The quantification of lipid and protein oxidation in stallion spermatozoa and seminal plasma: Seasonal distinctions and correlations with DNA strand breaks, classical seminal parameters and stallion fertility

Abstract

The goal of this work was to correlate oxidative stress caused by reactive oxygen species (ROS) and DNA damage with classic semen parameters in spermatozoa and seminal plasma of fertile and subfertile stallions. Oxidation was measured in both lipids and proteins, using the thiobarbituric acid reactive species (TBARS) assay and the DNPH carbonyl groups assay, respectively. Sperm DNA damage was monitored using the TUNEL assay. These parameters were monitored in samples obtained during the breeding and the non-breeding seasons. In general, fertile stallions showed better classical semen parameters, and those parameters improved from the non-breeding to the breeding season, although an increase in sperm production was accompanied by a decrease in the semen quality from subfertile stallions in the breeding season. In terms of oxidation levels we found that there were clear differences whether lipids or proteins were considered. In the breeding season there seemed to be a tendency towards normalizing lipid oxidation in spermatozoa and seminal plasma, and protein oxidation in the seminal plasma, of both fertile and subfertile animals. Thus, differences monitored in the non-breeding season were no longer visible. Interestingly, a higher level of protein oxidation was found in the sperm of fertile animals in the breeding season. Considering that there were positive correlations between sperm protein oxidation and sperm motility and vitality, these results suggests that the oxidation of semen proteins may be important for sperm function. On the other hand, lipid oxidation in the seminal plasma seemed to be a general indicator for sperm damage. In the non-breeding season positive correlations between lipid and protein oxidation levels in both sperm and seminal plasma and several defects in sperm function were found, but only for subfertile animals, thus suggesting that lipid and protein oxidation may aid in the identification of subfertile stallions during the non-breeding season. Levels of ROS production never seemed to result in compromised sperm DNA integrity, indicating that measurements were within physiological levels and/or that there is an efficient antioxidant activity in stallion sperm cells.

Supplementation with seminal plasma and relationship of its components with the quality of frozen-thawed semen of donkeys (Equus asinus)

“…Es probable que fenómenos como la oxidación proteica descrita en el semen equino, esté relacionada con dicho efecto, toda vez que genera grupos carbonilo que se han asociado con la presencia de defectos severos en la función de los espermatozoides (41) . Acorde con lo anterior, se hallaron coeficientes de correlación negativos de PT con la mayoría de parámetros de calidad seminal, así como una correlación positiva con la morfología anormal (Cuadro 6).…”

Criotolerancia del Semen Equino, Estabilidad Oxidativa y Componentes del Plasma Seminal

“…Lo anterior podría explicar resultados superiores encontrados para VAP cuando se reportó un nivel bajo de PL, en comparación al nivel alto (Cuadro 3; p<0.05). Adicionalmente, se ha observado una correlación positiva entre los niveles de peroxidación lipídica y el aumento de defectos morfológicos en espermatozoides bovinos (Nichi et al, 2006) y, específicamente, en un incremento en defectos de la cabeza de espermatozoides en la especie humana (Morte et al, 2008); sin embargo, en este estudio no se encontró correlación significativa entre estos dos parámetros (Cuadro 4).…”

“…La evaluación de la peroxidación lipídica (PL) se realizó por la metodología modificada de las sustancias reactivas al ácido tiobarbitúrico-TBARS-(Serafini-Cessi y Cessi, 1968, Morte et al, 2008); para lo cual 50 µl de semen fue incubado por 1 h a 37 °C, y luego enfriado en agua con hielo durante 10 min. Posteriormente, se adicionaron 40 µl de ácido tricloroacético (TCA, SigmaAldrich) al 15%, y 80 µl de ácido tiobarbitúrico (TBA, Sigma-Aldrich) al 0.67%.…”

“…Los espermatozoides equinos, por su alto contenido de ácidos grasos poliinsaturados en la membrana plasmática, son propensos al ataque de los radicales libres durante los procesos de congelación (García et al, 2011), donde se genera un incremento en los niveles de especies reactivas de oxígeno (ERO) y la peroxidación de los lípidos de la membrana (Giesecke et al, 2010; Vasconcelos et al, 2013). Altos niveles de ERO también pueden generar la oxidación de proteínas, conduciendo a la producción de grupos carbonilos, los cuales han sido descritos como biomarcadores para predecir el daño oxidativo proteico y se les ha asociado con la presencia de defectos severos en la función de los espermatozoides (Morte et al, 2008). Esto ha limitado el uso del semen equino criopreservado con fines de inseminación artificial debido a la baja fertilidad obtenida (Watson, En los últimos años se ha reportado que la suplementación con pequeñas cantidades de plasma seminal en los procesos de criopreservación podría reducir la peroxidación lipídica (Pizarro et al, 2013) y, por tanto, mejorar la calidad del semen posdescongelación (Katila et al, 2002;Moore et al, 2005).…”

Is Male Infertility a Natural Defense or Forerunner of Cancer?

“…Mammalian spermatozoa are reported to be extremely sensitive to oxidative stress (a net increase in ROS level within the cell) [94]. These high levels of ROS therefore adversely affect normal sperm production and quality by interacting with membrane lipids, proteins nuclear and mitochondrial DNA [110][111][112]. The lipid peroxidation may damage membrane integrity resulting in increased cell membrane permeability leading to enzyme inactivation, structural damage to DNA and cell death [113].…”