Ny forskning från forskare vid Huntsman Cancer Institute (HCI) vid University of Utah och samarbetspartners vid University of Utah Health (U of U Health) kastar ljus över den komplexa process som sker i utvecklingen av mänskliga spermiers stamceller. Detta är den första studien som karakteriserar förändringarna av mänskliga spermiers stamceller när de mognar. Resultaten har implikationer för att förstå manlig infertilitet såväl som cancerutveckling och publicerades idag i tidskriften Cellstamcell .

Tidigare studier av spermiestamceller har begränsats till modellsystem, inklusive möss. Men denna första studie av att utveckla mänskliga spermier avslöjade att denna process var mycket mer komplex hos människor än vad som tidigare har förståtts. Med hjälp av genomanalysverktyg, forskare beskrev den flerstegsprocess som spermiers stamceller genomgår under sin normala utveckling.

"Denna information ger nya insikter om hur spermiers stamceller fungerar och utvecklas under normala omständigheter, " säger studiens huvudförfattare Bradley Cairns, PhD, senior chef för grundläggande vetenskap vid HCI och professor och ordförande för onkologiska vetenskaper vid U of U. "Vi har byggt ett mycket viktigt ramverk som vi nu kan använda för att hjälpa oss förstå vad som händer när saker går fel, resulterar i problem som infertilitet och cancer hos män."

I studien, forskare undersökte alla gener som slår "på" eller "av" i en given cell under normal utveckling. Genom att använda encellig RNA-sekvensanalys, Cairns lab profilerade celler individuellt, fastställande av genuttrycksprofilen i mänskliga spermiers stamceller.

Deras resultat beskrev fyra distinkta cellulära faser av spermiestamcellers mognad, avslöjar hur stamcellerna utvecklas från ett "vila" tillstånd, till ett "proliferation" tillstånd under vilket stamceller delar sig, till ett slutgiltigt "differentierings" tillstånd när stamceller mognar för att bli spermier. Specifikt, data avslöjar distinkta övergångar i faktorer som påverkar de olika celltillstånden inklusive cellcykelregulatorer, transkriptionsfaktorer, och signaleringsfaktorer.

"Att arbeta med mina patienter med infertilitet, Jag har sett hur förödande denna diagnos kan vara, " säger medförfattare och reproduktionsurolog James Hotaling, MD, också biträdande professor i kirurgi vid U of U Health. "Denna studie kommer att hjälpa oss att förstå vad som orsakar infertilitet i vissa fall."

Resultaten kan också ha konsekvenser för att förstå hur vissa cancerformer uppstår. Män med infertilitet är kända för att löpa högre risk för vissa cancerformer, inklusive testikel- och prostatacancer. "Vår studie kastar nytt ljus över hur gener normalt fungerar i spermiestamceller, " säger Cairns. "Nästa steg blir att använda denna kunskap för att bättre förstå vilka förändringar som händer när spermier inte utvecklas normalt och istället omvandlas till cancerceller."

Författarna tror att resultaten av studien kan leda till bättre verktyg för att diagnostisera och behandla patienter med manlig infertilitet, samt att avslöja de komplicerade genetiska förändringarna som ligger till grund för cancer som associeras med manlig infertilitet.

Cairns och Hotaling samarbetade med första författaren Jingtao Guo och medförfattarna Edward Grow, Chongil Yi, Patrick Murphy, Candice Wike, och Douglas Carrell. Forskningen har titeln "Transcription, Signalering och metaboliska övergångar under mänsklig spermatogonial stamcellsdifferentiering".