Sperm glycocalyx is altered during epididymitis as a consequence of bacterial infection

In mammals, glycoconjugates (e.g. O-glycans, three major classes of N-glycans) coat the surface of sperm. Terminal sialic acid residues and/or fucose act immunosuppressive and facilitate the survival in the female reproductive organs. Urinary tract infections caused by uropathogenic Escherichia coli (UPEC) pathovars belong to the most frequent infections in human. In men, pathogens can also spread to the genital tract via the continuous ductal system eliciting bacterial prostatitis and/or epididymo-orchitis. Antibiotic treatment usually clears pathogens in acute epididymitis, however, fertility of patients can be permanently impaired. Since premature acrosome reaction was observed in an UPEC epididymitis mouse model and sialidases on the sperm surface are considered to be activated via proteases of the acrosome, we aimed to investigate whether alterations of the sialome of epididymal spermatozoa and surrounding epithelial cells occur during UPEC infection. We found a massive redecoration of sperm N-glycans, especially hyposialylation, along with an acrosome reaction induced in vitro. In UPEC elicited acute epididymitis in mouse, a substantial loss of N-acetylneuraminic acid (Neu5Ac) residues was detected in epididymal spermatozoa and epithelial cells using combined laser microdissection/HPLC-ESI-MS analysis. Lectin staining suggested that infection reduced substantially alpha2,6-linked Neu5AC in mouse epididymis and sperm. In support, a substantial reduction of sialic acid residues bound to the surface of spermatozoa was documented in men with a recent history of E. coli associated epididymitis concurrent with premature acrosome reaction. In vitro, such an UPEC induced Neu5Ac release from human spermatozoa was effectively counteracted by a sialidase inhibitor. These findings strongly suggest a substantial remodeling of the glycocalyx of spermatozoa and epididymal epithelial cells by endogenous sialidases after premature acrosome reaction during acute epididymitis.Bei Säugetieren sind Spermatozoen mit Glycokonjugaten (z. B. O-Glykane, drei Hauptklassen von N-Glykanen) dekoriert. Diese besitzen immunsuppressive Eigenschaften. Vor allem N-terminale Neuraminsäuren und/oder Fucose schützen die Spermien vor Immunangriffen in weiblichen Reproduktionstrakt. Durch uropathogene Escherichia coli (UPEC) hervorgerufene Harnwegsinfektionen gehören zu den häufigsten Infektionen des Menschen. Bei Männern können sich Krankheitserreger auch kanalikulär in den Genitaltrakt ausbreiten und eine bakterielle Prostatitis und/oder Epididymo-Orchitis hervorrufen. Eine Antibiotika-Behandlung eradiziert in der Regel die Krankheitserreger bei akuter Epididymitis, dennoch kann es zu einer dauerhaften Beeinträchtigung der Fruchtbarkeit der betroffenen Männer kommen. Eine massive Redekoration der N-Glycane auf Spermien, insbesondere ein starker Verlust an Sialinsäure (Hyposialylation), ist mit einer experimenell-induzierten acrosomalen Reaktion assoziiert. Da bereits eine vorzeitige acrosomale Reaktion in einem UPEC-induzierten Epididymitis-Mausmodell beobachtet wurde, und zudem Sialidasen auf der Spermienoberfläche vermutlich durch Proteasen des Akrosoms aktiviert werden können, war es das Ziel dieser Arbeit zu untersuchen, ob Veränderungen des Sialoms im Nebenhoden bei der Epididymitis auftreten. Ein substantieller Verlust an N-Acetylneuraminsäure (Neu5Ac)-Resten wurde in epididymalen Spermatozoen und Epithelzellen der UPEC-induzierten akuten Epididymitis der Maus mittels kombinierter Laser-Mikrodissektion/HPLC-ESI-MS-Analyse nachgewiesen. Lektin-Färbungen lassen vermuten, dass die Infektion zu einer deutlichen Verminderung der alpha2,6-verknüpften Neu5Ac im Nebenhoden und in den luminalen Spermien führt. Unterstützend wurde bei Männern mit einer kürzlich diagnostizierten E. coli-assoziierten Epididymitis eine deutliche Verringerung der gebundenen Sialinsäurereste an der Oberfläche der Spermien zusammen mit einer vorzeitigen acrosomalen Reaktion dokumentiert. Die UPEC-induzierte Neu5Ac-Freisetzung aus menschlichen Spermien konnte in vitro wirksam durch einen Sialidase-Inhibitor gehemmt werden. Diese Ergebnisse legen eine wesentliche Umgestaltung der Glykokalyx von Spermatozoen und epididymalen Epithelzellen durch endogene Sialidasen nach vorzeitiger Akrosomenreaktion während der akuten Epididymitis nahe