Mecanismos del daño de los compuestos perfluorados PFOS y PFOA en espermatozoides de cerdo in vitro Público Deposited
Sperm undergo a complex process called capacitation during their journey through the female reproductive tract. In this process, a set of biochemical events occurs that have the purpose of fertilization. Some toxic compounds can interfere with this process, including perfluoroalkyl substances (PFAS) or also called perfluorinated compounds (PFCs), such as perfluorooctane sulfonate (PFOS) and perfluorooctanoic acid (PFOA). Both have been listed as persistent organic pollutants and are found in many everyday materials, and they can accumulate in organisms, which has been associated with fertility problems. In this study, we focused on evaluating the deleterious effects of PFOS and PFOA on boar sperm functionality, and plasma membrane (PM) changes during capacitation. We identified the median lethal concentration (LC50), which was 460 µM for PFOS and 1894 µM for PFOA, as well as the median capacitation inhibition concentration (CIC50), which was 274 µM for PFOS and 1458 µM for PFOA, positioning to these two compounds in moderate toxicity towards spermatozoa. Subsequently, we evaluated the effect of ½ of the LC50, sublethal concentration, on the capacitation and acrosomal reaction (AR) processes and essential changes in PM during capacitation. The proportion of spermatozoa in capacitating conditions decreased when they were exposed to PFOS and PFOA, indicating that both toxins caused damage at the cellular level, which did not allow either of the two processes to end successfully. Several parameters essential for capacitation were analyzed to assess the mechanisms of damage. Intracellular calcium flux [Ca2+]i was increased in an unusual way that occurs during physiological capacitation. In addition, the Ca2+ influx induced by the integration of an ionophore was abated. It was also observed that 4 the membrane potential (Emv) was altered since there was no response with the addition of Valinomycin and KCl. These results led us to think damage occurs at the membrane level, so we evaluated and identified that the integrity of the PM was altered in 49 % of the spermatozoa when exposed to PFOS and 47 % to PFOA. Other alterations in the membrane during capacitation in the presence of the PFAS studied were the inhibition of cholesterol efflux, essential for sperm capacitation, as well as a change in the redistribution of L-fucose, a sugar residue relevant for fertilization. There were changes in membrane microdomain reorganization and F-actin polymerization, both important for sperm signaling. These results indicate that PFOS and PFOA damage the physiology of pig spermatozoa during capacitation and AR due to the damage and dysfunction present in the PM.
Los espermatozoides sufren un proceso complejo llamado capacitación durante su recorrido en el tracto reproductor femenino. En este proceso ocurre un conjunto de eventos bioquímicos que tienen como fin la fertilización. Algunos compuestos tóxicos pueden interferir en este proceso, incluidos las sustancias perfluoroalquílicas (PFAS) o también llamados compuestos perfluorados (PFCs) como el sulfonato de perfluorooctano (PFOS) y el ácido perfluorooctanoico (PFOA). Ambos se han enlistado como contaminantes orgánicos persistentes y se encuentran en muchos materiales de uso cotidiano, tienen la capacidad de acumularse en organismos, lo que se ha asociado con problemas de fertilidad. En este estudio nos enfocamos en evaluar los efectos deletéreos de PFOS y PFOA sobre la funcionalidad de los espermatozoides de cerdo y los cambios en la membrana plasmática (MP) durante capacitación. Identificamos la concentración letal media (CL50) que fue de 460 µM para PFOS y 1894 µM para PFOA, así como, la concentración de inhibición media de la capacitación (CIC50) que fue de 274 µM para PFOS y 1458 µM para PFOA, posicionando a estos dos compuestos en una toxicidad moderada hacia los espermatozoides. Posteriormente, evaluamos el efecto de ½ de la CL50, concentración subletal, sobre los procesos de capacitación y reacción acrosomal (RA), así como, en cambios importantes en la MP durante la capacitación. La proporción de espermatozoides en condiciones capacitantes disminuyó cuando fueron expuestos a PFOS y PFOA, lo que indica que ambos tóxicos generaron daño a nivel celular, lo que no permitió que se llevaran a cabo con éxito ninguno de los dos procesos. Para evaluar los mecanismos del daño, se analizaron varios parámetros esenciales para la capacitación. El flujo de calcio intracelular [Ca2+]i se incrementó de manera inusual a lo que ocurre durante la capacitación fisiológica. Además de que se abatió la entrada de Ca2+ inducida mediante la integración de un ionóforo. También se observó que el potencial de membrana (Emv) se alteró ya que no hubo respuesta con la adición de Valinomicina y KCl. Estos resultados nos llevaron a pensar que el daño se produce a nivel membranal, por lo que evaluamos e identificamos que la integridad de la MP se encontraba alterada en un 49 % de los espermatozoides ante la exposición con PFOS y un 47 % para PFOA. Otras alteraciones en la membrana durante la capacitación en presencia de los PFAS estudiados han sido la inhibición de la salida del colesterol que es indispensable para la capacitación espermática y un cambio en la redistribución de la L-fucosa, un residuo de azúcar relevante para la fertilización. Se presentaron cambios en la reorganización de los microdominios de membrana y en la polimerización de actina-F, ambos importantes para la señalización del espermatozoide. Estos resultados indican que PFOS y el PFOA producen daño en la fisiología de los espermatozoides de cerdo, durante la capacitación y la RA debido al daño y a la disfunción presente en la MP.
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