Untersuchungen zur Eliminierung und Resorption von Zink aus Säugerspermatozoen während der Nebenhodenpassage

Während der Spermatogenese wird das Element Zink an die Sulfhydrylreste der Cysteine in den Mantelfaserproteinen der Spermienflagellen gebunden. So kann in den noch unreifen Mantelfasern die ungerichtete Ausbildung von Disulfidbrücken verhindert werden. Im Zuge der Spermatozoenreifung während der Nebenhodenpassage wird dieses Zink androgenabhängig zu einem hohen Prozentsatz wieder eliminiert. Die nun gerichtete Ausbildung von Disulfidbrücken ermöglicht die Versteifung der Mantelfasern. Diese Rigidität stellt die Voraussetzung zur progressiven Motilität dar, ohne die eine Fertilisierung der Eizelle im weiblichen Genitaltrakt nicht möglich ist. Da eine negative Korrelation zwischen dem Zinkgehalt von Flagellen und ihrer Motilität besteht (Henkel et al., 1999), hat die Zinkeliminierung während der Nebenhodenpassage eine entscheidende Bedeutung in der Entwicklung der Spermatozoen. Die vorliegende Arbeit untersucht die Mechanismen der epididymalen Zinkeliminierung sowie die an diesem Prozess beteiligten Komponenten und den Verbleib des eliminierten Zinks am System des Bullen, der Ratte und des Menschen. Mittels proteinchemischer Verfahren kann im bovinen System ein zinkbindendes 60 kDa-Protein als Albumin identifiziert werden. Ein 80 kDa-Protein mit zinkbindenden Eigenschaften bleibt unidentifiziert. Die Zinkbindungskapazität der fraktionierten Proteine ist dabei im Caput epididymidis am stärksten ausgeprägt. Atomabsorptionsspektralphotometrische Untersuchungen zeigen die höchsten flagellären Zinkwerte in den Spermien des Rete testis und eine Abnahme des Zinkgehalts zwischen Nebenhodenkopf und -körper. Durch Autometallographie kann eine epitheliale Zinkresorption im Nebenhodenschwanz nachgewiesen werden. Dort erfolgt auch die basale Anreicherung des Zinks. Am Zinkstoffwechsel scheint auch der Macrophage Migration Inhibitory Factor (MIF) beteiligt zu sein. Dieser ist ein Zytokin mit Oxidoreduktasecharakter und kommt unter anderem im Nebenhodenepithel sowie in den Vesikeln des Nebenhoden-Fluids der Ratte vor. MIF zeigt in den hier durchgeführten Untersuchungen sowohl in systemhomologer, als auch in rekombinanter Form in vitro eine Zink-eliminierende Wirkung auf Rattenspermatozoen des Caputs und der Cauda epididymidis und hat somit möglicherweise Einfluss auf den Reifungsprozess der Spermien im Nebenhoden. Lit.: Henkel R, Bittner J, Weber R, Hüther F, Miska W (1999). Relevance of zinc in human sperm flagella and its relation to motility. Fertil Steril 71: 1138-1143

Methylmercury localization in Danio rerio retina after trophic and subchronic exposure: A basis for neurotoxicology

Methylmercury is a known neurotoxic organometal which affects visual functions and few studies concerns to wild fish are available. The autometallography mercury distribution in the retina of Danio rerio was mapped using light and electron microscopy. Abundant mercury deposits were found in the photoreceptor layer (outer and inner segments of the photoreceptors) and in the inner and outer nuclear layers. Occasionally, the presence of mercury deposits in plexiform layers was observed and very rarely in the ganglion cell layer. Also the occurrence of mercury deposits in cells from the disc region was observed, but not in the nerve fiber layer. An interesting difference was found between mercury accumulation in the central and peripheral regions of the retina. These results demonstrate that mercury after trophic exposure to Danio rerio is able to cross the blood-retina barrier and accumulate in the cells of the retina even under subchronic exposure. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Apical localization of zinc transporter ZnT4 in human airway epithelial cells and its loss in a murine model of allergic airway inflammation

The apical cytoplasm of airway epithelium (AE) contains abundant labile zinc (Zn) ions that are involved in the protection of AE from oxidants and inhaled noxious substances. A major question is how dietary Zn traffics to this compartment. In rat airways, in vivo selenite autometallographic (Se-AMG)-electron microscopy revealed labile Zn-selenium nanocrystals in structures resembling secretory vesicles in the apical cytoplasm. This observation was consistent with the starry-sky Zinquin fluorescence staining of labile Zn ions confined to the same region. The vesicular Zn transporter ZnT4 was likewise prominent in both the apical and basal parts of the epithelium both in rodent and human AE, although the apical pools were more obvious. Expression of ZnT4 mRNA was unaffected by changes in the extracellular Zn concentration. However, levels increased 3-fold during growth of cells in air liquid interface cultures and decreased sharply in the presence of retinoic acid. When comparing nasal versus bronchial human AE cells, there were significant positive correlations between levels of ZnT4 from the same subject, suggesting that nasal brushings may allow monitoring of airway Zn transporter expression. Finally, there were marked losses of both basally-located ZnT4 protein and labile Zn in the bronchial epithelium of mice with allergic airway inflammation. This study is the first to describe co-localization of zinc vesicles with the specific zinc transporter ZnT4 in airway epithelium and loss of ZnT4 protein in inflamed airways. Direct evidence that ZnT4 regulates Zn levels in the epithelium still needs to be provided. We speculate that ZnT4 is an important regulator of zinc ion accumulation in secretory apical vesicles and that the loss of labile Zn and ZnT4 in airway inflammation contributes to AE vulnerability in diseases such as asthma.

Morphological evidence of neurotoxicity in retina after methylmercury exposure

The visual system is particularly sensitive to methylmercury (MeHg) exposure and, therefore, provides a useful model for investigating the fundamental mechanisms that direct toxic effects. During a period of 70 days, adult of a freshwater fish species Hoplias malabaricus were fed with fish prey previously labeled with two different doses of methylmercury (0.075 and 0.75 mu g g(-1)) to determine the mercury distribution and morphological changes in the retina. Mercury deposits were found in the photoreceptor layer, in the inner plexiform layer and in the outer plexiform layer, demonstrating a dose-dependent bioaccumulation. The ultrastructure analysis of retina revealed a cellular deterioration in the photoreceptor layer, morphological changes in the inner and outer segments of rods, structural changes in the plasma membrane of rods and double cones, changes in the process of removal of membranous discs and a structural discontinuity. These results lead to the conclusion that methylmercury is able to cross the blood-retina barrier, accumulate in the cells and layers of retina and induce changes in photoreceptors of H. malabaricus even under subchronic exposure. (c) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.