Int J Biol Sci. 2023 Apr 17;19(7):2234–2255. doi: 10.7150/ijbs.77166
Cytochalasin D restores nuclear size acting on F-actin and IZUMO1 localization in low-quality spermatozoa. Int J Biol Sci. 2023;19(7):2234–2255. doi: 10.7150/ijbs.77166
Guillaume Martinez, Donato Cappetta, Marialucia Telesca, Konrad Urbanek, Giuseppe Castaldo, Magali Dhellemmes, Vincenza Grazia Mele, Teresa Chioccarelli, Veronica Porreca, Anne-Laure Barbotin, Angèle Boursier, Florian Guillou, Charles Coutton, Sophie Brouillet, Antonella De Angelis, Liberato Berrino, Riccardo Pierantoni, Gilda Cobellis, Rosanna Chianese ✉, Francesco Manfrevola
Abstract
In spermatozoa, the nuclear F-actin supports the acroplaxome, a subacrosomal structure involved in the correct exposure of several acrosomal membrane proteins; among them, the glycoprotein IZUMO1 is the major protein involved in sperm-oocyte fusion. Nuclear F-actin is also involved in sperm head shaping and chromosome compartmentalization.
To date, few notions regarding the bivalent role of F-actin on sperm chromatin organization and IZUMO1 positioning have been reported. In our work, we characterized subcellular organization of F-actin in human high- and low-quality spermatozoa (A- and B-SPZ), respectively, showing that F-actin over-expression in sperm head of B-SPZ affected IZUMO1 localization. A correct IZUMO1 repositioning following in vitro induction of F-actin depolymerization, by cytochalasin D treatment, occurred. Interestingly, F-actin depolymerization was also associated with a correct acrosome repositioning, thus to favor a proper acrosome reaction onset, with changes in sperm nuclear size parameters and histone acetylation rate reaching high-quality conditions.
In conclusion, the current work shows a key role of F-actin in the control of IZUMO1 localization as well as chromatin remodeling and acetylation events.
Abstract
Negli spermatozoi, la F-actina nucleare supporta l’acroplaxoma, una struttura subacrosomiale coinvolta nella corretta esposizione di diverse proteine della membrana acrosomiale; tra queste, la glicoproteina IZUMO1 rappresenta la principale proteina implicata nella fusione spermatozoo-ovocita. La F-actina nucleare è inoltre coinvolta nel rimodellamento della testa dello spermatozoo e nella compartimentazione dei cromosomi.
Ad oggi, sono disponibili poche informazioni riguardo al ruolo bivalente della F-actina nell’organizzazione della cromatina spermatica e nel posizionamento di IZUMO1. Nel nostro lavoro abbiamo caratterizzato l’organizzazione subcellulare della F-actina in spermatozoi umani di alta e scarsa qualità (rispettivamente A-SPZ e B-SPZ), mostrando che la sovraespressione di F-actina nella testa dei B-SPZ influenza la localizzazione di IZUMO1. È stato osservato un corretto riposizionamento di IZUMO1 in seguito all’induzione della depolimerizzazione della F-actina in vitro mediante trattamento con citocalasina-D. In maniera interessante, la depolimerizzazione della F-actina è risultata anche associata a un corretto riposizionamento dell’acrosoma, favorendo così un’adeguata induzione della reazione acrosomiale, con modifiche dei parametri dimensionali del nucleo spermatico e dei livelli di acetilazione istonica tali da raggiungere le condizioni tipicamente associate agli spermatozoi di alta qualità.
In conclusione, il presente lavoro evidenzia un ruolo chiave della F-actina nel controllo della localizzazione di IZUMO1, nonché nei processi di rimodellamento della cromatina e negli eventi di acetilazione.
