نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 کرج، دانشگاه تهران، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی گروه علوم دامی
2 تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده کشاورزی، گروه علوم طیور
3 تبریز، دانشگاه تبریز، دانشکده کشاورزی، گروه علوم دامی
چکیده
هدف از این پژوهش مطالعه اثر مقادیر مختلف ترههالوز و سیستئین بر کیفیت اسپرم گاو بعد از انجماد-یخگشایی بود. در این مطالعه، نمونههای منی از سه رأس گاو نر جمعآوری و پس مخلوط شدن به شش بخش مساوی تقسیم شده و هر بخش با یکی از رقیق کنندههای زیر رقیق و منجمد شد. 1- فاقد سیستئین و ترههالوز (T0C0)، 2- دارای 5 میلیمول سیستئین و فاقد ترههالوز (T0C5)، 3- دارای 10 میلیمول سیستئین و فاقد ترههالوز (T0C10)، 4- فاقد سیستئین و دارای 100 میلیمول ترههالوز (T100C0)، 5- دارای 5 میلیمول سیستئین و 100 میلیمول ترههالوز (T100C5) و 6- دارای 10 میلیمول سیستئین و 100 میلیمول ترههالوز (T100C10). پس از یخگشایی، جنبایی، وضعیت آپوپتوزیس، زندهمانی، یکپارچگی غشای پلاسمایی و آکروزوم مورد ارزیابی قرار گرفت. دادههای بدست آمده در قالب آزمایش فاکتوریل 2×3 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. نتایج این آزمایش نشان میدهد که سیستئین اثری بر فراسنجههای حرکتی، وضعیت آپوپتوزیس، یکپارپگی غشای آکروزومی و زندهمانی اسپرم گاو پس از یخگشایی نداشته (P≥0.05) و در همه فراسنجههای فوق در گروه فاقد ترههالوز به طور معنیداری بهتر از گروه دارای ترههالوز بود (P≤0.05). همچنین، بررسی اثرات متقابل ترههالوز و سیستئین در این آزمایش نشان میدهد که تیمار T0C10 بیشترین زندهمانی (P≤0.05) و کمترین میزان اسپرمهای آپوپتوز شده را داشت. براساس این نتایج میتوان نتیجه گرفت که سیستئین اثری بر اسپرم گاو نداشته و ترههالوز اثر منفی بر کیفیت اسپرم گاو دارد.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
The effect of trehalose and cysteine on bull sperm quality after freezing
نویسندگان [English]
1 Department of Animal Science, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran
2 Department of Poultry Science, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modarres University, Tehran, I.R. of Iran
3 Department of Animal science, Faculty of Agriculture, University of Tabriz
چکیده [English]
The purpose of this study was to investigate the effect of different doses of trehalose and cysteine on bull frozen-thawed sperm quality. In this study, semen samples were collected from three healthy mature Holstein bulls by an artificial vagina. After primary evaluations, the samples were pooled to eliminate individual effects. Then, semen samples were divided into six equal parts and each part was extended and frozen with one of the following extenders. 1) without cysteine and trehalose (T0C0), 2) Five mM cysteine without trehalose (T0C5), 3) Ten mM cysteine without trehalose (T0C10), 4) A hundred mM trehalose without cysteine (T100C0), 5) Five mM cysteine with 100 mM trehalose (T100C5), 6) Ten mM cysteine with 100 mM trehalose (T100C10). Motility parameters, acrosome and membrane integrity and phosphatidylserine translocation assay were evaluated after thawing. All data were analyzed using a 2×3 factorial trail following data collection. The results of this study showed that cysteine had no effect on motion characteristics, apoptotic status, acrosome integrity and viability (P≥0.05). Also motion parameters, viability, acrosome and membrane integrity, in group without trehalose was higher than group containing that (P≤0.05). Regarding to interactive effects, the T0C10 group had higher amount of viability (P≤0.05) and lower necrotic sperms compared to rest of the groups. Based on the results, it can be concluded that cysteine had no remarkable effect and addition of Trehalose could negatively affects post-thawed bull sperm quality.
کلیدواژهها [English]
اثر ترههالوز و سیستئین بر کیفیت اسپرم گاو بعد از انجماد
مهدی ژندی1*، الهه نجاتی امیری1، اردشیر نجاتی جوارمی1، محسن شرفی2، افشین سیفیجمادی1، حسین واثقی دودران3
1 کرج، دانشگاه تهران، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، گروه علوم دامی
2 تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده کشاورزی، گروه علوم طیور
3 تبریز، دانشگاه تبریز، دانشکده کشاورزی، گروه علوم دامی
تاریخ دریافت: 10/5/96 تاریخ پذیرش: 13/9/96
چکیده
هدف ازاین پژوهش مطالعه اثر مقادیر مختلف ترههالوز و سیستئین بر کیفیت اسپرم گاو بعد از انجماد-یخگشایی بود. در این مطالعه، نمونههای منی از سه رأس گاو نر جمعآوری و پس مخلوط شدن به شش بخش مساوی تقسیمشده و هربخش بایکی از رقیقکنندههای زیر رقیق و منجمد شد. 1- فاقد سیستئین و ترههالوز (T0C0)، 2- دارای 5 میلیمول سیستئین و فاقد ترههالوز (T0C5)، 3- دارای 10 میلیمول سیستئین و فاقد ترههالوز (T0C10)، 4- فاقد سیستئین و دارای 100 میلیمول ترههالوز (T100C0)، 5- دارای 5 میلیمول سیستئین و 100 میلیمول ترههالوز (T100C5) و 6- دارای 10 میلیمول سیستئین و 100 میلیمول ترههالوز (T100C10). پساز یخگشایی، جنبایی، وضعیت آپوپتوزیس، زندهمانی، یکپارچگی غشای پلاسمایی و آکروزوم مورد ارزیابی قرارگرفت. دادههای بدست آمده در قالب آزمایش فاکتوریل2×3 مورد تجزیهوتحلیل قرارگرفتند. نتایج این آزمایش نشان میدهد که سیستئین اثری بر فراسنجههای حرکتی، وضعیت آپوپتوزیس، یکپارچگی غشای آکروزومی و زندهمانی اسپرم گاو پساز یخگشایی نداشته (0.05P≥) و در همه فراسنجههای فوق در گروه فاقد ترههالوز بهطور معنیداری بهتر از گروه دارای ترههالوز بود (0.05P≤). همچنین، بررسی اثرات متقابل ترههالوز و سیستئین در این آزمایش نشان میدهد که تیمار T0C10 بیشترین زندهمانی (0.05P≤) و کمترین میزان اسپرمهای آپوپتوز شده را داشت. براساس این نتایج میتوان نتیجه گرفت که سیستئین اثری بر اسپرم گاو نداشته و ترههالوز اثر منفی بر کیفیت اسپرم گاو دارد.
واژههای کلیدی: انجماد اسپرم، محافظت انجمادی، آنتیاکسیدان، منی گاو
* نویسنده مسئول، تلفن: 02632248082 ، پست الکترونیکی: mzhandi@ut.ac.ir
مقدمه
بیگمان تلقیح مصنوعی یکیاز موفقترین فناوریهای تولیدمثلی در صنعت گاو شیری است که بهعنوان یک ابزار ارزشمند در برنامههای ژنتیکی به شمار میرود (16). موفقیت در یک برنامه تلقیح مصنوعی به مدیریت صحیح جمعآوری، انجماد و یخگشایی بهینه منی و ذخیرهسازی مناسب آن بستگی دارد (2). گزارشهای بسیاری وجود دارد که نشان میدهند، فرایند انجماد–یخگشایی منجر به تولید گونههای فعال اکسیژن (ROS) میشود که در تحرک، استحکام غشا و باروری اسپرم اختلال ایجاد میکند و باعث واکنش زودهنگام آکروزومی، از دست دادن محتویات سلولی، کاهش جنبایی و باروری اسپرم میشود (7). تنش اکسیداتیو درنتیجه عدم تعادل بین تولید رادیکالهای آزاد و آنتیاکسیدانها رخ میدهد و میتواند منجر به تخریب، بدشکل شدن و احتمالاً ناباروری اسپرم شود. گزارششده است که از یکسو تولید رادیکالهای آزاد بهوسیله اسپرم، یک فرایند طبیعی فیزیولوژیک است و نقش بسیار مهمی را در فرایند فیزیولوژیکی اسپرم همانند ظرفیتدار شدن و واکنش آکروزومی ایفا میکند. اما از طرف دیگر، مقادیر بالای ROS عامل اصلی اختلال در عملکرد اسپرم است (6 و 12). علاوه برآن، گونههای فعال اکسیژن توسط اسپرمهای مرده، اکسیژن محیطی و یا اتمسفری تولید میشوند و باعث کاهش جنبایی (احتمالاً بهوسیله از دست دادن ATP داخل سلولی که منجر به آسیب آکسونمال میشود)، کاهش یکپارچگی غشا و درنهایت کاهش باروری میشوند (6 و 8).
غشای پلاسمایی یکیاز اجزای کلیدی سلول میباشد که باید در حین انجماد بهمنظور زندهماندن سلول به شکل مناسبی از آسیبهای ایجادشده حفظ شود (1). وجود مقدار زیاد اسیدهای چرب غیراشباع در غشا موجب مستعد شدن اسپرم به واکنش پراکسیداسیون لیپیدی در حضور رادیکالهای آزاد میشود (28). پژوهشهای مختلف نشان دادهاند که محافظت از غشای اسپرم در مقابل واکنش اکسیداتیو، توسط آنتیاکسیدانها صورت میگیرد. درواقع آنتیاکسیدانها با کاهش تشکیل، حذف و پاکسازی و غیرفعالسازی رادیکالهای آزاد، شرایط سلولی را بهگونهای تغییر میدهند که جنبایی و کیفیت اسپرم حفظ شود. بسیاری از ترکیبات نظیر برخی از عصارههای گیاهی، برخی مواد شیمیایی صنعتی و برخی از اسیدهای آمینه میتوانند بهعنوان آنتیاکسیدان فعالیت کرده و رادیکالهای آزاد را در محیط خنثی کنند (26). یکیاز اسیدآمینههایی که در پژوهشهای مختلف نقش آنتیاکسیدانی آن تأییدشده است، سیستئین است (6). سیستئین اسیدآمینهای با وزن مولکولی پایین است که دارای گروه تیول میباشد. گروههای تیول مانع از تشکیل پراکسید هیدروژن در اسپرم میشوند. همچنین، تیول پیشماده بیوسنتز گلوتاتیون درونسلولی است و سطح آن را افزایش میدهد. از سوی دیگر، سیستئین میتواند از فعالیت متابولیتهای سمی اکسیژن که باعث پراکسیداسیون لیپیدی غشای پلاسمایی اسپرم میشوند، جلوگیری کند (34).
یکی دیگر از عوامل اصلی تخریب سلول اسپرم طی فرایند انجماد، تشکیل کریستالهای یخ در داخل سلول است که درنهایت منجر به کاهش زندهمانی اسپرم میشود. یکی از راههای جلوگیری از تشکیل کریستالهای یخ، استفاده از قندها در رقیقکننده است (1و 3). قندها ترکیباتی هستند که در مطالعات مختلف، نقش سرما محافظی آنها اثبات شده است (16). افزون براین، قندها، نقشهای دیگری از قبیل فراهم کردن انرژی برای اسپرم (10) و حفظ فشار اسمزی رقیقکننده را نیز (1 و 29) ایفا میکنند. دراینبین و براساس گزارشهای مختلف، به نظر میرسد که دیساکارید ترههالوز اثر بهتری نسبت به سایر قندها بر اسپرم داشته باشد (1، 25و 36). برخی از پژوهشگران گزارش کردهاند که ترههالوز یک محیط هایپرتونیک ایجاد میکند و با ایجاد فشار اسمزی باعث دهیدراسیون اسمزی سلول قبل از انجماد میشود. این اثر، یخزدگی داخل سلولی را کاهش و باعث کاهش تعداد سلولهای آسیبدیده بهوسیله کریستالهای یخ میشود (30). در پژوهشی دیگر، گزارششده است که فرایند انجماد – یخگشایی، ظرفیتدار شدن اسپرم را تحریک و باعث کاهش باروری آن میشود. ترههالوز پتانسیل کاهش ظرفیتدار شدن را دارد و یکپارچگی آکروزوم را حفظ میکند (31). در خصوص اثر متقابل ترههالوز و سیستئین، گزارششده است که اثر افزودن همزمان ترههالوز و سیستئین باعث بهبود فراسنجههای کیفی اسپرم قوچ طی سردسازی شده است (13). علاوه بر آن بدر و همکاران (2014) گزارش کردند که ترکیب ترههالوز (5 میلیمول)، سیستئین (100 میلیمول) و هایپوتائورین (20 میلیمول) باعث بهبود فراسنجههای کیفی اسپرم گاومیش پس از یخگشایی میشود (5). بنابراین، باتوجه به این فرضیه که احتمالاً ترکیب ترههالوز و سیستئین بااثر همافزایی ایجادشده، سبب بهبود ویژگیهای اسپرم گاو پس از یخگشایی میشوند، هدف این پژوهش مطالعه اثر افزودن همزمان سطوح مختلف سیستئین بهعنوان یک آنتیاکسیدان و ترههالوز بهعنوان منبع قندی در رقیقکننده بر فراسنجههای کیفی اسپرم گاو بود.
مواد و روشها
جمعآوری منی: دراین پژوهش از منی سه راس گاو نر هلشتاین با میانگین سنی 5/2-2 سال استفاده شد. گاوهای نر در مرکز تولید و انجماد اسپرم در فیروزکوه (شرکت زرژن) نگهداری میشدند. جمعآوری منی با استفاده از واژن مصنوعی از گاوهای نر آموزشدیده، به مدت سه هفته و بهصورت دو بار در هفته (درمجموع 6 تکرار) انجام شد.
محیط انجماد: درپژوهش حاضر از رقیقکننده تجاری اپتیدیل (IMV، فرانسه) استفاده گردید. طبق راهنمای موجود برای رقیقکننده اپتیدیل، میزان 500 میلیلیتر مایع رقیقکننده در داخل 750 میلیلیتر آب دوبار تقطیر ریخته شده و سپس به مدت 5 دقیقه روی شیکر (IMV، فرانسه) با دمای 50 درجه سانتیگراد هم زده شد. پسازآن، رقیقکننده پایه داخل حمام آب 37 درجه سانتیگراد قرارداده شد. تیمارهای آزمایش بهصورت ترکیب دو سطح از ترههالوز (شامل سطوح صفر و 100 میلیمول) و سه سطح سیستئین (شامل سطوح صفر، 5 و 10 میلیمول) در قالب طرح فاکتوریل 3×2 [6 تیمار شامل: 1- رقیقکننده فاقد سیستئین و ترههالوز (T0C0)، 2- رقیقکننده دارای 5 میلیمول سیستئین و فاقد ترههالوز (T0C5)، 3- رقیقکننده دارای 10میلیمول سیستئین و فاقد ترههالوز (T0C10)، 4- رقیقکننده فاقد سیستئین و دارای 100 میلیمول ترههالوز (T100C0)، 5- رقیقکننده دارای 5 میلیمول سیستئین و 100 میلیمول ترههالوز (T100C5) و 6- رقیقکننده دارای 10 میلیمول سیستئین و 100 میلیمول ترههالوز (T100C10)] آماده شدند.
فرآوری و انجماد منی: پساز جمعآوری منی، نمونهها بهطور همزمان در حمام خشک 37 درجه سانتیگراد قرارگرفتند و بررسیهای ابتدایی نظیر ارزیابی جنبایی به روش چشمی و بهوسیله میکروسکوپ نوری و تعیین غلظت بهوسیله لام هموسایتومتر روی آنها انجام شد. نمونههایی با غلظت بیشتر از 109 × 2 اسپرم در میلیلیتر، جنبایی پیشرونده بیشتر از 75 درصد در هر انزال بهعنوان منی بهینه در نظر گرفته شد (14). پس از اطمینان از بهینه بودن کیفیت نمونهها، برای از میان برداشتن اثرات فردی، نمونهها با یکدیگر آمیخته شدند و به شش قسمت مساوی (به تعداد تیمارهای آزمایش) تقسیم شدند. رقیقسازی تیمارها تا رسیدن به غلظت پایانی اسپرم به میزان 106 × 100 اسپرم در هر میلیلیتر انجام شد. پسازاین مرحله، لولههای آزمایش به مدت 10 دقیقه در حمام آب 37 درجه سانتیگراد قرار دادهشده و سپس به مدت 150 دقیقه داخل کابینت سرد (IMV، فرانسه) در 4 درجه سانتیگراد قرارداده شدند. پس از گذشت این زمان، نمونههای داخل کابینت سرد به درون پایوتهای 25/0 میلیلیتری (IMV، فرانسه) کشیده شدند. در گامه بعد، پایوتهای پرشده برای انجماد در داخل دستگاه قابلبرنامهریزی انجماد اسپرم (IMV، فرانسه) گذاشته شدند. سپس دما تا رسیدن به 10- درجه سانتیگراد با سرعت منفی 3 درجـه در هـردقیقه کاهش یافت تا از رسیدن هرگونه شوک دمایی در این مرحله حساس جلوگیری شود و پسازاین دما که مرحله کریستال شدن شروع میشود دما با سرعت منفی 40 درجـه سـانتیگراد در هر دقیقه به 110- درجه سانتیگراد رسید. سپس دما با سرعت منفی 20 درجه سانتیگراد در هر دقیقه به 140- درجه سانتیگراد رسید. پس از رسیدن دما به 140- درجه سانتیگراد، نمونهها بهسرعت برداشته شدند و بیدرنگ در درون لیوانهای پر از ازت قرارگرفته و درنهایت در تانک ازت برای مدت یک ماه ذخیره شدند.
ارزیابی اسپرم پس از یخگشایی:
جنبایی: در این پژوهش، یخگشایی در دمای 37 درجه سانتیگراد و به مدت 30 ثانیه صورت گرفته و فراسنجههای جنبایی با میکروسکوپ نوری– فاز کنتراست و با استفاده از نرمافزار CASA (Sperm Class analyzer (SCA), Version 5.1; Microptic, Barcelona, Spain) ارزیابی شد. فراسنجههای جنبایی شامل جنبایی پیشرونده (PM)، سرعت واقعی اسپرم درمسیر طی شده ( VCL)، سرعت اسپرم در خط مستقیم (VSL)، میانگین سرعت در مسیر مستقیم (VAP)، معیار خطی بودن حرکت اسپرم (LIN)، معیار مستقیم بودن حرکت اسپرم (STR)، متوسط زاویه چرخش (WOB)، حداکثر دامنه حرکات جانبی (ALH) و متوسط زاویه چرخش (MAD)، فرکانس حرکات جانبی (BCF) بودند.
فعالیت غشاء اسپرم: دراین پژوهش، برای تعیین فعالیت غشای اسپرم از آزمون HOS استفاده شد. باتوجه به اینکه اسمولاریتی محیط این آزمون، 100 میلیاسمول در کیلوگرم و اسمولاریتهی موردنیاز برای اسپرم گاو 525 – 425 میلیاسمول در کیلوگرم است. بنابراین، اسپرم با قرارگرفتن در یک محیط با اسمولاریتی پایین بهسرعت واکنش میدهد و انتهای دم آنها گره میخورد. بدیهی است که تنها اسپرمهای زنده و دارای غشای فعال (سالم) توانایی دارند بهاین محیط واکنش دهند. برای ساخت محیط HOS، 9/0 گرم فروکتوز و 49/0 گرم سدیم سیترات در 100 میلیلیتر آب مقطر حل شد (20). سی میکرولیتر از منی یخگشایی شده به 300 میکرولیتر از محیط هایپواسموتیک HOS افزوده شد. سپس 30 دقیقه در دمای 37 درجه سانتیگراد انکوبه شد. پس از گذشت این زمان، از نمونهها اسلاید تهیهشده و تعداد 200 اسپرم از هر اسلاید شمارش شد و درصد اسپرمهای بادم گرهخورده و متورم (دارای غشای فعال) محاسبه شد.
یکپارچگی آکروزوم: برای اندازهگیری یکپارچگی آکروزم از روشی که توسط تس و همکاران (2009) توضیح دادهشده بود باکمی تغییرات استفاده شد (32). در این روش، 500 میکرولیتر از اسپرم یخگشایی شده
(106×1 اسپرم/میلیلیتر) در میکروتیوپی ریخته و با سرعتی معادل g 600 به مدت 10 دقیقه سانتریفیوژ شد. سپس محلول رویی بیرون ریخته شده و پلت اسپرم در 50 میکرولیتر اتانول 96 درصد حل شد. پس از مخلوط شدن کامل اسپرم با اتانول، محلول بدست آمده به مدت 30 دقیقه در دمای 4 درجه سانتیگراد نگهداری شد. سپس، 20 میکرولیتر از محلول روی یک لام قرار دادهشده و به شکل یکلایه نازک پخش شد تا اتانول نمونه کاملاً تبخیر گردد. پسازاین مرحله، 20 میکرولیتر رنگ PSA (Pisum sativum agglutinin) روی نمونه ریخته شده و به مدت 10 تا 15 دقیقه در دمای 4 درجه سانتیگراد نگهداری شد. اسلاید بدست آمده با استفاده از آب مقطر (15 بار) شستشو شده و پس از خشک شدن و آغشته شدن با گلیسرول، لامل گذاری شد. سپس، 200 اسپرم در هر اسلاید با میکروسکوپ فلورسنت (Olympus, BX51, Japan) ارزیابی شد. اسپرمهایی با سر، سبز بهعنوان آکروزوم سالم و اسپرم دارای یک کمربند سبز در قسمت استوایی یا بدون رنگ فلورسنت سبز بهعنوان اسپرمهای با آکروزم تخریبشده در نظر گرفته شدند (شکل 1) (9).
شکل 1- اسپرمهای رنگآمیزی شده بارنگ PSA برای سنجش یکپارچگی آکروزوم.
ارزیابی وضعیت آپوپتوزیس ( جابجایی فسفاتیدیل
سرین): برای سنجش جابجایی فسفاتیدیل سرین اسپرم از کیت آنکسین-V (Immune Quality Products (IQP), Groningen, The Netherlands) و براساس دستورالعمل ارائهشده توسط شرکت سازنده استفاده شد. آنکسین-V یک پروب وابسته به کلسیم است که میتواند بیرون آمدن فسفاتیدیل سرین را در غشای اسپرم مشخص نماید. در مرحله نخست، اسپرم در یک بافر کلسیم شستشو داده شده و با غلظت یکمیلیون اسپرم در هر میلیلیتر محلول تنظیم شد. سپس، 10 میکرولیتر آنکسین-V متصل به پروب FITC به 100 میکرولیتر از محلول اسپرم اضافهشده و به مدت 20 دقیقه روی یخ انکوبه شد. پسازآن، 10 میکرولیتر رنگ پروپیدیوم آیوداید (PI) به محلول اضافهشده و محلول بدست آمده مجدداً به مدت 10 دقیقه روی یخ انکوبه شد. سپس، برای هر نمونه 10000 رخداد بهوسیله دستگاه فلوسایتومتر (Becton Dickinson, San Khosoz, CA, USA) ثبت شد. اسپرمها به چهار گروه زیر تقسیم شدند: اسپرمهای آپوپوتوز نشده ( آنکسین منفی و PIمنفی)، اسپرمهایی که اوایل مرحله آپوپتوز بودند (آنکسین مثبت و PI منفی)، اسپرمهایی که در اواخر مرحله آپوپتوز بودند (آنکسین منفی و PI مثبت) و اسپرمهای نکروز شده (آنکسین مثبت و PI مثبت) (35).
آنالیز آماری: این آزمایش در قالب طرح آماری فاکتوریل 3 × 2 با شش تکرار انجام شد. دادهها بهصورت میانگین حداقل مربعات ± انحراف معیار میانگین (Lsmean ± SEM) نشان دادهشدهاند. دادهها با نرمافزار آماری SAS 9.1 (24) و به رویهی Mixed با استفاده از مدل آماری زیر تجزیه و تحلیل شدند. برای مقایسه میانگینهای بدست آمده از آزمون توکی استفاده شد.
Yijkl=μ+Ci+Tj+Rk+CTij+eijkl
Yijkl: مشاهدات، μ: میانگین جامعه، Ci: اثر سیستئین (i=1, 2, 3)، :Tj اثر ترهالوز (j=1, 2)، Rk: اثر تکرار (j=1, 2, …, 6)، TCij: برهمکنش ترههالوز و سیستئین، eilk: اثرات باقیمانده.
نتایج
نتایج حاصل از این آزمایش نشان میدهد که سیستئین اثری بر فراسنجههای حرکتی اسپرم گاو پساز یخگشایی ندارد (0.05P≥). همچنین، میزان جنبایی پیشرونده، سایر فراسنجههای حرکتی، یکپارچگی غشای پلاسمایی و یکپارچگی آکروزوم و زندهمانی گروه T0 بیشتر از گروه T100 بودند (0.01P≤). نتایج گزارششده حاکی از آن است که اثر متقابل ترههالوز و سیستئین بر فراسنجههای جنبایی، یکپارچگی غشای پلاسمایی یکپارچگی آکروزوم و زندهمانی ازنظر آماری معنیدار نبودند (جدول 1 و 2).
جدول 1- اثر سطوح مختلف ترههالوز و سیستئین بر فراسنجههای جنبایی، یکپارچگی آکروزم و غشای پلاسمایی اسپرم گاو پس از یخگشایی.
فراسنجه |
ترههالوز (T) (میلیمول) |
سیستئین (C) (میلیمول) |
P value |
|||||||
صفر |
100 |
SEM |
صفر |
5 |
10 |
SEM |
ترههالوز (T) |
سیستئین (C) |
T×C |
|
جنبایی پیشرونده (%) |
15/58a |
82/13b |
18/2 |
17/35 |
59/34 |
19/38 |
68/2 |
** |
ns |
ns |
(μm/s) VAP |
24/45a |
94/17b |
39/1 |
89/30 |
38/32 |
51/31 |
69/1 |
** |
ns |
ns |
(μm/s) VSL |
77/35a |
23/12b |
29/1 |
86/23 |
46/24 |
69/23 |
59/1 |
** |
ns |
ns |
(μm/s) VCL |
34/66a |
92/31b |
74/1 |
47/15 |
56/50 |
67/49 |
13/2 |
** |
ns |
ns |
(μm) ALH |
89/2a |
46/2b |
07/0 |
54/2 |
79/2 |
69/2 |
09/0 |
** |
ns |
ns |
(%) LIN |
85/53a |
19/38b |
74/1 |
38/47 |
26/45 |
41/45 |
13/2 |
** |
ns |
ns |
(%) STR |
83/78a |
33/67b |
49/1 |
86/73 |
20/72 |
18/73 |
83/1 |
** |
ns |
ns |
(Hz) BCF |
53/11a |
41/7b |
26/0 |
61/9 |
25/9 |
54/9 |
31/0 |
** |
ns |
ns |
a و b: میانگینهای دارای حروف غیرمشابه نشاندهندهی وجود تفاوت معنیدار میباشد (**: P ≤ 0.01، ns: عدم وجود تفاوت معنیدار)
جدول 2- اثر سطوح مختلف ترههالوز و سیستئین بر یکپارچگی و فعالیت غشای پلاسمایی و یکپارچگی غشای آکروزومی اسپرم گاو پس از یخگشایی.
فراسنجه(%) |
ترههالوز (T) (میلیمول) |
سیستئین (C) (میلیمول) |
P value |
|||||||
صفر |
100 |
SEM |
صفر |
5 |
10 |
SEM |
ترههالوز (T) |
سیستئین (C) |
T×C |
|
یکپارچگی غشای پلاسمایی (%) |
a44/58 |
b77/42 |
92/3 |
00/57 |
00/54 |
83/40 |
80/4 |
** |
ns |
ns |
فعالیت غشای پلاسمایی (%) |
a50/53 |
a22/32 |
37/2 |
50/39 |
83/45 |
25/43 |
90/2 |
** |
ns |
ns |
یکپارچگی غشای آکروزومی (%) |
a33/50 |
b58/57 |
38/2 |
00/60 |
87/51 |
00/50 |
92/2 |
* |
ns |
ns |
a و b: میانگینهای دارای حروف غیرمشابه نشاندهندهی وجود تفاوت معنیدار میباشد (**: P ≤ 0.01، *: P ≤ 0.05، ns: عدم وجود تفاوت معنیدار)
نتایج ارائهشده در جدول 3 نشان میدهد که سطوح مختلف سیستئین هیچ اثری بر میزان اسپرمهای زنده (آپوپتوز نشده) نداشته است (0.05P≥). همچنین، افزودن ترههالوز باعث کاهش میزان اسپرمهای زنده و افزایش میزان اسپرمها در مرحله نهایی آپوتوزیس نسبت به گروه فاقد ترههالوز شده است (0.05P≤).
جدول 3- اثر سطوح مختلف ترههالوز و سیستئین بر وضعیت آپوپتوز اسپرم گاو پس از فرآیند یخگشایی.
فراسنجه(%) |
ترههالوز (T) (میلیمول) |
سیستئین (C) (میلیمول) |
P value |
|||||||
صفر |
100 |
SEM |
صفر |
5 |
10 |
SEM |
ترههالوز (T) |
سیستئین (C) |
T×C |
|
اسپرم زنده |
a82/62 |
b03/48 |
24/1 |
69/55 |
03/55 |
55/55 |
52/1 |
** |
ns |
** |
اسپرم در مرحله اولیه آپوپتوز |
67/4 |
83/5 |
63/1 |
57/4 |
83/6 |
34/4 |
99/1 |
ns |
ns |
ns |
اسپرم مرحله در نهایی آپوپتوز |
a61/3 |
b07/9 |
74/1 |
36/4 |
32/10 |
35/4 |
14/2 |
* |
ns |
* |
اسپرم نکروز شده |
80/28 |
41/37 |
00/3 |
36/35 |
80/27 |
75/35 |
68/3 |
ns |
ns |
ns |
a و b: میانگینهای دارای حروف غیرمشابه نشاندهندهی وجود تفاوت معنیدار میباشد (**: P ≤ 0.01، *: P ≤ 0.05، ns: عدم وجود تفاوت معنیدار)
نتایج گزارششده در نمودارهای 1 و 2 اثرات متقابل سطوح مختلف ترههالوز و سیستئین در مورد اسپرمهای زنده و اسپرمهای در مرحله نهایی آپوپتوزیس را نشان میدهد. تیماری که حاوی 10 میلیمول سیستئین و بدون ترههالوز بود (T0C10) بیشترین زندهمانی (0.05P≤) و کمترین میزان اسپرمهای آپوپتوز شده را نشان داده است. براساس این نتایج، نامطلوبترین ترکیب، گروه تیماری حاوی 100 میلیمول ترههالوز و 10 میلیمول سیستئین (T100C10) بوده است (0.05P≥ ).
نمودار 1- اثر متقابل سطوح مختلف ترههالوز و سیستئین بر میزان زندهمانی اسپرمها. T0C0: رقیقکننده بدون ترهالوز و بدون سیستئین، T0C5:رقیقکننده بدون ترهالوز و حاوی 5 میلیمول سیستئین، T0C10: رقیقکننده بدون ترهالوز و حاوی 10 میلیمول سیستئین، T100C0:رقیقکننده حاوی 100 میلیمول ترهالوز و بدون سیستئین، T100C5:رقیقکننده حاوی 100 میلیمول ترهالوز و 5 میلیمول سیستئین و T100C10:رقیقکننده حاوی 100 میلیمول ترهالوز و 10 میلیمول سیستئین.
نمودار 2- اثر متقابل سطوح مختلف ترههالوز و سیستئین بر میزان اسپرمهایی که در مرحله نهایی آپوپتوز هستند. T0C0: رقیقکننده بدون ترهالوز و بدون سیستئین، T0C5:رقیقکننده بدون ترهالوز و حاوی 5 میلیمول سیستئین، T0C10: رقیقکننده بدون ترهالوز و حاوی 10 میلیمول سیستئین، T100C0:رقیقکننده حاوی 100 میلیمول ترهالوز و بدون سیستئین، T100C5:رقیقکننده حاوی 100 میلیمول ترهالوز و 5 میلیمول سیستئین و T100C10:رقیقکننده حاوی 100 میلیمول ترهالوز و 10 میلیمول سیستئین.
بحث
نتایج مطالعه حاضر نشان داد که افزودن 100 میلیمول ترههالوز به رقیقکننده باعث کاهش شدید فراسنجههای حرکتی، زندهمانی و یکپارچگی غشای پلاسمایی اسپرم میشود. این نتایج برخلاف نتایج نجفی و همکاران (2013) در ارتباط بااثر این دیساکارید بر ویژگیهای اسپرم قوچ بود. آنها گزارش کردند که افزودن 100 میلیمول ترههالوز به همراه 5 درصد گلیسرول باعث افزایش معنیدار جنبایی کل و پیشرونده و زندهمانی اسپرمها میشود (21). همچنین، در مطالعهای دیگر، پژوهشگران میزان بهینه ترههالوز در محافظت از اسپرم قوچ را 50 میلیمول برآورد کردند (8). در مقابل، نتایج پژوهش حاضر با مطالعهی اسکوایرز و همکاران (2004)که اثر سرما محافظهای مختلف را در بهبود ویژگیهای اسپرم اسب بررسی کردند، مطابقت داشت. آنها گزارش کردند که ترههالوز نتوانست تفاوت معنیداری در جنبایی کل و پیشرونده و زندهمانی اسپرم اسب، نسبت به گلوکز و رافینوز ایجاد نماید (29). همچنین مدودو و همکاران (2010) گزارش کردند که ترههالوز هیچ اثر مثبتی بر زندهمانی، یکپارچگی DNA و سطح ATP اسپرمهای یخگشایی شده خروس و کبک بربری نداشت (17). به نظر میرسد نتایج متفاوت در پژوهشهای مختلف به دلیل تأثیرگذاری متفاوت ترههالوز در گونهها و شرایط مختلف آزمایشی باشد، بهگونهای که حتی در دو مطالعه متفاوت که روی قوچ صورت گرفته است پژوهشگران دوزهای متفاوتی از ترههالوز را بهعنوان دوز مؤثر گزارش کردهاند (8 و 21).
تنش اکسیداتیو فرایندی تحت تأثیر رادیکالهای آزاد است که مهمترین دلیل کاهش باروری اسپرم است. طی فرایند انجماد- یخگشایی مهمترین عواملی که با افزایش میزان رادیکالهای آزاد در اسپرم باعث القای مرگ برنامهریزیشده (آپوپتوز) و کاهش جنبایی و به دنبال آن کاهش باروری در گاو (27)، گوسفند و بز (19) و اسب (26) میشوند عبارتند از: شوک سرمایی ناشی از تشکیل کریستالهای یخ، ترکیبات رقیقکننده، نرخ سردسازی و تنش اسمزی. در این راستا و بر اساس مطالعات صورت گرفته اولین و شناختهشدهترین راهکار برای مقابله با اثرات منفی رادیکالهای آزاد، استفاده از آنتیاکسیدانها در رقیقکننده است. سیستئین اسیدآمینهای حاوی گوگرد (گروه تیول) است که اثر آنتیاکسیدانی آن در اسپرم گاو (23)، خروس (22) و قوچ (8) بررسی و به اثبات رسیده است. سیستئین میتواند با حذف رادیکالهای آزاد میزان آسیب وارده به سلول اسپرم توسط این رادیکالها را کاهش دهد. سازوکار اصلی این فرایند در گزارش مگنس و همکاران (1980) آورده شده است. ان استیل- ال-سیستئین بهعنوان پیشساز بیوسنتز سیستئین و گلوتاتیون داخل سلولی است که این ترکیبات نقش اساسی در متابولیسم گلوتاتیون دارند. از طرف دیگر، گلوتاتیون نیز نقش اساسی در فعالیت سوپر اکسید دیسمیوتاز دارد که ترکیب اخیر اصلیترین عامل پاکسازی رادیکالهای آزاد در اسپرم است (18). در این راستا در پژوهشی، اویسال و همکاران (2007) گزارش کردند که افزودن سیستئین به رقیقکننده اسپرم قوچ باعث افزایش میزان زندهمانی آنها شده است (33). در مطالعهای دیگر، پارتیکا و همکاران (2013) گزارش کردند که افزودن سیستئین به رقیقکننده اسپرم خروس باعث بهبود جنبایی کل و پیشرونده و زندهمانی شده است (22). همچنین، فوناهاشی و همکاران (2005) گزارش کردند که افزودن 5 میلیمول سیستئین به رقیقکننده باعث بهبود میزان زندهمانی اسپرم خوک میشود. اما برخلاف این مطالعات، نتایج پژوهش حاضر نشان داد که افزودن سیستئین در حضور و یا عدم حضور ترههالوز تأثیری بر میزان فراسنجههای جنبایی و زندهمانی اسپرم گاو نداشت (11). همچنین، در پژوهش حاضر مطالعه اثرات متقابل سیستئین و ترههالوز بر فراسنجههای اسپرم نشان میدهد که ترکیب تیماری که حاوی 10 میلیمول سیستئین و بدون ترههالوز بود (T0C10) بیشترین زندهمانی و کمترین میزان اسپرمهای آپوپتوز شده را داشته است. براساس نتایج بدست آمده از این پژوهش به نظر میرسد افزایش سطوح ترههالوز و سیستئین (T100C10) اثر همافزایی نداشته و نسبت به همهی تیمارهای دیگر بدترین پاسخ را نشان دادند. در این راستا، آتساهین و همکاران (2008) گزارش کردند که افزایش دوز ترههالوز از 25 به 75 میلیمول باعث کاهش جنبایی اسپرم بز شده در حالیه میزان مالوندیآلدهاید (MDA) کاهشیافته است. کاهش میزان MDA با افزایش توانایی آنتیاکسیدانی اسپرمهای تیمار شده همراه بود. همچنین، آنها اشاره کردند که افزایش دوزهای سیستئین از صفر به 15 میلیمول باعث بهبود جنبایی و توانایی آنتیاکسیدانی اسپرمهای میشود (4). باتوجه به این یافتهها، به نظر میرسد افزایش میزان ترههالوز صرفنظر از ویژگیهای آنتیاکسیدانی که دارد، باعث بروز اثرات سمی در اسپرم شده و جنبایی و زندهمانی آنها را تحت تأثیر قرار میدهد. برخلاف این نتایج، بدر و همکاران (2014) گزارش کردند که ترکیب ترههالوز (5 میلیمول)، سیستئین (100 میلیمول) و هایپوتائورین (20 میلیمول) باعث بهبود جنبایی، زندهمانی، یکپارچگی آکروزومی و ظرفیت آنتیاکسیدانی اسپرم گاومیش پس از یخگشایی میشود (5). بنابراین، به نظر میرسد برای اثبات برهمکنش دقیق ترههالوز و سیستئین بر ویژگیهای اسپرم و باتوجه به نتایج کاملاً متفاوت در پژوهشهای مختلف، مطالعات بیشتری در این زمینه نیاز است.
نتیجه گیری کلی
بر اساس نتایج این پژوهش افزودن سیستئین و ترههالوز به رقیقکننده اسپرم گاو تأثیر مثبتی بر فراسنجههای کیفی اسپرم پس از فرایند انجماد یخگشایی ندارد. همچنین، مشخص شد که افزودن 100 میلیمول ترههالوز میتواند اثر منفی بر جنبایی و زندهمانی اسپرم گاو دارد. باتوجه به نتایج ضدونقیض در پژوهشهای گذشته به نظر میرسد برای روشن شدن همه زوایا، به مطالعات تکمیلی و بیشتر نیاز باشد.