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The role of melatonin in sperm from two aquaculture fish species with reproductive problems: Solea senegalensis and Anguilla anguilla
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Authors
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Abstract(s)
Melatonin can be found in all types of organisms, from multicellular to unicellular. It is widely known for its role in circadian system synchrony, including reproductive cycle control. This molecule is multifunctional, contributing to various cellular mechanisms involving cell homeostasis and oxidative damage protection. Thus, melatonin potential in sperm biology has gain attention as it could improve spermatozoa performance. Although in other vertebrates, melatonin supplementation has exhibited great improvements, in seawater fish species, there are no reports concerning its effects. Therefore, in a first experiment, the effects of melatonin in sperm motility using different concentrations and exposure times were evaluated in two cultured fish species with reproductive dysfunctions, the European eel, and the Senegalese sole. This enabled to better understand the cellular mechanisms by which melatonin can take part in spermatozoa motility. Regarding the European eel, there were no differences in sperm motility among different melatonin concentrations or exposure times, which may be related to MeOH tolerance in this species sperm. In the Senegalese sole, the sperm motility was significantly lower throughout melatonin exposure time suggesting that sperm quality decrease could be allied with DMSO toxicity. However, in 0.1 and 10 mM concentrations, there was a slight increase in spermatozoa motility. Although the motility descriptors were not significantly different, this improvement could be related with melatonin ability to freely cross the spermatozoa membrane cell. A second experiment was conducted to explore melatonin protective effect during sperm cryopreservation in Senegalese sole, following a described protocol for this species as a control versus two melatonin supplementations (0.1 and 10 mM). The post-thawed sperm was evaluated for motility, viability, DNA fragmentation, lipid peroxidation, ROS, and apoptosis detection. The 10 mM melatonin supplement exhibited significantly lower spermatozoa viability combined with higher percentages of late apoptotic cells dead by caspases. Therefore, it suggests that lower melatonin concentrations may provide a better effect in cell protection against apoptotic events triggered by ROS production. Altogether, the obtained results in both experiments emphasize the melatonin species-specificity effect and the necessity of exploring other concentrations with different techniques in fish sperm.
A melatonina pode ser encontrada em diversos organismos, desde multicelulares a unicelulares. É amplamente conhecida pela sua importância no controlo do sistema circadiano, incluindo o controlo do ciclo reprodutivo. Esta molécula é multifuncional, uma vez que contribui para vários mecanismos celulares, como na homeostasia celular e na proteção contra danos derivados do stress oxidativo. Deste modo, o potencial do uso da melatonina na biologia espermática tem ganho interesse, pois demonstrou melhorar a performance dos espermatozoides a diferentes níveis funcionais. Em diferentes espécies de vertebrados, a suplementação do sémen com melatonina traduziu-se numa melhoria na sua mobilidade e viabilidade. No entanto, não existem estudos semelhantes em espécies de peixes marinhos. Como tal, o primeiro objetivo deste trabalho foi precisamente determinar que efeito exerce a melatonina sobre a mobilidade espermática, através da suplementação do sémen com diferentes concentrações de melatonina e durante vários tempos de exposição em duas espécies de peixe com problemas reprodutivos, a enguia Europeia (A. anguilla) e o linguado Senegalês (S. senegalensis). Neste estudo foram considerados diferentes mecanismos celulares pelos quais a melatonina pode influenciar a mobilidade espermática destas espécies. No caso da enguia Europeia, não houve diferenças significativas na mobilidade entre as diferentes concentrações de melatonina nem entre os tempos de exposição, o que poderá estar relacionado com a tolerância ao metanol, usado nesta espécie para dissolver a melatonina. No linguado Senegalês, a mobilidade foi significativamente menor ao longo do tempo de exposição, o que sugere a perda contínua da qualidade do esperma aliada à toxicidade do DMSO. No entanto, a suplementação de melatonina com concentrações de 0.1 e 10 mM, induziu um ligeiro aumento na mobilidade dos espermatozoides nesta espécie. Embora os parâmetros de mobilidade não tenham sido significativamente diferentes, este aumento pode estar relacionado com a capacidade da melatonina de atravessar livremente a membrana celular dos espermatozoides, atuando em compartimentos subcelulares importantes na performance dos mesmos. Na segunda experiência, o objetivo foi investigar o efeito da melatonina em sémen criopreservado de linguado Senegalês, seguindo um protocolo previamente descrito para esta espécie que serviu como controlo versus duas concentrações de melatonina escolhidas para esta experiência (0.1 e 10 mM). Os resultados das análises de mobilidade, viabilidade, fragmentação do DNA, peroxidação lipídica, geração de espécies reativas de oxigénio e deteção de caspases foram utilizados para avaliar o efeito da suplementação da melatonina na solução crioprotetora. A suplementação de melatonina a 10 mM diminui a viabilidade do sémen criopreservado e aumentou a percentagem de células apoptóticas mortas por ação enzimática das caspases, ambas de forma significativa. Portanto, é possível sugerir que menores concentrações de melatonina poderão proporcionar um efeito mais proeminente na proteção celular contra eventos apoptóticos desencadeados pela produção de espécies reativas de oxigénio. Em conjunto, os resultados obtidos nesta tese sugerem que a suplementação do sémen com melatonina pode ter um efeito dependente da concentração e da espécie em causa, de forma semelhante a outros antioxidantes. Para além disso, salienta a necessidade de explorar outras concentrações de suplementação com melatonina, bem como diferentes técnicas de avaliação da qualidade do sémen criopreservado, como por exemplo, o potencial membranar da mitocôndria. Este trabalho representa um ponto de partida para estudos futuros nesta área, que permitirão a otimização da qualidade do sémen criopreservado de peixes, através da suplementação com melatonina.
A melatonina pode ser encontrada em diversos organismos, desde multicelulares a unicelulares. É amplamente conhecida pela sua importância no controlo do sistema circadiano, incluindo o controlo do ciclo reprodutivo. Esta molécula é multifuncional, uma vez que contribui para vários mecanismos celulares, como na homeostasia celular e na proteção contra danos derivados do stress oxidativo. Deste modo, o potencial do uso da melatonina na biologia espermática tem ganho interesse, pois demonstrou melhorar a performance dos espermatozoides a diferentes níveis funcionais. Em diferentes espécies de vertebrados, a suplementação do sémen com melatonina traduziu-se numa melhoria na sua mobilidade e viabilidade. No entanto, não existem estudos semelhantes em espécies de peixes marinhos. Como tal, o primeiro objetivo deste trabalho foi precisamente determinar que efeito exerce a melatonina sobre a mobilidade espermática, através da suplementação do sémen com diferentes concentrações de melatonina e durante vários tempos de exposição em duas espécies de peixe com problemas reprodutivos, a enguia Europeia (A. anguilla) e o linguado Senegalês (S. senegalensis). Neste estudo foram considerados diferentes mecanismos celulares pelos quais a melatonina pode influenciar a mobilidade espermática destas espécies. No caso da enguia Europeia, não houve diferenças significativas na mobilidade entre as diferentes concentrações de melatonina nem entre os tempos de exposição, o que poderá estar relacionado com a tolerância ao metanol, usado nesta espécie para dissolver a melatonina. No linguado Senegalês, a mobilidade foi significativamente menor ao longo do tempo de exposição, o que sugere a perda contínua da qualidade do esperma aliada à toxicidade do DMSO. No entanto, a suplementação de melatonina com concentrações de 0.1 e 10 mM, induziu um ligeiro aumento na mobilidade dos espermatozoides nesta espécie. Embora os parâmetros de mobilidade não tenham sido significativamente diferentes, este aumento pode estar relacionado com a capacidade da melatonina de atravessar livremente a membrana celular dos espermatozoides, atuando em compartimentos subcelulares importantes na performance dos mesmos. Na segunda experiência, o objetivo foi investigar o efeito da melatonina em sémen criopreservado de linguado Senegalês, seguindo um protocolo previamente descrito para esta espécie que serviu como controlo versus duas concentrações de melatonina escolhidas para esta experiência (0.1 e 10 mM). Os resultados das análises de mobilidade, viabilidade, fragmentação do DNA, peroxidação lipídica, geração de espécies reativas de oxigénio e deteção de caspases foram utilizados para avaliar o efeito da suplementação da melatonina na solução crioprotetora. A suplementação de melatonina a 10 mM diminui a viabilidade do sémen criopreservado e aumentou a percentagem de células apoptóticas mortas por ação enzimática das caspases, ambas de forma significativa. Portanto, é possível sugerir que menores concentrações de melatonina poderão proporcionar um efeito mais proeminente na proteção celular contra eventos apoptóticos desencadeados pela produção de espécies reativas de oxigénio. Em conjunto, os resultados obtidos nesta tese sugerem que a suplementação do sémen com melatonina pode ter um efeito dependente da concentração e da espécie em causa, de forma semelhante a outros antioxidantes. Para além disso, salienta a necessidade de explorar outras concentrações de suplementação com melatonina, bem como diferentes técnicas de avaliação da qualidade do sémen criopreservado, como por exemplo, o potencial membranar da mitocôndria. Este trabalho representa um ponto de partida para estudos futuros nesta área, que permitirão a otimização da qualidade do sémen criopreservado de peixes, através da suplementação com melatonina.
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Keywords
Melatonina Sémen Linguado senegalês Enguia europeia Criopreservação