Melatonin protects human spermatozoa from apoptosis via melatonin receptor- and extracellular signal-regulated kinase-mediated pathways

Abstract

Objective: To evaluate whether the protective effect of melatonin on H2O2-induced caspase activation and DNA fragmentation depends on the interaction between melatonin and its surface receptors. Design: Laboratory study. Setting: Center for assisted human reproduction at a Spanish hospital. Patient(s): Twenty-one healthy donors. Intervention(s): Human spermatozoa were treated with increasing concentrations of hydrogen peroxide (H2O2; 1mM, 10 mM, 100 mM, 1mM) and preincubated with 1 mM melatonin. Main Outcomes Measure(s): Activation of caspase-3 and -9 as well as DNA fragmentation were examined by fluorescence methods. Result(s): Our findings showed that H2O2 induced a significant increase in caspase-9 and caspase-3, which was dose independent. Conversely, pretreatment with melatonin reduced H2O2-mediated caspase activation in a dose-dependent way. Moreover, the antiapoptotic effects of melatonin in ejaculated human spermatozoa may involve membrane melatonin receptor MT1. In addition, we found that the survival-promoting pathway extracellular signal–regulated kinase (ERK) is likely to have a role in the protective actions of melatonin in ejaculated human spermatozoa. Finally, we confirmed these results further by demonstrating that melatonin prevention of H2O2-induced DNA fragmentation is dependent on both MT1 receptor and ERK signaling. Conclusion(s): These results indicate that the stimulation with melatonin triggers a set of events culminating in cell death prevention in ejaculated human spermatozoa.

Objetivo: Evaluar si el efecto protector de la melatonina sobre la activación de la caspasa inducida por H2O2 y la fragmentación del ADN depende de la interacción entre la melatonina y sus receptores de superficie. Diseño: Estudio de laboratorio. Lugar: Centro de Reproducción Humana Asistida de un hospital español. Paciente(s): Veintiún donantes sanos. Intervención(es): Los espermatozoides humanos fueron tratados con concentraciones crecientes de peróxido de hidrógeno (H2O2; 1mM, 10 mM, 100 mM, 1mM) y preincubados con 1 mM de melatonina. Medida(s) de los principales resultados: La activación de caspasa-3 y -9, así como la fragmentación del ADN, se examinaron por métodos de fluorescencia. Resultado(s): Nuestros hallazgos mostraron que el H2O2 indujo un aumento significativo de caspasa-9 y caspasa-3, que fue independiente de la dosis. Por el contrario, el tratamiento previo con melatonina redujo la activación de la caspasa mediada por H2O2 de forma dependiente de la dosis. Además, los efectos antiapoptóticos de la melatonina en los espermatozoides humanos eyaculados pueden afectar al receptor MT1 de la melatonina de la membrana. Además, se encontró que la vía de supervivencia favorece la supervivencia es probable que la quinasa regulada por señal extracelular (ERK) tenga un papel en las acciones protectoras de la melatonina en los espermatozoides humanos eyaculados. Finalmente, confirmamos estos resultados demostrando que la prevención de la fragmentación del ADN inducida por H2O2 en melatonina depende tanto del receptor MT1 como de la señalización ERK. Conclusión(es): Estos resultados indican que la estimulación con melatonina desencadena un conjunto de eventos que culminan en la prevención de la muerte celular en espermatozoides humanos eyaculados.