Impaired mammalian sperm function and lower phosphorylation signaling caused by the herbicide Roundup® Ultra Plus are due to its surfactant component

Abstract

The use of worldwide glyphosate-based herbicide Roundup® is growing and to date its effects on mammalian spermatozoa are controversial. This study aims to investigate the functional impact of in vitro exposure of pig spermatozoa to low concentrations of Roundup® Ultra Plus (RUP), similar to those present as environment contaminants, to its active ingredient glyphosate, and to the non-active component, surfactant POEA. Pig spermatozoa were incubated in TBM or TCM medium (1h at 38.5 °C) with several RUP dilutions or equivalent concentrations of glyphosate or POEA. RUP treatment causes a significant dilution-dependent decrease in sperm motility, a significant increase in plasma membrane disorganization and reduction in GSK3alpha phosphorylation (TBM) and in two PKA substrates (TBM and TCM), whereas does not affect sperm viability or mitochondrial membrane potential (MMP). Equivalent glyphosate concentrations do not affect any functional sperm parameters. However, POEA concentrations equivalent to RUP dilutions mimic all RUP sperm effects: decrease sperm motility in a concentration-dependent manner, reduce plasma membrane integrity and significantly inhibit GSK3alpha phosphorylation (TBM) and two PKA substrates without affecting sperm viability or MMP. In summary, low concentrations RUP herbicide cause sperm motility impairment without affecting sperm viability. This adverse effect could be likely due to a detrimental effect in the plasma membrane integrity and to inhibition of phosphorylation of both, GSK3alpha and specific PKA substrates. Importantly, our results indicate that negative effects of low RUP concentrations in pig spermatozoa function are likely caused by the surfactant included in its formulation and no by its active ingredient glyphosate.

El uso a nivel mundial del herbicida a base de glifosato Roundup® es cada vez mayor y a la fecha sus efectos sobre los espermatozoides de mamíferos son controvertidos. Este estudio tiene como objetivo investigar el impacto funcional de la exposición in vitro de espermatozoides de cerdo a bajas concentraciones de Roundup® Ultra Plus (RUP), similares a las presentes como contaminantes del ambiente, a su ingrediente activo glifosato, y al componente no activo, surfactante POEA. Los espermatozoides de cerdo se incubaron en medio TBM o TCM (1h a 38,5 °C) con varias diluciones RUP o concentraciones equivalentes de glifosato o POEA. El tratamiento de la RUP causa una disminución significativa dependiente de la dilución en la motilidad espermática, un aumento significativo en la desorganización de la membrana plasmática y una reducción en la fosforilación alfa de GSK3A (TBM) y en dos sustratos de PKA (TBM y TCM), mientras que no afecta la viabilidad espermática ni el potencial de la membrana mitocondrial (PMM). Las concentraciones equivalentes de glifosato no afectan ningún parámetro funcional del esperma. Sin embargo, las concentraciones de POEA equivalentes a las diluciones de RUP imitan todos los efectos de RUP en el esperma: disminuyen la motilidad del esperma de manera dependiente de la concentración, reducen la integridad de la membrana plasmática e inhiben significativamente la fosforilación de GSK3alfa (MTF) y dos sustratos de PKA sin afectar la viabilidad del esperma o la MMP. En resumen, las bajas concentraciones de herbicida RUP causan deterioro de la motilidad espermática sin afectar la viabilidad espermática. Este efecto adverso podría deberse probablemente a un efecto perjudicial en la integridad de la membrana plasmática y a la inhibición de la fosforilación tanto de GSK3alfa como de sustratos específicos de PKA. Es importante destacar que nuestros resultados indican que los efectos negativos de bajas concentraciones de RUP en la función de los espermatozoides de cerdo son probablemente causados por el surfactante incluido en su formulación y no por su ingrediente activo glifosato.