Autophagy-related proteins are functionally active in human spermatozoa and may be involved in the regulation of cell survival and motility

Abstract

La macroautofagia (en lo sucesivo denominado autofagia) es un proceso conservador de las células que participa alta y evolutivamente en el mantenimiento de la homeostasis intracelular a través de la degradación de proteínas más perdurables y de los orgánulos. La autofagia participa en algunos eventos reproductivos; sin embargo, no hay información sobre la función de la autofagia en la regulación de la fisiología del espermatozoide. Por lo tanto, el objetivo de este estudio es investigar si las proteínas en relación con la autofagía están presentes y son funcionalmente activas en espermatozoides humanos. Las proteínas relacionadas con la autofagia/proceso mitofágico (LC3, ATG5, ATG16, Beclin 1, p62, m-TOR, AMPKα 1/2 y PINK1) están presentes en espermatozoides humanos. El LC3 está colocalizado con la p62 en la parte central de los espermatozoides. La activación de la autofagia induce un aumento significativo de la motilidad y una disminución en el PINK1, en la proteína Tom20 y la activación de caspasa 3/7. Sin embargo, la inhibición de la autofagia causó una disminución de la motilidad, viabilidad, ATP y la concentración de calcio intracelular mientras PINK1, proteína Tom20, fosforilación AMPK y activación de la caspasa 3/7 aumentaron considerablemente. En conclusión nuestros resultados demuestran que la autofagia en relación con proteínas y reguladores upstream están presentes y activos en espermatozoides humanos. La modificación de proteínas mitocondriales después de la autofagia activación/inhibición puede estar indicando una forma especializada de la autofagia denominado mitofagía pueden estar regulando la función espermática como motilidad, su viabilidad y pueden estar cooperando con la apoptosis.

Macroautophagy (hereafter autophagy) is an evolutionarily highly conserved cellular process that participates in the maintenance of intracellular homeostasis through the degradation of most longlived proteins and entire organelles. Autophagy participates in some reproductive events; however, there are not reports regarding the role of autophagy in the regulation of sperm physiology. Hence, the aim of this study was to investigate whether autophagy-related proteins are present and functionally active in human spermatozoa. Proteins related to autophagy/mitophagy process (LC3, Atg5, Atg16, Beclin 1, p62, m-TOR, AMPKα 1/2, and PINK1) were present in human spermatozoa. LC3 colocalized with p62 in the middle piece of the spermatozoa. Autophagy activation induced a significant increase in motility and a decrease in PINK1, TOM20 expression and caspase 3/7 activation. In contrast, autophagy inhibition resulted in decreased motility, viability, ATP and intracellular calcium concentration whereas PINK1, TOM20 expression, AMPK phosphorylation and caspase 3/7 activation were significantly increased. In conclusion our results show that autophagy related proteins and upstream regulators are present and functional in human spermatozoa. Modification of mitochondrial proteins expression after autophagy activation/inhibition may be indicating that a specialized form of autophagy named mitophagy may be regulating sperm function such as motility and viability and may be cooperating with apoptosis.