Inhibition of mitochondrial complex I leads to decreased motility and membrane integrity related to increased hydrogen peroxide and reduced ATP production, while the inhibition of glycolysis has less impact on sperm motility

Abstract

Las mitocondrias se han propuesto como la principal fuente de especies reactivas de oxígeno en células somáticas y espermatozoides humanos. Sin embargo, no hay datos disponibles respecto al papel de la producción mitocondrial de ROS en espermatozoides de sementales. Para arrojar luz sobre el papel de la cadena de transporte de electrones mitocondrial en el origen del estrés oxidativo en los espermatozoides de sementales, se usaron inhibidores específicos del complejo I (rotenona) y III (antimicina-A). Se recogieron eyaculados de siete sementales andaluces y se incubaron en BWWmedia a 37 ° C en presencia de rotenona, antimicina-A o vehículo de control. La incubación en presencia de estos inhibidores redujo la motilidad y la velocidad de los espermatozoides (análisis CASA) (p <0,01), pero el efecto fue más evidente en presencia de rotenona (un inhibidor del complejo I). Estos inhibidores también disminuyeron el contenido de ATP. La inhibición de los complejos I y III disminuyó la producción de especies reactivas de oxígeno (p <0.01) según se evaluó mediante citometría de flujo después de la tinción con CellRox rojo intenso. Esta observación sugiere que la sonda CellRox identifica principalmente superóxido y que la producción de superóxido puede reflejar una actividad mitocondrial intensa en lugar de estrés oxidativo. La inhibición del complejo I dio como resultado una mayor producción de peróxido de hidrógeno (p <0,01). La inhibición de la glucólisis resultó en espermatozoides reducidas (p <0,01) sin un efecto sobre el porcentaje de espermatozoides móviles totales. Se observaron correlaciones positivas débiles y moderadas (pero estadísticamente significativas) entre la motilidad espermática, la velocidad y la integridad de la membrana y la producción de oxígeno reactivo especies. Estos resultados indican que los espermatozoides de sementales dependen en gran medida de la fosforilación oxidativa (OXPHOS) para la producción de ATP para la motilidad, pero también requieren la glucólisis para mantener altas velocidades. Estos datos también indican que el aumento de peróxido de hidrógeno que se origina en la mitocondria es un mecanismo involucrado en la senescencia de sementales de sementales.

Mitochondria have been proposed as the major source of reactive oxygen species in somatic cells and human spermatozoa. However, no data regarding the role ofmitochondrial ROS production in stallion spermatozoa are available. To shed light on the role of the mitochondrial electron transport chain in the origin of oxidative stress in stallion spermatozoa, specific inhibitors of complex I (rotenone) and III (antimycin-A) were used. Ejaculates from seven Andalusian stallions were collected and incubated in BWWmedia at 37°C in the presence of rotenone, antimycin-A or control vehicle. Incubation in the presence of these inhibitors reduced sperm motility and velocity (CASA analysis) (p<0.01), but the effect was more evident in the presence of rotenone (a complex I inhibitor). These inhibitors also decreased ATP content. The inhibition of complexes I and III decreased the production of reactive oxygen species (p<0.01) as assessed by flow cytometry after staining with CellRox deep red. This observation suggests that the CellRox probe mainly identifies superoxide and that superoxide production may reflect intense mitochondrial activity rather than oxidative stress. The inhibition of complex I resulted in increased hydrogen peroxide production (p<0.01). The inhibition of glycolysis resulted in reduced spermvelocities (p<0.01) without an effect on the percentage of total motile sperm.Weak and moderate (but statistically significant) positive correlations were observed between sperm motility, velocity and membrane integrity and the production of reactive oxygen species. These results indicate that stallion sperm rely heavily on oxidative phosphorylation (OXPHOS) for the production of ATP for motility but also require glycolysis to maintain high velocities. These data also indicate that increased hydrogen peroxide originating in the mitochondria is a mechanism involved in stallion sperm senescence.