Effect of xanthine-xanthine oxidase-catalase system on bovine sperm oxidative metabolism during capacitation induction

El objetivo de este trabajo fue estudiar el efecto de heparina o el sistema xantina-xantino oxidase catalase (sistema generador de anión superóxido) en la inducción de la capacitación, consumo de oxígeno, la variación de la actividad de creatina quinasa B, y su regulación por tirosina quinasa y proteína quinasa C en presencia de heparina. Genisteina y GF 109203X fueron usados como inhibidores específicos de la tirosina quinasa y proteína quinasa C respectivamente. La actividad de creatina quinasa-B y la hipoperoxidación fueron registradas espectrofotométricamente. El consumo de oxígeno fue polarográficamente. Se evaluó viabilidad e integridad acrosomal por la coloración de azul tripán y microscopia óptica de Contraste Diferencial Interferencial y la capacitación por la coloración epifluorescente de Clorotetraciclina (CTC). Los datos fueron analizados por ANOVA y test de Tukey (P<0,05). La lipoperoxidación se modificó debido a los tratamientos (P<0.05). En la capacitación espermática con heparina la adición de genisteina o GF 109203X provocó una disminución de la actividad creatina quinasa B, toma de oxígeno y el porcentaje de capacitación (P<0.05). En la presencia del sistema xantina-xantino oxidase catalase, la capacitación y el consumo de oxígeno presentaron una disminución significativa a los 15 y 45 minutos, comparados con el valor del tratamiento con heparina, pero la actividad de la creatina quinasa B sólo disminuyó a los 45 minutos (P<0.05). En conclusión, la capacitación con heparina está vinculada con burst respiratorio y con la disminución de la creatina quinasa B, ambos procesos dependientes de la proteína quinasa C. El anión superóxido induce la capacitación espermática y la lipoperoxidación lo cual provoca una alteración dependiente del tiempo de incubación. Este efecto deletéreo puede modificar el funcionamiento de la cadena respiratoria con la concomitante reducción de la actividad de la creatina quinasa B, enzima de la lanzadera citosólica-mitocondrial, impidiendo que el espermatozoide tenga la carga energética necesaria para adquirir su capacidad fertilizante.

The aim of this work was to study the effect of heparin or xanthine-xanthine oxidase-catalase system (superoxide anion generating system) on the induction of capacitation, sperm oxygen uptake, the variation in the activity of creatine kinase-B in bovine spermatozoa and tyrosine kinase and protein kinase C regulation with heparin. Genistein and GF 109203X were used as specific inhibitors of tyrosine kinase and protein kinase C, respectively. Creatine kinase-B activity and lipid peroxidation were registered spectrophotometrically. Oxygen uptake was measured polarographically. Capacitation was evaluated by chlortetracycline technique and viability by trypan blue stain. Data were analyzed by ANOVA and Tukey test. Lipid peroxidation was modified by treatments (P<0.05). In sperm capacitated with heparin the addition of genistein or GF 109203X, provoked a decrease in creatine kinase-B activity, oxygen uptake and capacitation rates (P<0.05). In the presence of xanthine-xanthine oxidase/catalase system, capacitation and oxygen uptake presented a significant decrease at 15 and 45 min compared to heparin treatment but creatine kinase-B activity only presented a decrease at 45 min (P<0.05). To conclude, in cryopreserved bovine spermatozoa heparin capacitation is related to a respiratory burst and a decrease in creatine kinase-B activity, both processes dependent of tyrosine kinase and protein kinase C regulation. Superoxide anion induces sperm capacitation and lipid peroxidation, which can provoke mitochondrial membrane alteration, depending on the incubation time. This deleterious effect may modify the respiratory chain function with a concomitant reduction in creatine kinase-B activity, an enzyme of the cytosol- mitochondria shuttle, not allowing the sperm to reach the energetic state necessary to achieve fertilizing capability.