Evidencias sobre la existencia de la enzima óxido nítrico sintasa en el espermatozoide murino y su participación en el proceso de fertilización

• Autores: Herrero, María Belén
• Año de publicación: 1996
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Viggiano, Juan Marcelo
• Materia: ESPERMATOZOIDE; RATON; OXIDO NITRICO; OXIDO NITRICO SINTASA; REACCION ACROSOMAL; FERTILIZACION; PROSTAGLANDINAS; HIDROXIACIDOS; SPERMATOZOA; MOUSE; NITRIC OXIDE; NITRIC OXIDE SYNTHASE; ACROSOME REACTION; FERTILIZATION; PROSTAGLANDINS; HYDROXYACIDS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Virtualmente todas las células de mamíferos están bajo la influencia del radical libre denominado óxido nítrico (NO). Las enzimas responsables de la síntesis del NO se conocen como óxido nítrico sintasas (NOS 6 NO-sintasas). En mamíferos, se han clonado tres isoenzimas de la NO-sintasa. Las isoformas neuronal y endotelial son dependientes de Ca++ y se expresan constitutivamente, mientras que la isoforma inducible es Ca++ independiente y se induce en presencia de lipopolisacáridos y citocinas. Todas las isoformas pertenecen a la farnilia de los citocromos P-450, utilizan L-arginina como sustrato, con oxígeno molecular y nicotinamida adenina dinucleótido fosfato forma reducida (NADPH) como co-sustratos. Las funciones del NO fueron descriptas primeramente en tres sistemas fisiológicos (vascular, nervioso e inmune) y a partir de dicho estudio se fueron descubriendo funciones del NO en otros sistemas como el reproductor, respiratorio y excretor. En reproducción, se vio que el NO induce la erección peniana, estimula al factor liberador de la hormona luteinizante (LH-RH) y modula la síntesis de prostaglandinas uterinas y ováricas durante la luteólisis en la rata. Sin embargo, hasta el momento no se había descripto la participación del NO en el proceso de fertilización. En el presente trabajo se presentan evidencias de la existencia de la enzima NO-sintasa en la gameta masculina murina y su participación en la fertilización in vitro. Mediante ensayos farmacológicos determinamos que la adición de inhibidores específicos de la NO-sintasa (NG-nitro-L-arginina (NO2-arg) ó NG-nitro-L-arginina metil éster (L-NAME)) durante el proceso de capacitación in vitro disminuye el porcentaje de ovocitos fertilizados. Esta inhibición es estereoespecífica y depende de la concentración. Dado que el proceso de fertilización se encuentra afectado en presencia de L-NAME y NO2-arg, medimos la motilidad espermática y el patrón de hiperactivación. A los 120 min de incubación, el L-NAME disminuye el porcentaje de espermatozoides mótiles e hiperactivados, mientras que un generador de NO como el nitroprusiato de sodio (NP) acelera estos parámetros de manera concentración dependiente. Considerando que el NO también podía participar en la reacción acrosomal, medimos el efecto del L-NAME sobre espermatozoides reaccionados espontáneamente ó en presencia de un inductor fisiológico como la progesterona. En estos casos, la exocitosis acrosomal también se halla inhibida; la inhibición es estereoespecífica y depende de la concentración. Contrariamente, 0.1 mM de spermine-NONOate (generador de NO) estimula la reacción acrosomal en espermatozoides previamente capacitados a niveles semejantes a los obtenidos con 15 microM de progesterona. Luego de los ensayos farmacológicos, evidenciamos la presencia de la NO-sintasa espermática mediante ensayos inmunológicos. Por inmunofluorescencia indirecta localizamos la NO-sintasa en el acrosoma y en la cola de espermatozoides no capacitados. Durante la capacitación, la fluorescencia desaparece del acrosoma y se mantiene en el flagelo, otorgando a esta enzima un potencial significado fisiológico en el proceso de capacitación y/o de reacción acrosomal. Seguidamente, realizamos ensayos de Western Blot, los cuales nos permitieron demostrar que anticuerpos anti-NOS neuronal, endotelial e inducible reconocen una única fracción proteica de 140 kD bajo condiciones desnaturalizantes y no reductoras en espermatozoides frescos de ratón. Cuando realizamos los experimentos cinéticos, detectamos la presencia de formación de NO, medida como conversión de L-arginina a L-citrulina en espermatozoides intactos y vivos (condiciones in vivo). Los espermatozoides sintetizan NO durante el proceso de capacitación alcanzando un plateau a los 120- 180 min de incubación. Además, la producción de NO depende de la concentración de L-arginina presente en el medio de incubación y es inhibida por L-NAME pero no por aminoguanidina (inhibidor específico para la NO-sintasa de caracter inducible), sugiriendo la existencia de una NO-sintasa espermática de caracter constitutivo. Considerando que en los ensayos farmacológicos evidenciamos la participación de la NO-sintasa del espermatozoide en la exocitosis acrosomal inducida por progesterona, se estudió también la modulación de este esteroide sobre la formación de NO en espermatozoides capacitados. Así, observamos que 15 microM de progesterona estimula directamente la síntesis de NO durante el período ensayado (90-120 min). Basándonos en trabajos realizados en nuestro laboratorio intentamos relacionar al NO con la síntesis de prostaglandinas e hidroxiácidos. Para ello, en primer término, demostramos que los espermatozoides de ratón son capaces de sintetizar PGE2 e hidroxiácido 5-HETE y luego observamos que el NP estimula la síntesis de estos metabolitos en la gameta masculina. Sin embargo, la síntesis basal de prostaglandinas no se ve modificada en presencia de L-NAME. Los resultados de este trabajo evidencian por primera vez la presencia de la NO-sintasa en el espermatozoide de ratón y demuestran su participación en el proceso de fertilización, modulando la motilidad espermática y la exocitosis acrosomal. Podemos afirmar entonces, que el NO sintetizado por la NO-sintasa espermática, es necesario para que el espermatozoide pueda expresar su plena capacidad fertilizante in vitro.
Mammalian cells are all virtually exposed to the action of nitric oxide (NO). Nitric oxide synthases (NOS or NO-synthases) are the enzymes that catalyze the production of NO. Three distinct isoforms of NO-synthase have been cloned in mammals. The neuronal and the endothelial isoforms are Ca++-dependenat nd are constitutively expressed while the inducible isoform does not depend on Ca"' and is induced with bacterial products and cytokines. NO actions have been previously described in the vascular, the nervous and the immune systems. However, many other fbnctions are being shown in the reproductive, the respiratory and the urinary systems. In the reproductive field, it was found that NO induces penis erection, stimulates LH-RH factor and modulates prostaglandins synthesis in the rat uterus. Nevertheless, till now it was not described the role of NO in the fertilization process. Our results show that NO-synthase inhibitors (NO-nitro-L-arginina (NO,-arg) 6 No-nitro- L--arginina meti1 kster (L-NAME)) added at the onset of capacitation reduce the percentage of f e e d oocytes. This inhibition is stereospecific and depends on the concentration. Moreover, we demonstrate that L-NAME reduces the percentage of motile and hyperactivated spermatozoa at 120 min of incubation, while a nitric oxide donor named sodium nitroprusside (NP) accelerates hyperactivation in a concentration manner. We were then interested in searching the effect of NO-syntahse inhibitors on the spontaneous and progesterone-induced acrosome reaction. In these cases, the acrosomal exocytosis is inhibited, the inhibition is stereospecific and depends on the concentration. In contrast, 0.1 mM spermine-NONOate (NO donor) stimulates the progesterone-induced acrosome reaction. Then, we evidence the presence of sperm NO-synthase by immunological assays. Thus, we localized NO-synthase in the acrosome and tail of non capacitated mouse spermatozoa by the immunofluorescence technique. During capacitation the fluorescence disappears in the acrosome and it persists in the tail. Besides, under denaturing and non reducing conditions, Western Blot analysis of solubilized sperm proteins reveal a unique band of Mr=140 kD with the three NO-synthase antisera tested (neuronal, endothelial and inducible isoforms). By means of kinetics assays, we detect the production of NO by intact spermatozoa (in vivo conditions). During the capacitation period (120 min), lo7 spermatozoa are capable to synthesize 7*2 picomoles of NO. Besides, NO formation depends on the incubation periodand on the concentration of L-arginine present in the incubation medium. Different concentrations of L-NAME but not aminoguanidine, inhibit L-['JC]citrulline formation, suggesting that sperm NO-synthase is a constitutive isoform. In the pharmacological assays, we demonstrated that NO-synthase may be involved in the progesterone-induced acrosome reaction; so we studied the effect of this steroid on the production of NO by capacitated sperm. In this set of experiments we show that 15 pM progesterone stimulates NO formation in spermatozoa. Based on studies done in our laboratory, we finally intend to relate NO to prostaglandins and hydroxyacids synthesis. We first demonstrate that mouse spermatozoa synthesize PGE, and 5-HETE and that these synthesis are stimulated by NP. However, L-NAME does not inhibit these basal synthesis. The results presented here evidence for the first time the presence of NO-synthase in the murine male gamete and the role of this enzyme in the fertilization process: sperm NO-synthase modulates sperm motility and the acrosomal exocytosis. So, we can say that NO, synthesized by sperm NO-synthase is necessary for spermatozoa to express its full fertilizing ability.
Fil: Herrero, María Belén. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.