Sperm DNA fragmentation: mechanisms of origin, impact on reproductive outcome, and analysis

Sakkas, Denny; Álvarez, Juan G.

doi:10.1016/j.fertnstert.2009.10.046

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“…Despite this, spermatozoa carrying DNA damage are found in the semen of fertile individuals [Spanò et al, 1998]. The origin of this DNA damage has been ascribed to an altered sperm differentiation process, exposure to endogenous oxidative stress or exogenous mutagenic agents, or abortive apoptosis [Aitken and De Iuliis, 2010;Delbes et al, 2010;Sakkas and Alvarez, 2010]. These mechanisms are not mutually exclusive and DNA damage may arise from a combination of these processes.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Direct and delayed X‐ray‐induced DNA damage in male mouse germ cells

Cordelli¹,

Eleuteri²,

Grollino³

et al. 2012

Environ and Mol Mutagen

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Sperm DNA integrity is essential for the accurate transmission of paternal genetic information. Various stages of spermatogenesis are characterized by large differences in radiosensitivity. Differentiating spermatogonia are susceptible to radiationinduced cell killing, but some of them can repair DNA damage and progress through differentiation. In this study, we applied the neutral comet assay, immunodetection of phosphorylated H2AX (g-H2AX) and the Sperm Chromatin Structure Assay (SCSA) to detect DNA strand breaks in testicular cells and spermatozoa at different times following in vivo X-ray irradiation. Radiation produced DNA strand breaks in testicular cells that were repaired within the first few hours after exposure. Spermatozoa were resistant to the induction of DNA damage, but non-targeted DNA lesions were detected in spermatozoa derived from surviving irradiated spermatogonia. These lesions formed while round spermatids started to elongate within the testicular seminiferous tubules. The transcription of pro-apoptotic genes at this time was also enhanced, suggesting that an apoptotic-like process was involved in DNA break production. Our results suggest that proliferating spermatogonia retain a memory of the radiation insult that is recognized at a later developmental stage and activates a process leading to DNA fragmentation. Environ. Mol. Mutagen. 53:429-439, 2012. V V C 2012 Wiley Periodicals, Inc.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Direct and delayed X‐ray‐induced DNA damage in male mouse germ cells

Cordelli¹,

Eleuteri²,

Grollino³

et al. 2012

Environ and Mol Mutagen

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“…The origins of DNA damage in the male germ line during either the production or the transport of sperm cells are probably due to multiple causes: (i) apoptosis during the process of spermatogenesis; (ii) DNA strand breaks produced during the remodelling of sperm chromatin in the process of spermatogenesis; (iii) post-testicular DNA fragmentation induced, mainly by oxygen radicals, during sperm transport through the seminiferous tubules and the epididymis; (iv) DNA fragmentation induced by endogenous caspases and endonucleases; (v) DNA damage induced by radiotherapy and chemotherapy; and (vi) DNA damage induced by environmental toxicants [49].…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

“…Normally, breaks are physiologically reassembled before spermatozoa are released from germinal epithelium [27], but, as a consequence of testicular injuries, including heat, exposure to toxicant [26,31,34] radiation [37], withdrawal of hormonal support [22,55,61], other testicular pathologies [18] or life habits (smoke, drug use), the repair process could be impaired, so that spermatozoa show high levels of DNA damage [8,49].…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Lower sperm DNA fragmentation after r-FSH administration in functional hypogonadotropic hypogonadism

Ruvolo

Roccheri

Brucculeri

et al. 2013

J Assist Reprod Genet

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Purpose An observational clinical and molecular study was designed to evaluate the effects of the administration of recombinant human FSH on sperm DNA fragmentation in men with a non-classical form of hypogonadotropic hypogonadism and idiopathic oligoasthenoteratozoospermia. Methods In the study were included 53 men with a nonclassical form of hypogonadotropic hypogonadism and idiopathic oligoasthenoteratozoospermia. In all patients, sperm DNA fragmentation index (DFI), assessed by terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated deoxyuridine triphosphate (dUTP) in situ DNA nick end-labelling (TUNEL) assay, was evaluated before starting the treatment with 150 IU of recombinant human FSH, given three times a week for at least 3 months. Patients' semen analysis and DNA fragmentation index were re-evaluated after the 3-month treatment period. Results After recombinant human FSH therapy, we did not find any differences in terms of sperm count, motility and morphology. The average DNA fragmentation index was significantly reduced (21.15 vs 15.2, p<0.05), but we found a significant reduction in patients with high basal DFI values (>15 %), while no significant variation occurred in the patients with DFI values ≤15 %. Conclusions Recombinant human FSH administration improves sperm DNA integrity in hypogonadotropic hypogonadism and idiopathic oligoasthenoteratozoospermia men with DNA fragmentation index value >15 % .

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“…Longtemps considéré comme un simple tuyau, l'épididyme apparaît clairement maintenant comme un tissu essentiel à la fertilité mâle. Les phénomènes mis en exergue ici trouvent leur écho en clinique, comme en témoigne une littérature pléthorique qui atteste qu'une fraction importante des infertilités mâles est corrélée à des dommages oxydants des spermatozoïdes affectant la mobilité progressive, perturbant la capacité à réaliser la réaction acrosomique et conduisant à un niveau élevé de fragmentation nucléaire [24][25][26][27][28][29][30][31][32][33][34][35][36][37] …”

Section: Discussionunclassified

Protection post-testiculaire des gamètes mâles contre les dommages radicalaires

2012

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> Lorsqu'ils quittent le testicule, les spermatozoïdes sont fonctionnellement immatures et disposent de moyens de défense intrinsèques limités. Ils deviendront mobiles et fécondants après leur descente et leur maturation progressive dans le tubule épididymaire. L'épididyme assure aussi la survie et la protection des gamètes mâles pendant cette phase de maturation posttesticulaire et pendant la période de stockage entre deux éjaculations. Parmi les agressions communes auxquelles les spermatozoïdes sont soumis, le stress oxydant occupe une place particulière et ambiguë. Les événements de la maturation épididymaire requièrent un certain niveau d'oxydation alors que le gamète mâle y est, par ailleurs, particulièrement sensible. Un équi-libre très fin entre oxydation ménagée bénéfique et stress oxydant délétère est ainsi maintenu dans l'environnement épididymaire. Les enzymes antioxydantes de la famille des peroxydases à glutathion à activité thiol peroxydase jouent un rôle clé dans le contrôle de cet équilibre. < Fonctions de l'épididyme dans la maturation et la protection des spermatozoïdes L'épididyme est un organe accolé au testicule, formé d'un très long tubule, fortement contourné, qui met en communication le testicule en amont via le rete testis et les canaux efférents avec le canal déférent en aval. C'est un dérivé du mésonéphros embryonnaire apparu chez les amniotes (reptiles, oiseaux, mammifères) qui atteint son plein déve-loppement chez les mammifères. Chez ces derniers, l'épididyme est impliqué dans le transport et la maturation des spermatozoïdes ainsi que, dans sa partie terminale (queue ou cauda), dans le stockage des spermatozoïdes entre deux éjaculations [1][2][3] (Figure 1). La maturation post-testiculaire des spermatozoïdes recouvre un ensemble de processus complexes qui vont progressivement modifier structurellement et fonctionnellement les gamètes en transit et ainsi leur conférer leurs aptitudes fécondantes, c'est-à-dire l'expression de leur motilité et la capacité à reconnaître la zone pellucide de l'ovule et à fusionner avec ce dernier. L'épithélium composite pseudostratifié du tubule épididymaire assure ces rôles essentiellement grâce à ses multiples activités de sécrétion et de réabsorption qui changent localement et séquentiellement la composition du fluide épididymaire dans lequel baignent les gamètes (pour une revue récente voir [4]). Une expérience simple qui illustre l'importance de ce tissu dans la fertilité mâle chez les mammifères consiste à tester les capacités fécondantes de gamètes prélevés dans différentes régions du tubule Un couple sur six dans le monde consulte en raison de difficultés à concevoir. Quand on retrace les origines de ces infertilités, un tiers mettent en cause les deux partenaires, un tiers sont uniquement d'origine féminine et un tiers uniquement d'origine masculine. Dans ce dernier groupe, il apparaît que, dans 50 % des cas, l'infertilité mâle est associée à un défaut de la spermatogenèse testiculaire. Pour l'autre moitié de ces infertilités mâles idiopathiques...

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Sperm DNA fragmentation: mechanisms of origin, impact on reproductive outcome, and analysis

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Direct and delayed X‐ray‐induced DNA damage in male mouse germ cells

Direct and delayed X‐ray‐induced DNA damage in male mouse germ cells

Lower sperm DNA fragmentation after r-FSH administration in functional hypogonadotropic hypogonadism

Protection post-testiculaire des gamètes mâles contre les dommages radicalaires

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