The role of peroxiredoxin 6 in mouse male reproduction

Abstract

Oxidative stress, the imbalance between reactive oxygen species (ROS) production and antioxidant defenses is associated in 30-80% of cases of men infertility. The bifunctional Peroxiredoxin 6 (PRDX6) not only protects spermatozoa from oxidative insults by detoxifying ROS but also plays a role in maintain of cellular phospholipid homeostasis by modulating redox signaling in order for spermatozoa to achieve fertilizing ability. Dr. O’Flaherty previously found that spermatozoa from infertile men have lower levels of PRDX6 associated with low sperm motility and increased DNA damage. PRDX6 is the only peroxiredoxin that reacts with very low amounts of H2O2 necessary for sperm capacitation. The research detailed in this thesis were intended to elucidate whether the absence of PRDX6 affect sperm quality and function using the Prdx6 null mouse model. Here, I show that Prdx6-null spermatozoa are more susceptible to in vivo oxidative stress induced by (i) Tert-buytlhydroperoxide (tert-BHP) and (ii) aging. Spermatozoa lacking PRDX6 showed increased levels of cellular oxidative damage (higher lipid peroxidation, protein oxidation and DNA oxidation), lower sperm chromatin quality (higher DNA fragmentation, lower DNA compaction and lower protamination) and decreased levels of sperm quality (lower motility, sperm count, and cytoplasmic droplet retention rate) than wild-type spermatozoa, indicating a protective role for PRDX6. Sperm DNA damage depend on sperm chromatin quality, and fertility outcomes depend on sperm chromatin quality. In conclusion, Prdx6-null males are more vulnerable to oxidative stress than wild-type males, resulting in impairment of sperm quality and function that can explain the subfertility phenotype observed in these knockout mice.The second study in this thesis was carried out to investigate whether the absence of PRDX6 affects aging males, and determine if there is any effect of aging-associated oxidative stress on Prdx6-null spermatozoa function and sperm nucleus integrity, and fertility outcomes. ROS accumulates upon aging in Prdx6-null spermatozoa causing sperm chromatin packaging errors and oxidative damage and eventually reduced fertility outcomes.Le stress oxydatif, qui est un débalancement entre la production d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) et les défenses antioxydantes, est associé à 30-80% des cas d’infertilité chez l’homme. La Peroxiredoxin Bifonctionnelle (PRDX6) ne protège pas seulement les spermatozoïdes des dommages oxydatifs en détoxifiant les ROS, elle joue également un rôle dans le maintien de l’homéostasie des phospholipides cellulaires en modulant le signalement redox qui permet aux spermatozoïdes d’acquérir leur pouvoir fécondant. Nous avons démontré précédemment que les spermatozoïdes d’hommes infertiles ont un niveau plus faible de PRDX6 associé à une faible motilité des spermatozoïdes et une augmentation de dommages à l’ADN. PRDX6 est la seule peroxiredoxin qui réagit avec de très faibles concentrations de H2O2 nécessaires à la fécondation.Les études présentées dans cette thèse avaient pour but de vérifier si l’absence de PRDX6 affecte la qualité et la fonction des spermatozoïdes. Nous avons utilisé un modèle de souris nulle pour Prdx6. En utilisant ce modèle, nous avons montré que les spermatozoïdes des Prdx6-nulle sont plus susceptibles au stress oxydatif in vivo induit par (i) le Tert-butylhydroperoxide (tert-BHP) et (ii) le vieillissement. Il a été observé, chez les spermatozoïdes déficients en PRDX6, une augmentation du niveau de dommages oxydatifs cellulaires (plus grande peroxydation des lipides, oxydation des protéines et de l’ADN), une diminution de la qualité de la chromatine des spermatozoïdes (plus grande fragmentation et plus faible compaction de l’ADN, ainsi qu’une plus faible protamination), et une diminution du niveau de la qualité des spermatozoïdes (diminution de la motilité, de la concentration et du taux de rétention des gouttelettes cytoplasmiques) comparé à ceux des souris de type sauvage, indiquant un rôle protecteur pour PRDX6. Le pourcentage des spermatozoïdes de l’épididyme caudal ayant des gouttelettes cytoplasmiques était plus élevé et la motilité spermatique était diminuée chez les Prdx6-nulle. Les dommages à l’ADN des spermatozoïdes et les aboutissements de la fertilité dépendent de la qualité de la chromatine des spermatozoïdes. En conclusion, les mâles Prdx6-nulle sont plus vulnérables au stress oxydatif que les mâles de type sauvage, résultant à une diminution de la qualité et de la fonction des spermatozoïdes qui peuvent expliquer le phénotype de sous-fertilité observé chez ces souris knock-out. La deuxième étude dans cette thèse avait pour but de vérifier si l’absence de PRDX6 affecte les mâles vieillissants et de déterminer si le stress oxydatif relié au vieillissement affecte la fonction et l’intégrité du noyau des spermatozoïdes de souris Prdx6-nulle, ainsi que l’aboutissement de la fertilité. Les ROS s’accumulent durant le vieillissement dans les spermatozoïdes de Prdx6-nulle, causant des erreurs dans la compaction de la chromatine et des dommages oxydatifs et éventuellement une diminution de la fertilité