika to z naszej wczesnej obserwacji, że odcinki kanalików nasiennych wykazują różną intensywność barwienia DNA na różnych etapach spermiogenezy. Chociaż barwienie DNA jest zgodne z ich haploidalnym zestawem chromosomów z etapów spermiogenezy od 1 do 7 (okrągłe spermatydy), zaobserwowaliśmy gwałtowny wzrost intensywności fluorescencji z DAPI lub SYTO 16 na początku reorganizacji jądrowej i przebudowy chromatyny (etap spermiogenezy 8) osiągając szczyt na początku kondensacji jądrowej (kroki spermiogenezy 11-12). Po kondensacji jądra intensywność barwienia DNA zmniejsza się aż do spermiogenezy (etap spermiogenezy 16). Przypuszczaliśmy, że jest to prawdopodobnie związane z powstaniem ich osobliwego przejścia struktury chromatyny, w którym histony są zastępowane protaminami. W związku z tym opracowaliśmy niezawodną metodę cytometrii przepływowej, która umożliwia separację spermatyd przy użyciu zmienności intensywności DNA spermatyd jako głównego parametru selekcyjnego.
Opisano proste podejście cytometrii przepływowej do rozdzielania mysich spermatyd o wysokiej czystości (95-100%) na podstawie ich pozornej zawartości DNA (barwienie SYTO16), wielkości i ziarnistości. Spermatydy są podzielone na cztery populacje; Etapy spermiogenezy 1-9, 10-12, 13-14 i 15-16. Oczyszczone spermatydy nadają się do analizy genetycznej/genomicznej, a także do zastosowań proteomicznych, jak opisano w niedawnej publikacji naszej grupy9.