Fluxos iònics i funció mitocondrial en l’espermatozoide: de la conservació a la capacitació

L’espermatozoide és una cèl·lula única, puix que exerceix la seva funció en un individu diferent d’aquell en què s’ha originat, una característica que explica la seva fisiologia altament especialitzada, particularment pel que fa als canals iònics i la funció mitocondrial. Aquesta Tesi Doctoral, formada per cinc estudis, examina com els canals iònics de la membrana plasmàtica i dels mitocondris, juntament amb l’activitat de la cadena de transport d’electrons (ETC), regulen la fisiologia dels espermatozoides porcins durant dos processos rellevants: la refrigeració a 17 °C i la capacitació. Els estudis I, II i III es van centrar en la conservació del semen.

La inseminació artificial porcina es basa principalment en l’ús de semen refrigerat. Tot i que la conservació del semen refrigerat té com a objectiu mantenir el metabolisme espermàtic a nivells baixos, la seva qualitat disminueix progressivament durant l’emmagatzematge. L’estudi I va examinar el paper del complex I mitocondrial (MCI) mitjançant la inhibició de la seva activitat amb rotenona durant 7 dies de conservació a 17 °C. Tot i que la inhibició del MCI no va afectar la supervivència espermàtica, va reduir el percentatge d’espermatozoides viables amb l’acrosoma intacte, va incrementar el desordre lipídic de la membrana i els nivells d’espècies reactives de l’oxigen (ROS), i va disminuir el Ca²⁺ intracel·lular i el potencial de membrana mitocondrial (MMP), alhora que va malmenar la motilitat total i progressiva. Aquests resultats demostren que l’activitat basal del MCI és important per mantenir la qualitat espermàtica durant la conservació, per bé que els espermatozoides refrigerats depenen més de la glicòlisi que de la fosforilació oxidativa (OXPHOS). Atès que el flux iònic a través de les membranes mitocondrials es manté durant la refrigeració, l’estudi II va avaluar el paper del complex de l’uniportador mitocondrial de Ca²⁺ (MCUC) i del porus de transició de permeabilitat mitocondrial (mPTP). Per fer-ho, es va utilitzar kaempferol (KMF) per potenciar la captació de Ca²⁺ mediada pel MCU i trimetazidina (TMTZ) per inhibir l’obertura del mPTP durant 10 dies de conservació a 17 °C. L’activació del MCUC amb KMF va reduir significativament la viabilitat espermàtica, la integritat de l’acrosoma, el MMP, l’estabilitat de la membrana i la motilitat, alhora que va incrementar els nivells de ROS i superòxids. En canvi, la inhibició de l’obertura del mPTP amb TMTZ no va afectar la viabilitat, la integritat de l’acrosoma, la motilitat ni els nivells intracel·lulars de Ca²⁺, si bé va reduir el MMP a partir del dia 4. Aquests resultats suggereixen que una captació excessiva de Ca²⁺ mediada pel MCU és perjudicial per a la qualitat del semen refrigerat, mentre que el mPTP té un paper limitat en el deteriorament dels espermatozoides associat a aquest procés.

L’estudi III va investigar els canals de Cl⁻ activats per Ca²⁺ (CaCCs) mitjançant BBR, un inhibidor específic, sol o combinat amb NPPB, un bloquejador de canals de Cl⁻ d’ampli espectre, durant 10 dies de conservació a 17 °C. La inhibició dels CaCCs va reduir significativament la viabilitat, la integritat de l’acrosoma i els nivells intracel·lulars de Ca²⁺, i la concentració de 100 µM de BBR va produir efectes ben evidents des del dia 1. La motilitat, l’estabilitat de la membrana i els nivells de ROS també es van alterar de manera dosi-depenent. Cal destacar que la contribució dels altres canals de Cl⁻ va variar en funció del grau d’inhibició dels CaCCs. A la concentració més alta de BBR, en què els CaCCs estaven completament inhibits, l’addició de NPPB no va produir cap disminució addicional de la viabilitat ni de la integritat de l’acrosoma, fet que suggereix que la pèrdua funcional observada es deu, probablement, a la inhibició dels CaCCs. A la concentració més baixa de BBR, en què la inhibició dels CaCCs només era parcial, la combinació de BBR i NPPB va provocar una reducció addicional de la viabilitat i de la integritat de l’acrosoma després de 7–10 dies, la qual cosa suggereix que altres canals de Cl⁻ mantenen un paper protector quan els CaCCs no estan completament inhibits. Considerats conjuntament, aquests resultats indiquen que els CaCCs són els principals canals de Cl⁻ implicats en el manteniment de la qualitat dels espermatozoides porcins durant l’emmagatzematge a 17 °C, però no els únics. Els estudis IV i V es van centrar la capacitació espermàtica.

L’estudi IV va examinar els bescanviadors Na⁺/Ca²⁺ (NCX1 i NCX2), localitzats a la peça intermèdia i a la peça de connexió de l’espermatozoide, mitjançant SEA0400 per inhibir la sortida de Ca²⁺ i SN-6 per inhibir-ne l’entrada. La inhibició de qualsevol dels dos sentits del transport va reduir significativament la motilitat i va alterar la cinemàtica espermàtica després de l’addició de progesterona. Aquests efectes es van associar amb una alteració de la fosforilació de residus de tirosina (pTyr) i de l’activitat mitocondrial, tal com van reflectir els canvis en el MMP i els nivells de ROS, però no amb canvis en el desordre lipídic de la membrana, que no es va veure afectat. Atès que la inhibició de qualsevol dels dos sentits del transport va produir efectes comparables, tant el transport directe com l’invers de Ca²⁺ mitjançat pels NCX semblen ser necessaris per a la capacitació espermàtica.

L’estudi V va determinar la presència, la localització i les contribucions funcionals dels canals ClC (ClC-1, ClC-2 i ClC-K) i CaCC (ANO1 i ANO2) en diferents regions de l’espermatozoide, i va examinar el seu paper en la capacitació i l’exocitosi de l’acrosoma mitjançant l’ús de 9AC, un inhibidor dels ClCs, de BBR i NPPB. La inhibició dels CaCCs amb BBR va reduir la motilitat total i el MMP, mentre que la reducció de la motilitat progressiva i del MMP va ser comparable a l’observada amb NPPB o amb el tractament combinat de BBR i NPPB. Cap dels inhibidors no va afectar els nivells intracel·lulars de Ca²⁺, la integritat de l’acrosoma ni l’estrès oxidatiu, és a dir, les ROS detectades mitjançant H₂DCF. Tanmateix, els nivells de superòxid van augmentar després de la inhibició dels CaCCs amb BBR. La pTyr només es va reduir després del tractament amb BBR, sol o combinat amb NPPB, mentre que el desordre lipídic de la membrana va augmentar després de la inhibició dels ClCs amb 9AC o del tractament combinat. Aquests resultats indiquen que els CaCCs tenen un paper més destacat que els ClCs en la regulació de la capacitació espermàtica.

Els resultats d’aquesta Tesi Doctoral demostren que, malgrat que els espermatozoides porcins refrigerats depenen més de la glicòlisi que de l’OXPHOS, l’activitat basal del MCI i la captació regulada de Ca²⁺ mitjançant el MCUC són importants per mantenir la qualitat espermàtica a 17 °C, mentre que el mPTP sembla tenir-hi un paper limitat. D’altra banda, els CaCCs semblen tenir un paper regulador important tant durant la conservació com durant la capacitació espermàtiques, i actuen com els principals canals de Cl⁻ implicats en aquests processos, tot i que no en són els únics. Alhora, els bescanviadors NCX proporcionen un nivell addicional de regulació del Ca²⁺ vinculat a l’activitat mitocondrial i a la fosforilació de residus de tirosina. En definitiva, les dades obtingudes indiquen que la conservació i la competència funcional dels espermatozoides porcins depenen de l’activitat coordinada de sistemes específics de transport iònic localitzats als mitocondris i a la membrana plasmàtica.

Lectura de la tesi: 23/10/2026 a la Sala d'Actes de l'Escola Politècnica Superior I (informació extreta de l’Agenda activitats de la web Escola de Doctorat).