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Abstract(s)
Spermatogenesis is the complex biological process that transforms spermatogonial stem cells
into spermatozoa, and, thus, is the basis of male fertility. It takes place in the seminiferous
tubules (SeT) and is highly dependent on the metabolic cooperation established between the
somatic Sertoli cells (SCs) and germ cells. SCs are known as the metabolic stores supplying
germ cells with adequate amounts of energy substrates. Despite consuming several subtracts,
including amino acids like glutamine, SCs prioritize the metabolization of glucose with the
production of lactate, the preferred substrate of germ cells. It is widely known that oxidative
stress (OS) adversely affects spermatogenesis, disrupting the development of germ cells, and
interfering with sperm function, as well as disturbing cell metabolism. Tert-Butyl
hydroperoxide (TBHP) is a well-known OS inducer in the testis. Also, TBHP metabolic action
have been suggested. It was identified as a regulator of the pentose phosphate pathway.
However, the impact of TBHP in testicular metabolism remains unknown.
Regucalcin (RGN) is a calcium (Ca2+)
-binding protein that has been associated with the control
of cell proliferation, apoptosis, OS and metabolism. Recently, our research group have
demonstrated that RGN overexpression modulates glucose and glutamine handling by SCs by
regulating the expression of several transporters and enzymes involved in glycolysis and
glutaminolysis. Furthermore, the protective role of RGN for the germ cell population upon
exposure to damaging factors has been suggested. So, is tis liable to hypothesize that RGN
may have a similar behavior against TBHP actions disrupting testicular metabolism.
In the present dissertation, the impact of TBHP on testicular glucose and glutamine
metabolism and the influence of RGN in attenuating its effects were evaluated. Isolated SeT
from adult wild-type (Wt) and transgenic rats overexpressing regucalcin (Tg-RGN) were
maintained in culture for 24 hours in the presence or absence of TBHP (250 µM). After that,
the expression and activity of several regulators of glycolytic metabolism and glutaminolysis
were analysed.
The results obtained showed an increase in the intracellular content of glucose and lactate in
the SeT of both Wt and Tg-RGN animals treated with TBHP. The altered glycolytic profile in
response to TBHP was underpinned by the altered expression of glucose transporters in both
Wt and Tg-RGN, and increased lactate dehydrogenase activity in the Tg-RGN rats. Moreover,
TBHP altered alanine transferase expression and glutaminolysis though the effects differed
between Wt and Tg-RGN animals. In turn, RGN overexpression suppressed the glycolytic
metabolism in SeT, regardless of TBHP treatment.
The present study is the first evidence that TBHP is a potent testicular metabolic disruptor.
Furthermore, RGN action was identified as a possible protective mechanism against the
damaging effects of TBHP. These findings also emphasize the role of RGN as a metabolic
regulator in spermatogenesis, which could have importance in the context of male (in)fertility. Finally, the outcomes achieved herein support further research work to deep
clarify the relationship between OS, metabolic alterations and the RGN actions in the SeT.
A espermatogénese é o processo biológico complexo que transforma as células estaminais espermatogoniais em espermatozoides, sendo, por esse motivo, a base da fertilidade masculina. Este processo ocorre nos túbulos seminíferos (SeT) e é altamente dependente da cooperação metabólica estabelecida entre as células somáticas, as células de Sertoli (SCs), e as células germinativas. As SCs são conhecidas por serem as reservas metabólicas que fornecem as quantidades adequadas de substratos energéticos às células germinativas. Apesar de consumirem diversos substratos, incluindo aminoácidos como a glutamina, as SCs metabolizam preferencialmente glucose produzindo lactato, sendo este último o substrato de eleição das células germinativas. É amplamente reconhecido que o stresse oxidativo (OS) afeta adversamente a espermatogénese, desregulando o desenvolvimento das células germinativas, e interferindo com a função espermática, assim como perturbando o metabolismo celular. Sabe-se que o hidroperóxido de tert-butilo (TBHP) é um indutor de OS ao nível testicular. Para além disso, foi sugerida uma ação metabólica para este composto, tendo sido identificado como um regulador da via das pentoses-fosfato. No entanto, o impacto do TBHP no metabolismo testicular permanece desconhecido. A regucalcina (RGN) é uma proteína de ligação ao cálcio (Ca2+) que tem vindo a ser associada ao controlo da proliferação celular, apoptose, OS e metabolismo. Recentemente, o nosso grupo de investigação demonstrou que a sobre-expressão de RGN modula a metabolização da glucose e da glutamina nas SCs através da regulação da expressão de vários transportadores e enzimas envolvidos na glicólise e na glutaminólise. Além disso, o papel protetor da RGN para a população de células germinativas quando expostas a fatores nocivos tem vindo a ser sugerido. Desta forma, é sensato levantar a hipótese que a RGN possa ter um comportamento semelhante contra as ações desreguladoras do TBHP no metabolismo testicular. Na presente dissertação foi avaliado o impacto do TBHP no metabolismo testicular da glucose e da glutamina, bem como a influência da RGN na atenuação dos seus efeitos. Para tal, procedeu-se ao isolamento de SeT de ratos transgénicos que sobre-expressam a RGN (Tg-RGN) adultos e dos seus homólogos selvagens (Wt), os quais foram mantidos em cultura durante 24 horas na presença ou ausência de TBHP (250 µM). Posteriormente, a expressão e a atividade de diversos reguladores do metabolismo glicolítico e da glutaminólise foram analisados. Os resultados obtidos mostraram um aumento no conteúdo intracelular de glucose e de lactato nos SeT quer dos animais Wt quer dos animais Tg-RGN tratados com TBHP. O perfil glicolítico alterado em resposta ao TBHP foi sustentado pela expressão alterada de transportadores de glucose nos animais Wt e Tg-RGN, e pelo aumento da atividade da lactato desidrogenase nos ratos Tg-RGN. Além disso, o TBHP alterou a expressão de alanina transferase e a glutaminólise, embora os efeitos tenham diferido entre os animais Wt e Tg-RGN. Por sua vez, a sobre-expressão da RGN suprimiu o metabolismo glicolítico nos SeT, independentemente da exposição ao TBHP. O presente estudo é a primeira evidência que o TBHP é um potente desregulador metabólico testicular. Para além disso, a ação da RGN foi apontada como um possível mecanismo protetor contra os efeitos nocivos do TBHP, enfatizando o papel da RGN como um regulador metabólico na espermatogénese, o que poderá ter importância no contexto da (in)fertilidade masculina. Por fim, as observações aqui alcançadas servem de suporte a trabalho de investigação futuro para clarificar profundamente a relação entre OS, alterações metabólicas e as ações da RGN nos SeT.
A espermatogénese é o processo biológico complexo que transforma as células estaminais espermatogoniais em espermatozoides, sendo, por esse motivo, a base da fertilidade masculina. Este processo ocorre nos túbulos seminíferos (SeT) e é altamente dependente da cooperação metabólica estabelecida entre as células somáticas, as células de Sertoli (SCs), e as células germinativas. As SCs são conhecidas por serem as reservas metabólicas que fornecem as quantidades adequadas de substratos energéticos às células germinativas. Apesar de consumirem diversos substratos, incluindo aminoácidos como a glutamina, as SCs metabolizam preferencialmente glucose produzindo lactato, sendo este último o substrato de eleição das células germinativas. É amplamente reconhecido que o stresse oxidativo (OS) afeta adversamente a espermatogénese, desregulando o desenvolvimento das células germinativas, e interferindo com a função espermática, assim como perturbando o metabolismo celular. Sabe-se que o hidroperóxido de tert-butilo (TBHP) é um indutor de OS ao nível testicular. Para além disso, foi sugerida uma ação metabólica para este composto, tendo sido identificado como um regulador da via das pentoses-fosfato. No entanto, o impacto do TBHP no metabolismo testicular permanece desconhecido. A regucalcina (RGN) é uma proteína de ligação ao cálcio (Ca2+) que tem vindo a ser associada ao controlo da proliferação celular, apoptose, OS e metabolismo. Recentemente, o nosso grupo de investigação demonstrou que a sobre-expressão de RGN modula a metabolização da glucose e da glutamina nas SCs através da regulação da expressão de vários transportadores e enzimas envolvidos na glicólise e na glutaminólise. Além disso, o papel protetor da RGN para a população de células germinativas quando expostas a fatores nocivos tem vindo a ser sugerido. Desta forma, é sensato levantar a hipótese que a RGN possa ter um comportamento semelhante contra as ações desreguladoras do TBHP no metabolismo testicular. Na presente dissertação foi avaliado o impacto do TBHP no metabolismo testicular da glucose e da glutamina, bem como a influência da RGN na atenuação dos seus efeitos. Para tal, procedeu-se ao isolamento de SeT de ratos transgénicos que sobre-expressam a RGN (Tg-RGN) adultos e dos seus homólogos selvagens (Wt), os quais foram mantidos em cultura durante 24 horas na presença ou ausência de TBHP (250 µM). Posteriormente, a expressão e a atividade de diversos reguladores do metabolismo glicolítico e da glutaminólise foram analisados. Os resultados obtidos mostraram um aumento no conteúdo intracelular de glucose e de lactato nos SeT quer dos animais Wt quer dos animais Tg-RGN tratados com TBHP. O perfil glicolítico alterado em resposta ao TBHP foi sustentado pela expressão alterada de transportadores de glucose nos animais Wt e Tg-RGN, e pelo aumento da atividade da lactato desidrogenase nos ratos Tg-RGN. Além disso, o TBHP alterou a expressão de alanina transferase e a glutaminólise, embora os efeitos tenham diferido entre os animais Wt e Tg-RGN. Por sua vez, a sobre-expressão da RGN suprimiu o metabolismo glicolítico nos SeT, independentemente da exposição ao TBHP. O presente estudo é a primeira evidência que o TBHP é um potente desregulador metabólico testicular. Para além disso, a ação da RGN foi apontada como um possível mecanismo protetor contra os efeitos nocivos do TBHP, enfatizando o papel da RGN como um regulador metabólico na espermatogénese, o que poderá ter importância no contexto da (in)fertilidade masculina. Por fim, as observações aqui alcançadas servem de suporte a trabalho de investigação futuro para clarificar profundamente a relação entre OS, alterações metabólicas e as ações da RGN nos SeT.
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Keywords
Espermatogénese Glucose Glutamina Hidroperóxido de Tertbutilo Metabolismo Regucalcina Stress Oxidativo Túbulos Seminíferos