Cauda Epididymis-Specific Beta-Defensin 126 Promotes Sperm Motility but Not Fertilizing Ability in Cattle

Abstract

Bovine beta-defensin 126 (BBD126) exhibits preferential expression for the cauda epididymis of males, where it is absorbed onto the tail and postacrosomal region of the sperm. The aim of this study was to examine the role of BBD126 in bull sperm function. Fresh and frozen-thawed semen were incubated in the presence of different capacitating agents as well as with phosphatidylinositol-specific phospholipase C. These treatments, which have been successful in releasing beta-defensin 126 from macaque sperm, proved to be ineffective in bull sperm. This finding suggests that the protein behaves in a different manner in the bovine. The lack of success in removing BBD126 led us to use corpus epididymis sperm, a model in which the protein is not present, to study its functional role. Corpus sperm were incubated with cauda epididymal fluid (CEF) in the absence or presence of BBD126 antibody or with recombinant BBD126 (rBBD126). Confocal microscopy revealed that rBBD126 binds to corpus sperm with the same pattern observed for BBD126 in cauda sperm, whereas an aberrant binding pattern is observed when sperm are subject to CEF incubation. Addition of CEF increased motility as well as the number of corpus sperm migrating through cervical mucus from estrus cows. However, it decreased the ability of sperm to fertilize in vitro matured oocytes. The presence of the antibody failed to abrogate these effects. Furthermore, when rBBD126 was added in the absence of other factors and proteins from the CEF, an increase in motility was also observed and no negative effects in fertility were seen. These results suggest that BBD126 plays a key role in the acquisition of sperm motility in the epididymis.

Immune regulatory molecules as modifiers of semen and fertility: A review

“…Of note, except for HBD2 and 3, HBD1 is expressed in the human testicular germ‐line in a consistent manner (Com et al, ). In bovine caudal epididymal and vas deferens epithelial cells, defensin β 126 (DEFB126) is associated with antimicrobial peptides involved in sperm motility (Fernandez‐Fuertes et al, ), cell signaling, chemoattraction, immunoregulation (Narciandi et al, ), and sperm binding to the oviductal epithelium (Lyons et al, ). In human studies, incubation of sperm with defensin improved sperm motility and pregnancy rate (Zupin et al, ).…”

<b>Estudo do metabolismo energético durante a maturação espermática em bovinos</b>

“…Amostras do corpo do epidídimo apresentaram maior porcentagem de células com lesão de acrossoma e membrana plasmática em relação as amostras dos demais segmentos. Estudos mais aprofundados sobre a dinâmica das membranas plasmática e acrossomal durante a maturação descrevem a expressão de diferentes genes ao longo do lúmen do epidídimo, evidenciando a secreção e adesão de diferentes proteínas de membrana plasmática (Fernandez-Fuertes et al, 2016; e acrossomal (Ma et al, 2013). Outras modificações também são observadas, como mudança do perfil lipídico da membrana plasmática (R. Jones, 1998a;R.…”

“…A maturação espermática é o processo que engloba o trânsito de espermatozoides pelo epidídimo, as interações da célula com os componentes do fluido epididimário, promovendo modificações morfológicas e bioquímicas, resultando na aquisição da capacidade fecundante Fernandez-Fuertes et al, 2016; (Hinton, Lan, Rudolph, Labus, & Lye, 1998;.…”

“…Todas as modificações relatadas demonstram o preparo que está ocorrendo no espermatozoide, objetivando a aquisição de motilidade e produção de energia para alcançar o sítio de fertilização, e se ligar e degradara zona pelúcida por meio dos remodelamentos de membrana plasmática e acrossomo (Aitken et al, 2007;Fernandez-Fuertes et al, 2016;.…”

“…Os estudos em fisiologia da reprodução são fundamentais para compreender mecanismos fisiológicos pouco esclarecidos, podendo contribuir para produção de novas biotecnologias(Ma et al, 2013;. Além disso, o conhecimento da fisiologia da maturação espermática pode direcionar tratamentos para patologias reprodutivas relacionadas às disfunções epididimárias(Fernandez-Fuertes et al, 2016). A escolha de bovinos como modelo experimental está relacionada a sua grande importância zootécnica além de poder ser utilizado como modelo experimental para o estudo da fisiologia humana.…”