Metaloproteinazy w jajowodzie ptaków

Abstract

Metaloproteinazy (MMPs) są kluczowymi regulatorami przebudowy macierzy zewnątrzkomórkowej w różnych tkankach w tym rozrodczych, zaangażowanymi w modulację szeregu procesów fizjologicznych i patologicznych. Chociaż liczne doniesienia wskazują na udział MMPs w remodelingu i funkcjonowaniu układu rozrodczego ssaków, informacje o ich udziale w rozrodzie ptaków są nieliczne. Jak dotąd w jajowodzie kury wykazano jedynie obecność mRNA MMP-2 i MMP-9 oraz tkankowych inhibitorów metaloproteinaz (TIMP-2 i TIMP-3). Przedstawione w niniejszej pracy badania są próbą znalezienia odpowiedzi na pytanie czy wybrane komponenty systemu MMP są zaangażowane w rozwój i remodeling jajowodu ptaków. W tym celu postanowiono określić: 1) ekspresję wybranych MMPs i TIMPs w poszczególnych odcinkach jajowodu kury podczas dojrzewania płciowego oraz przerwy w nieśności, 2) aktywność wybranych MMPs w jajowodzie kur rosnących i poddanych wymuszonej przerwie w aktywności rozrodczej, 3) lokalizację MMPs i TIMPs w ścianie rozwijającego się oraz ulegającego przebudowie jajowodu, a także 4) udział estrogenów w regulacji ekspresji i aktywności wybranych MMPs w jajowodzie kury. Podczas dojrzewania płciowego we wszystkich badanych odcinkach jajowodu kury, tj. lejku, magnum, cieśni i gruczole skorupowym, wykazano ekspresję MMP-2, MMP-7, MMP-9, TIMP-2 i TIMP-3, zarówno na poziomie mRNA, jak i białka. Względna ekspresja mRNA badanych genów obniżała się w poszczególnych odcinkach jajowodu podczas dojrzewania płciowego. Ekspresja MMP-9 na poziomie białka zmniejszała się, podczas gdy MMP-7 i TIMP-3 zwiększała się w trakcie rozwoju jajowodu. Poziom białka MMP-2 i TIMP-2 był względnie stały, z niewielkim wzrostem ekspresji odnotowanym dla MMP-2 tuż przed osiągnięciem dojrzałości płciowej. Aktywność MMP-2 i -9 w jajowodzie, była znacznie wyższa u niedojrzałych kurek, niż u niosących ptaków. W ścianie jajowodu obserwowano także komórkowo- i tkankowo-specyficzną lokalizację MMPs i TIMPs. Podczas przerwy w nieśności wywołanej głodzeniem stwierdzono ekspresję badanych elementów systemu MMP na poziomie mRNA oraz białka we wszystkich odcinkach jajowodu: lejku, magnum, cieśni, gruczole skorupowym i pochwie. Regresji jajowodu towarzyszył wzrost ekspresji mRNA MMP-2, -7 i -9 oraz TIMP-2 i -3. W trakcie odbudowy tego narządu w większości odcinków stwierdzono zwiększoną ekspresję MMP-2 oraz inhibitora TIMP-3. Ekspresja na poziomie białka oraz lokalizacja MMPs i TIMPs nie zmieniała się znacząco w większości odcinków jajowodu podczas przerwy w nieśności wywołanej głodzeniem. Zarówno podczas regresji, jak i odbudowy jajowodu obserwowano wzrost aktywności MMP-2 i -9. Podawanie tamoksyfenu, będącego modulatorem receptorów estrogenowych, zwiększyło ekspresję genu MMP-7 i -9, natomiast nie wpłynęło na poziom mRNA MMP-2, TIMP-2 i -3. U kur traktowanych tamoksyfenem stwierdzono zwiększoną ekspresję na poziomie białka oraz aktywność MMP-2 w lejku i gruczole skorupowym, a także obserwowano zwiększoną immunoreaktywność dla inhibitora TIMP-3 w gruczołach tubularnych magnum. Wykazana obecność mRNA, jak i białka MMP-2, MMP-7, MMP-9, TIMP-2 i TIMP-3 we wszystkich odcinkach jajowodu kury wskazuje, że narząd ten jest miejscem syntezy badanych elementów systemu MMP, a ekspresja i aktywność MMPs i TIMPs jest zależna od odcinka jajowodu oraz stadium cyklu reprodukcyjnego. Tkankowo-specyficzna lokalizacja MMPs i TIMPs w ścianie jajowodu kury sugeruje odmienne funkcje poszczególnych elementów systemu MMP w tym narządzie. Obserwowane zmiany w ekspresji i aktywności badanych elementów systemu MMP podczas dojrzewania płciowego oraz przerwy w nieśności sugerują, że MMPs i TIMPs mogą być lokalnymi regulatorami rozwoju, przebudowy i czynności jajowodu kury. Zmiany w ekspresji i aktywności wybranych MMPs u ptaków po podaniu tamoksyfenu, wskazują na udział estrogenów w ich regulacji. Wyjaśnienie molekularnych mechanizmów regulujących syntezę i aktywność metaloproteinaz w poszczególnych odcinkach jajowodu oraz ich roli.

The matrix metalloproteinases (MMPs) are key regulators of extracellular matrix remodeling in several types of tissues, including reproductive ones, that have been postulated to be involved in multiple physiological and pathological events. Although, participation of MMP system in reproductive tract remodeling was strongly suggested in mammalian species there is little data so far about the role of MMPs in the avian oviduct. To date only mRNA expression of MMP-2, MMP-9 and tissue inhibitors of MMPs (TIMP-2 and TIMP-3) in the oviduct of hen has been revealed. Towards a better understanding of the MMP system involvement in the avian oviduct development and remodeling the following items were examined: 1) the expression of chosen MMPs and TIMPs in particular sections of the chicken oviduct during puberty and pause in egg laying, 2) the activity of selected MMPs in the oviduct of growing and molting hens, 3) the localization of chosen MMP system members in the wall of the chicken oviduct during maturation and pause in egg laying, and 4) the impact of estrogen on selected MMPs expression and activity in the chicken oviduct. During puberty the expression of MMP-2, MMP-7, MMP-9, TIMP-2 and TIMP-3 in particular sections of the chicken oviduct, the infundibulum, magnum, isthmus, and shell gland was detected on both, mRNA and protein level. The relative expression of examined genes decreased in individual compartments of the chicken oviduct during maturation. MMP-9 protein level diminished, while MMP-7 and TIMP-3 concentration elevated in the oviduct of growing birds. MMP-2 and TIMP-2 protein level remained constant, with slight increase in MMP-2 concentration just before reaching maturity. The activity of MMP-2 and -9 was significantly higher in immature birds than in adult ones. Moreover, immunohistochemical studies revealed cell- and tissue-specific localization of MMPs and TIMPs in the wall of the chicken oviduct. During pause in egg laying, the expression of examined MMP system members on mRNA and protein level was shown in all sections of the chicken oviduct i.e., the infundibulum, magnum, isthmus, shell gland, and vagina. Regression of the oviduct was accompanied predominantly by an increase in MMP-2, -7 and -9, as well as TIMP-2 and TIMP-3 mRNA expression. Protein expression level and localization of MMPs and TIMPs did not show any significant changes during molting, whereas during oviduct regression and recrudescence elevated activity of MMP-2 and -9 was observed. Tamoxifen, estrogen receptor modulator, enhanced MMP-7 and -9 mRNA expression, while it did not influence MMP-2, TIMP-2 and -3 mRNA levels. Tamoxifen-treated birds showed higher protein level and activity of MMP-2 in the infundibulum and shell gland, as well as increased immunoreactivity for TIMP-3 in the tubular glands of magnum. The results obtained suggest that the chicken oviduct is the site of synthesis of examined MMP system members, and MMP expression and activity depend on the oviductal section, as well as the stage of reproductive cycle. Cell- and tissue-specific localization of MMP system members in the wall of the oviduct indicates their distinct roles in this organ. Changes observed in the expression and activity of selected MMPs and TIMPs point to the significance that these molecules could be local regulators of development, remodeling, and functioning of the hen oviduct. Changes in the expression and activity of chosen MMPs following treatment with tamoxifen, suggest the involvement of estrogen in regulation of MMPs expression and activity. However, detailed mechanisms regulating synthesis and activity of MMP system members, as well as their precise roles in the avian oviduct require further research.