CAPZA1-Mangel stört die Flagellenstruktur und -motilität von Spermien und könnte den p300/SLC7A11-Weg betreffen.

Zielsetzung Untersuchen der genetischen und molekularen Rolle von CAPZA1 bei Asthenozoospermie und dessen Auswirkungen auf die Spermienmotilität und die Integrität der Flagellen. Methoden Zunächst wurde ein Ganzexom-Sequenzierung (WES) in einer unfruchtbaren Familie mit Asthenozoospermie durchgeführt, um Kandidatenvarianten zu identifizieren. Die CAPZA1-Variante wurde anschließend durch Sanger-Sequenzierung bei 20 unfruchtbaren Männern mit Asthenozoospermie und 20 altersgleichen fruchtbaren Kontrollen weiter untersucht. Die CAPZA1-Expression und die motilitätsbezogenen Parameter der Spermien wurden mittels Western Blot und computerassistierter Samenanalyse bewertet. Strukturabnormalitäten wurden mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) untersucht. Ein in vitro CAPZA1-Knockout (KO-CAPZA1) wurde in isolierten runden Spermatiden von Mäusen unter Verwendung von CRISPR-Cas9 durchgeführt, gefolgt von RT-qPCR, Western Blot, ELISA zur Bestimmung von Cystinspiegeln und Thiolquantifizierung zur Bewertung der nachgelagerten Effekte. Die Proteinlokalisierung von DNAH9 und FSCN1 wurde durch Immunfluoreszenz analysiert. In vivo wurde die CAPZA1-Löschung durch AAV-vermittelte CRISPR-Cas9-Gabe in die Hoden von Mäusen induziert und die Spermienmotilität, die Proteinexpression und die Ultrastruktur wurden anschließend bewertet. Ergebnisse Eine seltene homozygote Missense-Mutation in CAPZA1 (c.11TC, p.Phe4Ser) wurde zunächst durch WES im Probanden einer unfruchtbaren Familie identifiziert und anschließend durch Sanger-Sequenzierung bei 3 von 20 asthenozoospermischen Patienten nachgewiesen. Die CAPZA1-Proteinexpression war in mutierten Spermien signifikant reduziert, mit einer starken positiven Korrelation zur progressiven Motilität (r = 0.849, p < 0.001). TEM zeigte eine desorganisierte ultrastrukturelle Flagellenarchitektur, einschließlich asymmetrischer fibröser Schichten und teilweiser Dyneinarmverluste. In KO-CAPZA1-Mäusespermatiden waren die p300/CBP-, SLC7A11- und H3K27ac-Expressionen verringert. Vermindertes Cystin und erhöhte DTNB-reaktive Thiolgruppen nach TCEP-Reduktion deuteten auf eine gestörte Thiol/Disulfid-Homöostase hin. Die Expression und Lokalisierung von DNAH9 und FSCN1 waren in KO-CAPZA1-Zellen gestört. KO-CAPZA1 in Mäusen führte zu signifikant verringerten Spermien-Progressivmotilität (p < 0.001) und abnormalen axonemalen Strukturen, ohne die morphologische Struktur der Hoden oder die Spermienzahl zu beeinflussen. Schlussfolgerung Der CAPZA1-Mangel beeinträchtigt die Spermienmotilität und die Architektur der Flagellen durch gestörte Regulierung des Zytoskelettproteins und Redox-Ungleichgewicht und stellt einen neuen genetischen Beitrag zur Asthenozoospermie dar.