Dermatan sulfate synergizes with heparin in murine sperm chromatin decondensation

Abstract

El núcleo del espermatozoide de mamíferos contiene la cromatina inusualmente condensada, gracias al reemplazo de la mayoría de las histonas por otras proteínas básicas llamadas protaminas. Sin embargo, apenas el espermatozoide penetra el ooplasma durante la fertilización, la descondensación de esta cromatina densamente compactada, debe ocurrir para permitir la formación del pronúcleo masculino y singamia. La descondensación se logra con la reducción de los puentes disulfuro por el glutatión ovocitario y el reemplazo de las protaminas por histonas ovocitarias, con la ayuda de una molécula aceptora. Resultados previos de nuestro laboratorio demostraron que el heparán sulfato presente en el ooplasma funciona como aceptor de protaminas durante la descondensación del espermatozoide humano in vivo. En el presente trabajo, analizamos el rol de la heparina, análogo estructural del heparán sulfato, y dermatán sulfato en la descondensación de la cromatina espermática murina, incluyendo la posibilidad de un efecto sinérgico entre ambos glicosaminoglicanos. La descondensación fue corroborada bajo microscopio de contraste de fases luego de la incubación de espermatozoides murinos con glutatión y ya sea heparina, dermatán sulfato, o la combinación de ambos. Cambios ultraestructurales que tienen lugar durante la descondensación fueron analizados por microscopia electrónica de transmisión. Ambos glicosaminoglicanos fueron capaces de promover la descondensación de espermatozoides murinos in vitro pero la habilidad de la heparina fue significativamente mayor. El uso de ambos glicosaminoglicanos juntos, revelo la existencia de un efecto sinérgico. El análisis de microscopia electrónica de transmisión de espermatozoides descondensados apoyó estos hallazgos. El sinergismo entre heparina y dermatán sulfato fue observado tanto en espermatozoides capacitados como en no capacitados, pero la cinética de descondensación fue mas rápida en los primeros. Estos resultados obtenidos indican un nuevo rol potencial para el dermatán sulfato en espermatozoides murinos en la descondensación durante la fertilización y proveen evidencia de diferencias en el grado de condensación cromatínica en el núcleo de espermatozoides murinos.

The mammalian sperm nucleus contains an unusually condensed chromatin, due to replacement of the majority of histones by protamines. However, soon after the spermatozoon penetrates the ooplasm at fertilization, decondensation of this densely packed chromatin must occur to allow formation of the male pronucleus and syngamy. Decondensation is accomplished by protamine disulfide bond reduction by oocyte glutathione and replacement of protamines by oocyte histones with the aid of an acceptor molecule. Previous results from our laboratory have demonstrated that heparan sulfate (HS) present in the ooplasm functions as protamine acceptor during human sperm decondensation in vivo. In the present paper, we analyze the role of heparin, structural analogue of HS, and dermatan sulfate (DS) in murine sperm chromatin decondensation in vitro, including the possibility of a synergistic effect between both glycosaminoglycans. Decondensation was assessed under phase contrast microscopy following incubation of murine spermatozoa with glutathione and either heparin, DS, or a combination of both. Ultrastructural changes taking place during decondensation were analyzed by transmission electron microscopy. Both glycosaminoglycans were able to promote the decondensation of murine spermatozoa in vitro but the decondensing ability of heparin was significantly higher. Use of both glycosaminoglycans together revealed the existence of a synergistic effect. Transmission electron microscopy analysis of decondensing spermatozoa supported these findings. Synergism between heparin and DS was observed both in capacitated and non-capacitated spermatozoa but decondensation kinetics was faster in the former. The results obtained indicate a new potential role for dermatan sulfate in murine sperm decondensation at fertilization and provide evidence of differences in the degree of chromatin condensation throughout the murine sperm nucleus.