Vias metabólicas e funcionalidade de espermatozóides humanos

Abstract

A correcta funcionalidade dos espermatozóides humanos depende de vários processos que necessitam de energia na forma da adenosina trifosfato (ATP). A mobilidade, por exemplo, é essencial para que o espermatozóide consiga alcançar e penetrar o gâmeta feminino. Por outro lado, a capacitação, processo em que ocorre activação de vias de sinalização intracelulares e fosforilação de proteínas, é essencial para que, posteriormente, possa ocorrer a exocitose das enzimas hidrolíticas contidas no acrossoma (reacção acrossómica), permitindo ao espermatozóide penetrar a zona pelúcida do ovócito. Nas últimas décadas tem-se questionado a importância funcional das mitocôndrias na peça intermédia e qual a participação das duas principais vias metabólicas, glicólise e fosforilação oxidativa, na produção de ATP em espermatozóides de mamíferos. Por outro lado, embora esteja estabelecido que os espermatozóides sobrevivem durante dias no tracto reprodutor feminino, os estudos efectuados in vitro geralmente não vão além das 1-3 horas, não ultrapassando as 24 horas. Neste trabalho foram estudados os efeitos de três temperaturas (4 °C, temperatura ambiente e 37 °C) na viabilidade dos espermatozóides e funcionalidade mitocondrial, ao longo do tempo. Foram também testados meios com diferentes substratos metabólicos (glicólise e/ou fosforilação oxidativa) e avaliados alguns parâmetros da funcionalidade de espermatozóides humanos ao longo do tempo, na tentativa de perceber melhor o controverso metabolismo destas células. Utilizaram-se inibidores metabólicos da glicólise (2-deoxy-D-glucoe e iodoacetato) e da fosforilação oxidativa (cianeto de potássio) para tentar perceber qual o impacto destas vias na funcionalidade dos espermatozóides humanos. Os resultados obtidos permitiram estabelecer a temperatura ambiente como sendo a melhor para a manutenção de espermatozóides humanos viáveis durante Vias metabólicas e funcionalidade de espermatozóides humanos V vários dias. Mostraram ainda que uma amostra de espermatozóides pode manter-se viável, com elevado potencial de membrana micondrial (PMM) e com mobilidade progressiva, durante vários dias num meio sem substrato, parecendo indicar que o metabolismo endógeno é suficiente para a sua manutenção. No entanto, a presença de glucose (mas não de piruvato/lactato) teve um efeito positivo na manutenção da viabilidade/PMM e mobilidade progressiva de espermatozóides humanos em cultura durante 10 dias. Conclui-se assim que a utilização de culturas em suspensão pode constituir uma nova abordagem no estudo do metabolismo dos espermatozóides humanos a longo prazo, mimetizando o que acontece no tracto reprodutor feminino.

Human sperm depend on various processes that require adenosine triphosphate (ATP) for their proper function. Motility is one of the most important, without which sperm cannot reach and penetrate the oocyte. On the other hand, capacitation, the process by which the intracellular metabolic pathways become activated and proteins are phosphorylated, is essential for the posterior exocytosis of hydrolytic enzymes contained in the acrosome (acrossome reaction, allowing sperm spermatozoa to penetrate the zpna pellucida). In the last decades, the functional relevance of mitochondria-containing sperm midpiece, as well as the relative importance of glicolysis and oxidative phosphorilation in sperm ATP production have been questioned. In vitro studies that have addressed these issues are commonly carried out for 1-3 hours (24 hours maximum) although it is known that mammalian sperm survive for days in the feminine reproductive tract. In this study the effect of three different temperatures (4 ºC, room temperature and 37 ºC) in sperm viability and mitochondrial function were studied for extended periods of time. Different media with different metabolic substrates (for glicolysis and/or oxidative phosphorilation) were also tested and some sperm functional parameters were evaluated, in an attempt to understand the controversial metabolic nature of these cells. Furthermore, metabolic inhibitors were used dissect the importance of those pathways on human spermatozoa functionality. Our results allowed established room temperature as the best temperature to preserve viable human spermatozoa for various days. They also showed that a sperm sample can still be viable with a high mitochondrial membrane potential (MMP) and progressive mobility after various days in a medium without any exogenous substrate. This seems to indicate that sperm endogenous metabolism is sufficient for their functional maintenance. However the presence of glucose (but not pyruvate/lactate) in Vias metabólicas e funcionalidade de espermatozóides humanos VII the media had a very clear positive effect on sperm viability/MMP and progressive motility maintenance in cultures for up to 10 days, suggesting an important role for this substrate. Therefore, the use of suspension cultures should be envisioned as a new approach to study long term human sperm metabolism way, mimicking what happens in the female reproductive tract.