精子メチロームからの男性の肥沃度の予測：数百の人工授精記録を持つ120の雄牛への適用

背景：精子形成欠陥の場合の精子DNAメチル化の変化に関する矛盾する結果、男性の不妊症、および発達の結果が低いことが報告されています。人工授精に使用される雄牛は、ブル精液の広範な普及は交絡因子をかなり軽減し、男性の肥沃度の正確な評価を可能にするため、この分野の関連モデルを表しています。したがって、この研究は、雄牛の肥沃度を予測するための精子DNAメチル化の可能性を評価するように設計されました。 結果：100個の精子サンプルのユニークなコレクションは、同等の年齢の100個のモンベリアールドブルから2〜5個の雄牛をプールすることで構成されました。授精の後。これらのサンプルのDNAメチル化プロファイルは、還元された表現ビスル硫酸シーケンスを使用して得られました。推定配列多型を除外した後、490の肥沃度関連の差次的にメチル化したシトシン（DMC）が同定され、そのほとんどは亜肥大性雄牛で高メチル化されました。興味深いことに、DMCが標的とする46の遺伝子は、胚および胎児の発達、精子機能、成熟に関与しているか、ゲノムワイド関連研究の肥沃度に関連しています。これらのうち5つは、パイロシーケンシングによってさらに分析されました。出生に関連するDMCの予後価値を評価するために、精子サンプルはトレーニング（n = 67）とテスト（n = 33）セットの間に分割されました。ランダムな森林アプローチを使用して、トレーニングセットで得られたメチル化値から予測モデルが構築されました。このモデルの予測精度は、テストセットで72％、20個のブルの独立したコホートから収集された個々の射精で72％でした。 結論：エピジェネティック分析でこれまでに調査された最大の雄牛精子サンプルのセットで実施されたこの研究は、精子メチロームが男性の肥沃度バイオマーカーの貴重な供給源であることを実証しました。次の課題は、これらの結果を同じ精子サンプルに関する他のデータと組み合わせて、モデルの品質を改善し、肥沃度の調節におけるDNAメチル化と他の分子特徴との相互作用をよりよく理解することです。この研究は、不妊が男性と女性の間の相互作用に影響を与える人間の医学に潜在的な応用を持っている可能性があり、したがって、男性因子を隔離することを困難にしています。

BACKGROUND: Conflicting results regarding alterations to sperm DNA methylation in cases of spermatogenesis defects, male infertility and poor developmental outcomes have been reported in humans. Bulls used for artificial insemination represent a relevant model in this field, as the broad dissemination of bull semen considerably alleviates confounding factors and enables the precise assessment of male fertility. This study was therefore designed to assess the potential for sperm DNA methylation to predict bull fertility. RESULTS: A unique collection of 100 sperm samples was constituted by pooling 2-5 ejaculates per bull from 100 Montbéliarde bulls of comparable ages, assessed as fertile (n = 57) or subfertile (n = 43) based on non-return rates 56 days after insemination. The DNA methylation profiles of these samples were obtained using reduced representation bisulfite sequencing. After excluding putative sequence polymorphisms, 490 fertility-related differentially methylated cytosines (DMCs) were identified, most of which were hypermethylated in subfertile bulls. Interestingly, 46 genes targeted by DMCs are involved in embryonic and fetal development, sperm function and maturation, or have been related to fertility in genome-wide association studies; five of these were further analyzed by pyrosequencing. In order to evaluate the prognostic value of fertility-related DMCs, the sperm samples were split between training (n = 67) and testing (n = 33) sets. Using a Random Forest approach, a predictive model was built from the methylation values obtained on the training set. The predictive accuracy of this model was 72% on the testing set and 72% on individual ejaculates collected from an independent cohort of 20 bulls. CONCLUSION: This study, conducted on the largest set of bull sperm samples so far examined in epigenetic analyses, demonstrated that the sperm methylome is a valuable source of male fertility biomarkers. The next challenge is to combine these results with other data on the same sperm samples in order to improve the quality of the model and better understand the interplay between DNA methylation and other molecular features in the regulation of fertility. This research may have potential applications in human medicine, where infertility affects the interaction between a male and a female, thus making it difficult to isolate the male factor.