Mitochondria jako kluczowy parametr w ocenie jakości plemników buhajów
Type
Project
Date Issued
2019
Author
Discipline
veterinary science
Abstract (PL)
Klasyczne parametry oceny plemników nie pozwalają na wskazanie ich zdolności do przetrwania procesu kriokonserwacji. Spośród wszystkich organelli komórkowych mitochondria są najbardziej podatne na uszkodzenia podczas mrożenia. Wszelkie zaburzenia związane z ich morfologią i funkcją wiązane są bezpośrednio z obniżeniem parametrów jakości plemnika. Badania będące przedmiotem niniejszego projektu koncentrowały się na opisaniu zależności pomiędzy liczbą i aktywnością mitochondriów zlokalizowanych we wstawce plemnika. Celem badań była walidacja przydatności zastosowania mitochondriów jako biomarkera oceny jakości plemników buhaja. Materiał badawczy stanowiło mrożone nasienie buhajów inseminacyjnych o wysokich parametrach oceny nasienia (grupa 1) oraz niskich parametrach (grupa 2). Przed przystąpieniem do analiz plemniki rozdzielano na frakcje o wysokiej i niskiej ruchliwości (test podpływania, swim up). W przypadku plemników pozyskanych od osobników z grupy 1 ogólnie odnotowana więcej mitochondriów (analiza fluorescencyjna, cytometr przepływowy barwienie MitoTrackerGreen) co przekładało się na zwiększoną liczbę kopii mitochondrialnego DNA (mtDNA), niezależnie od frakcji uzyskanej w teście podpływania. W przypadku plemników o wysokiej ruchliwości stwierdzono większą zawartość mitochondriów oraz mtDNA (dla obydwu analizowanych grup). Podobne zależności zaobserwowano w pomiarze potencjału błony mitochondrialnej (ΔΨm, barwienie JC-1), gdzie plemniki o wysokiej aktywności posiadały wysoki parametr ΔΨm. Obserwacje te pozostają w zgodzie w wynikami analiz transkryptów dla genów kodujących enzymy z grupy antyoksydantów jak (PRDX1, SOD1, GSS). Wykonano również badania konsumpcji tlenu przez plemniki (oxygen consumption rate, OCR) stosując technikę (Seahorse XF Agilent). Uzyskane wyniki wskazują, że zarówno pomiar liczby, jak i aktywności mitochondriów może stanowić wiarygodny marker oceny jakości nasienia buhajów.
Abstract (EN)
Standard sperm evaluation parameters do not enable predicting their ability to survive cryopreservation. Mitochondria are highly prone to suffer injuries during freezing, and any abnormalities in their morphology or function are reflected by a decline of sperm quality. Our work focused on describing a link between the number and the activity of mitochondria, with an aim to validate its applicability as a biomarker of bovine sperm quality. Cryopreserved sperm collected from bulls with high (group 1) and low (group 2) semen quality was separated by swim up. The spermatozoa of group 1 overall retained more mitochondria (MitoTrackerGreen) and mtDNA copies, irrespective of the fraction. Regardless of the initial ejaculate quality, the motile sperm contained significantly more mitochondria and mtDNA copies. The same trend was observed for mitochondrial membrane potential (ΔΨm, JC-1), where motile sperm displayed high ΔΨm. These results stay in agreement with transcript-level evaluation (real-time polymerase chain reaction, PCR) of antioxidant enzymes (PRDX1, SOD1, GSS), which protect cells from the reactive oxygen species. An overall higher level of glutathione synthetase (GSS) mRNA was noted in group 1 bulls, suggesting higher ability to counteract free radicals. No differences were noted between basal oxygen consumption rate (OCR) (Seahorse XF Agilent) and ATP-linked respiration for group 1 and 2 bulls. In conclusion, mitochondrial content and activity may be used as reliable markers for bovine sperm quality evaluation.