Efeitos não genômicos e genômicos do estradiol e xenoestrógenos e seus mecanismos de ação em células testiculares de zebrafish e ratos

Abstract

A espermatogênese é caracterizada pelo desenvolvimento das células germinativas em espermatozoides e seu correto desempenho está relacionado ao suporte físico e energético fornecido pelas células de Sertoli. No entanto, animais aquáticos e terrestres são suscetíveis à exposição ao bisfenol A (BPA), que afeta negativamente os sistemas endócrino e reprodutor masculino. Portanto, o objetivo geral deste estudo foi investigar os efeitos do BPA e/ou 17ß-estradiol (E2) na sinalização do cálcio (Ca2+), metabolismo energético testicular e espermatogênese em zebrafish adultos e/ou ratos imaturos. Capítulo I, parte I: Os resultados mostraram que os canais de Ca2+ dependentes de voltagem do tipo L, canais de cloreto dependentes de Ca2+, proteína quinase C, receptor de trifosfato de inositol (IP3R), MEK 1/2, PI3K e receptores nucleares de estrógeno (ESR) estão envolvidos no mecanismo de ação do BPA (10 pM) em estimular o influxo de 45Ca2+ em testículo de zebrafish. Além disso, BPA causou um aumento na liberação de lactato desidrogenase (LDH) e teor de triacilglicerol dependente da ativação de IP3R. Capítulo I, parte II: Os resultados mostraram que os teores de lactato e glicogênio foram reduzidos em testículos de zebrafish após exposições in vitro (1 hora) e in vivo (12 horas) ao BPA. A atividade da LDH foi reduzida após a exposição in vitro. Entretanto, a atividade da aspartato aminotransferase foi aumentada, mas reduzida após a exposição in vivo a 10 pM e 10 µM de BPA. No entanto, a atividade da alanina aminotransferase foi reduzida nos testículos incubados com BPA, enquanto sua atividade foi aumentada após a exposição in vivo. Além disso, uma diminuição na proporção da superfície de espermátides e espermatozoides, bem como um aumento na porcentagem de espermatócitos apoptóticos foram observados após exposição in vivo a 10 pM e 10 µM de BPA. Além disso, a expressão relativa dos genes LDHBa, alanina aminotransferase 2 (GPT2), piruvato carboxilase, ESR2b e wimpy-like induzida por elemento P foi aumentada em testículos incubados com 10 pM BPA por 6 horas, enquanto a expressão relativa de piruvato quinase M1/2 (PKMA) foi reduzida após 72 horas. Além disso, a redução na expressão relativa do gene da proteína de fibra densa externa 3b por 10 pM de BPA foi dependente da ativação de ESRa/ß. Além disso, a redução na proporção de espermátides e espermatozóides pelo BPA também foi via ESRa/ß. A expressão relativa do transportador de monocarboxilato 4, ESR2a, ESR2b e proteína do complexo sinaptonêmico 3 foi aumentada, enquanto a expressão relativa de GPT2 e do receptor a relacionado ao estrógeno foi reduzida em testículos incubados com 10 µM de BPA por 72 horas. Além disso, a expressão relativa reduzida de 6-fosfofruto-2-quinase/frutose-2,6-bisfosfatase 2a e LDHBa, bem como a expressão relativa aumentada de glicogênio fosforilase por 10 µM BPA foram dependentes da ativação de ESRa/ß. Além disso, o aumento induzido pelo BPA do número de células testiculares expressando LDH também foi via ESRa/ß. Além disso, os imunoconteúdos de PKM e antígeno nuclear de proliferação celular, bem como a fosforilação de ERK 1/2 foi aumentada nos testículos incubados com BPA. Capítulo II: Os resultados mostraram que a expressão relativa de glicogênio fosforilase, PKM e LDHc foi aumentada em explantes de testículo de ratos imaturos incubados com E2 e BPA (1 nM ou µM) por 6 horas. Além disso, a expressão relativa de GPT2 e glicerol quinase 2 foi aumentada pelo BPA. No geral, nossos dados evidenciam que o BPA prejudica a homeostase do Ca2+ testicular, o metabolismo energético testicular e espermatogênese através de mecanismos não genômicos e genômicos.

Abstract: The spermatogenesis is characterized by the development of germ cells into spermatozoa and its correct performance is related to the physical and energy support provided by Sertoli cells. However, aquatic and terrestrial animals are susceptible to exposure to the bisphenol A (BPA), which negatively affect the endocrine and male reproductive systems. Therefore, the general objective of this study was to investigate the effects of BPA and/or 17ß-estradiol (E2) on calcium (Ca2+) signaling, testicular energy metabolism and spermatogenesis in adult zebrafish and/or immature rats. Chapter I, part I: Results showed that L-type voltage-dependent Ca2+ channels, Ca2 +-dependent chloride channels, protein kinase C, inositol triphosphate receptor (IP3R), MEK 1/2, PI3K and nuclear estrogen receptors (ESR) are involved in the mechanism of action of BPA (10 pM) in stimulating 45Ca2+ influx in zebrafish testis. Moreover, BPA caused an increase in lactate dehydrogenase (LDH) release and triacylglycerol content dependent on IP3R activation. Chapter I, part II: Results showed that lactate and glycogen contents were reduced in zebrafish testes after in vitro (1 hour) and in vivo (12 hours) exposures to BPA. LDH activity was reduced after in vitro exposure. In contrast, aspartate aminotransferase activity was increased, but decreased after in vivo exposure to 10 pM and 10 µM BPA. However, alanine aminotransferase activity was reduced in the testes incubated with BPA, whereas its activity was increased after in vivo exposure. Additionally, a decrease in the proportion of the surface of spermatids and spermatozoa, as well as an increase in the percentage of apoptotic spermatocytes were observed after in vivo exposure to 10 pM and 10 µM BPA. Furthermore, the relative expression of LDHBa, alanine aminotransferase 2 (GPT2), pyruvate carboxylase, ESR2b and P-element induced wimpy-like 1 was increased in testes incubated with 10 pM BPA for 6 hours, while pyruvate kinase M1/2 (PKMA) relative expression was reduced after 72 hours. In addition, the reduction in the relative expression of outer dense fiber protein 3b by 10 pM BPA was dependent on ESRa/ß activation. Moreover, the reduction in the proportion of spermatids and spermatozoa by BPA was also via ESRa/ß. The relative expression of monocarboxylate transporter 4, ESR2a, ESR2b and synaptonemal complex protein 3 was increased, while the relative expression of GPT2 and estrogen-related receptor a was reduced in testes incubated with 10 µM BPA for 72 hours. Additionally, the reduced relative expression of 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase 2a and LDHBa, as well as the increased glycogen phosphorylase relative expression by 10 µM BPA were dependent on ESRa/ß activation. Furthermore, the increased number of testicular cells expressing LDH by BPA was also via ESRa/ß. In addition, PKM and cell proliferation nuclear antigen immunocontents as well as ERK 1/2 phosphorylation were increased in testes incubated with BPA. Chapter II: Results showed that the relative expression of glycogen phosphorylase, PKM and LDHc was increased in immature rat testis explants incubated with E2 and BPA (1 nM or µM) for 6 hours. Furthermore, the relative expression of GPT2 and glycerol kinase 2 was increased by BPA. Overall, our data evidence that BPA impairs testicular Ca2+ homeostasis, testicular energy metabolism and spermatogenesis through nongenomic and genomic mechanisms.