ivmМеждународный вестник ветеринарииInternational Journal of Veterinary Medicine2072-2419SpbGUVM Publishing House10.52419/issn2072-2419.2023.4.379ivm-1197Research ArticleАКУШЕРСТВО, ГИНЕКОЛОГИЯOBSTETRICS, GYNECOLOGYЛипидный состав плазматических мембран сперматозоидов петухов (Gallus gallus domesticus) и его динамика в процессе криоконсервацииLipid composition of plasma membranes of rooster sperm (Gallus gallus domesticus) and its dynamics during cryopreservationhttps://orcid.org/0000-0001-9504-3916СтанишевскаяО. И.StanishevskayaO. I.

д-р биол. наук, гл. науч. сотр., зав. лабораторией генетики,  разведения  и  сохранения  генетических ресурсов  сельскохозяйственных  птиц

Dr. Habil (Biol. Sci.),  Head  of  the  Laboratory  of Genetics, Breeding  and  Conservation  of  the  Genetic Resources of Farm Birds

olgastan@list.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1905-6373СилюковаЮ. Л.SilyukovaY. L.

мл. науч. сотр. лаборатории генетики, разведения  и сохранения  генетических  ресурсов сельскохозяйственных  птиц

Junior  Researcher,  Laboratory  of  Genetics, Breeding  and Conservation  of  the  Genetic Resources of Farm Birds

Всероссийский научно-исследовательский институт генетики и разведения сельскохозяйственных животных – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр животноводства – ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста»РоссияRussian Research Institute of Farm Animal Genetics and Breeding — Branch of the L.K. Ernst Federal Research Center for Animal HusbandryRussian Federation20231612202304379387Copyright © Станишевская О.И., Силюкова Ю.Л., 20232023Станишевская О.И., Силюкова Ю.Л.Stanishevskaya O.I., Silyukova Y.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vetjournal.spbguvm.ru/jour/article/view/1197

Особенности  строения  плазматических  мембран  сперматозоидов птиц делает их более чувствительными, по сравнению с таковыми млекопитающих, к низкотемпературному стрессу. Качественный и количественный состав липидов мембран может стать определяющим фактором при разработке новых эффективных составов криозащитных сред. Целью исследования было определить липидный состав плазматических мембран нативных сперматозоидов петухов, содержание углеводов и полиолов в составе их цитозоля, а также динамические изменения липидома мембран и состава цитозоля в процессе криоконсервации в зависимости от состава криозащитной среды. Исследования проведены на петухах породы род-айланд (n=10), определяли общую и прогрессивную подвижность сперматозоидов, поврежденность мембран. Замораживание и оттаивание  семени  осуществлялось  по fast-протоколам.  Для  определения  липидного  состава плазматических  мембран  сперматозоидов  и  состава  их  цитозоля  использовали  метод хроматографического анализа. В составе мембран нативных сперматозоидов идентифицировали: фософолипиды, гликолилпиды и нейтральные липиды, представленные фосфатидилэталомином, фосфатидилсерином, фосфатидилхолином, сфингомиелином и стеролом. Показано изменение соотношения между мембранными липидами внутреннего и наружного слоев плазматической мембраны сперматозоидов петухов в процессе крио консервации. У нативных сперматозоидов это соотношение составило 41,2% и 39,4% соответственно, у оттаянных сперматозоидов при использовании среды ЛКС-контроль – 38,3% и 47,2% соответственно, при использовании среды ЛКС-Т20 – 40,7% и 44,5% соответственно. Отмечено значительное снижение, более чем в 3 раза, общей суммы углеводов (фруктоза, глюкоза, трегалоза) и полиолов (глицерин, маннит, инозитол) в цитозоле заморожено/оттаянных сперматозоидов при использовании криопротекторной среды ЛКС-контроль по сравнению со значениями нативного семени - 0,1145 мг/мл и 0,0360 мг/мл соответственно. При использовании среды ЛКС-Т20 изменение было незначительным, и дельта составила 5,2%. Доказана эффективность использования криозащитной среды  ЛКС-Т20,  содержащей  трегалозу,  для  поддержания  в  процессе замораживания/оттаивания  липидной  мембранной  архитектуры  сперматозоидов  петухов,  углеводно-полиольного состава их цитозоля и, как следствие, морфофункциональной полноценности гамет.

The  structural  features  of  the  plasma membranes of avian sperm make them more sensitive, compared to those of mammals, to low-temperature  stress.  The  qualitative  and quantitative composition of membrane lipids can become a determining factor in the development of new effective compositions of cryoprotective  media.  The  purpose  of  the study was to determine the lipid composition of the plasma membranes of native rooster sperm, the content of carbohydrates and polyols  in  their  cytosol,  as  well  as  dynamic changes in the membrane lipidome and cytosol  composition  under  the  influence  of  the cryopreservation protocol, depending on the composition  of  the  cryoprotective  medium. The  studies  were  carried  out  on  Rhode  Island roosters (n=10), the total and progressive sperm motility and membrane damage were determined. Semen freezing and thawing was carried out using fast protocols. To determine the lipid composition of the plasma  membranes  of sperm and  the composition of their cytosol, a chromatographic analysis method was used. The following were identified in the membranes of native spermatozoa:  phospholipids,  glycolyllipids  and neutral lipids, represented by phosphatidylethalamine,  phosphatidylserine,  phosphatidylcholine,  sphingomyelin  and  sterol.  A change in the ratio between membrane lipids of the inner and outer layers of the plasma membrane of rooster spermatozoa under the influence  of  the  cryopreservation  protocol was shown. In native spermftozoa this ratio was  41.2%  and  39.4%,  respectively,  in thawed sperm when using the LCM-control medium –  38.3% and  47.2%, respectively, when using the LCM-T20 medium - 40.7% and 44.5%, respectively. There was a significant decrease, more than 3 times, in the total amount of carbohydrates (fructose, glucose, trehalose)  and  polyols  (glycerol,  mannitol, inositol)  in  the  cytosol  of  frozen/thawed spermatozoa when using the cryoprotective medium  LCM-control  compared  with  the values of the native spermatozoa - 0 .1145 mg/ml  and  0.0360  mg/ml,  respectively. When  using  the  LCM-T20  medium,  the change was insignificant and the delta was 5.2%. The effectiveness of using cryoprotective medium LCM-T20 containing trehalose has been proven to maintain the lipid membrane  architecture  of  rooster  spermatozoa, the carbohydratepolyol composition of their cytosol and, as a consequence, the morphofunctional usefulness of gametes during the freezing/thawing process.

криоконсервациясперматозоидыпетухиразбавитель для семенилипиды плазматической мембраныцитозольтрегалозаcryopreservationspermatozoaroosterssemen extenderplasma membrane lipidscytosoltrehaloseДанное исследование было проведено при поддержке Российского научного фонда, проект № 19-16-00009Р.This research was carried out with the support of the Russian Science Foundation, project No. 19-16-00009P.ReferencesVireque A.A. Effects of n-6 and n-3 polyunsaturated acidrich soybean phosphatidylcholine on membrane lipid profile and cryotolerance of human sperm / A.A. Vireque, A. Tata, O.F. Silva, E.G. LoTurco, A. Azzolini, C.R. Ferreira, M.H. Dantas, R.A. Ferriani, R.M. Reis // Fertility and sterility. – 2016. – Т. 106. – №. 2. – С. 273-283.Vireque A.A. Effects of n-6 and n-3 polyunsaturated acidrich soybean phosphatidylcholine on membrane lipid profile and cryotolerance of human sperm / A.A. Vireque, A. Tata, O.F. Silva, E.G. LoTurco, A. Azzolini, C.R. Ferreira, M.H. Dantas, R.A. Ferriani, R.M. Reis // Fertility and sterility. – 2016. – Т. 106. – №. 2. – С. 273-283.Кузнецов В.И. Липиды в структуре и функционировании биологических мембран / В.И. Кузнецов, В.В. Моррисон, О.Б. Лиско, Т.Д. Царева, Д.А. Сретенская, И.Б. Гаврилова, О.А. Хлебожарова // Саратовский научно-медицинский журнал. – 2014. – Т. 10. – №. 2. – С. 262-266.Кузнецов В.И. Липиды в структуре и функционировании биологических мембран / В.И. Кузнецов, В.В. Моррисон, О.Б. Лиско, Т.Д. Царева, Д.А. Сретенская, И.Б. Гаврилова, О.А. Хлебожарова // Саратовский научно-медицинский журнал. – 2014. – Т. 10. – №. 2. – С. 262-266.Mandal R. Role of membrane lipid fatty acids in sperm cryopreservation / R. Mandal, D. Badyakar, J. Chakrabarty // Advances in Andrology. – 2014. – Т. 2014.Mandal R. Role of membrane lipid fatty acids in sperm cryopreservation / R. Mandal, D. Badyakar, J. Chakrabarty // Advances in Andrology. – 2014. – Т. 2014.Stanishevskaya O. Effects of saccharides supplementation in the extender of cryo-preserved rooster (Gallus gallus domesticus) semen on the fertility of frozen/thawed spermatozoa / O. Stanishevskaya, Y. Silyukova, N. Pleshanov, A. Kurochkin, E. Fedorova, Z. Fedorova, O. Perinek, A. Prituzhalova, I. Meftakh // Animals. – 2021. – Т. 11. – №. 1. – С. 189.Stanishevskaya O. Effects of saccharides supplementation in the extender of cryo-preserved rooster (Gallus gallus domesticus) semen on the fertility of frozen/thawed spermatozoa / O. Stanishevskaya, Y. Silyukova, N. Pleshanov, A. Kurochkin, E. Fedorova, Z. Fedorova, O. Perinek, A. Prituzhalova, I. Meftakh // Animals. – 2021. – Т. 11. – №. 1. – С. 189.Королькова Т.Н., Амбарцумян Л.Л., Шепилова И.А. Роль трегалозы в продолжительности клинического эффекта биоревитализантов //Клиническая дерматология и венерология. – 2020. – Т. 19. – №. 2. – С. 240-248.Королькова Т.Н., Амбарцумян Л.Л., Шепилова И.А. Роль трегалозы в продолжительности клинического эффекта биоревитализантов //Клиническая дерматология и венерология. – 2020. – Т. 19. – №. 2. – С. 240-248.Sum A.K. Molecular simulation study of phospholipid bilayers and insights of the interactions with disaccharides / A.K. Sum, R. Faller, J.J. de Pablo //Biophysical journal. – 2003. – Т. 85. – №. 5. – С. 2830-2844.Sum A.K. Molecular simulation study of phospholipid bilayers and insights of the interactions with disaccharides / A.K. Sum, R. Faller, J.J. de Pablo //Biophysical journal. – 2003. – Т. 85. – №. 5. – С. 2830-2844.Maiti A., Daschakraborty S. Unraveling the Molecular Mechanisms of Trehalose-Mediated Protection and Stabilization of Escherichia coli Lipid Membrane during Desiccation //The Journal of Physical Chemistry B. – 2023. – Т. 127. – №2. – С. 4496-4507.Maiti A., Daschakraborty S. Unraveling the Molecular Mechanisms of Trehalose-Mediated Protection and Stabilization of Escherichia coli Lipid Membrane during Desiccation //The Journal of Physical Chemistry B. – 2023. – Т. 127. – №2. – С. 4496-4507.Целютин К. В., Тур Б. К. Искусственное осеменение и криоконсервация спермы сельскохозяйственной птицы (петухи, индюки, гусаки, селезни) //СПб.-Пушкин: ГНУ ВНИИГРЖ Россельхозакадемии. – 2013.Целютин К. В., Тур Б. К. Искусственное осеменение и криоконсервация спермы сельскохозяйственной птицы (петухи, индюки, гусаки, селезни) //СПб.-Пушкин: ГНУ ВНИИГРЖ Россельхозакадемии. – 2013.Stanishevskaya O.I. Effects of Trehalose Supplementation on Lipid Composition of Rooster Spermatozoa Membranes in a Freeze/Thaw Protocol / O.I. Stanishevskaya, Y. Silyukova, E. Fedorova, N. Pleshanov, A. Kurochkin, V.M. Tereshina, E. Ianutsevich // Animals. – 2023. – Т. 13. – №. 6. – С. 1023.Stanishevskaya O.I. Effects of Trehalose Supplementation on Lipid Composition of Rooster Spermatozoa Membranes in a Freeze/Thaw Protocol / O.I. Stanishevskaya, Y. Silyukova, E. Fedorova, N. Pleshanov, A. Kurochkin, V.M. Tereshina, E. Ianutsevich // Animals. – 2023. – Т. 13. – №. 6. – С. 1023.Pintado B. Permeability of boar and bull spermatozoa to the nucleic acid stains propidium iodide or Hoechst 33258, or to eosin: accuracy in the assessment of cell viability / B. Pintado, J. de la Fuente, E.R. Roldan // Journal of Reproduction and Fertility. – 2000. – Т. 118. – №. 1. – С. 145-152.Pintado B. Permeability of boar and bull spermatozoa to the nucleic acid stains propidium iodide or Hoechst 33258, or to eosin: accuracy in the assessment of cell viability / B. Pintado, J. de la Fuente, E.R. Roldan // Journal of Reproduction and Fertility. – 2000. – Т. 118. – №. 1. – С. 145-152.Feng H. L. Impact of Ca2+ flux inhibitors on acrosome reaction of hamster spermatozoa / H.L. Feng, Y.B. Han, A. Hershlag, I.J.Zheng //Journal of andrology. – 2007. – Т. 28. – №. 4. – С. 561-564.Feng H. L. Impact of Ca2+ flux inhibitors on acrosome reaction of hamster spermatozoa / H.L. Feng, Y.B. Han, A. Hershlag, I.J.Zheng //Journal of andrology. – 2007. – Т. 28. – №. 4. – С. 561-564.Януцевич Е. А. Мембранные липиды и углеводы цитозоля у Aspergillus niger в условиях осмотического, окислительного и холодового воздействий / Е.А. Януцевич, О.А. Данилова, Н.В. Гроза, В.М. Терешина //Микробиология. – 2016. – Т. 85. – №. 3. – С. 283-292.Януцевич Е. А. Мембранные липиды и углеводы цитозоля у Aspergillus niger в условиях осмотического, окислительного и холодового воздействий / Е.А. Януцевич, О.А. Данилова, Н.В. Гроза, В.М. Терешина //Микробиология. – 2016. – Т. 85. – №. 3. – С. 283-292.Moore A.I. Adding cholesterol to the stallion sperm plasma membrane improves cryosurvival / Moore A.I., Squires E.L., Graham J.K.// Cryobiology. – 2005. – Т. 51. – №. 3. – С. 241-249.Moore A.I. Adding cholesterol to the stallion sperm plasma membrane improves cryosurvival / Moore A.I., Squires E.L., Graham J.K.// Cryobiology. – 2005. – Т. 51. – №. 3. – С. 241-249.Hezavehei M. Membrane lipid replacement with nanomicelles in human sperm cryopreservation improves post-thaw function and acrosome protein integrity / M. Hezavehei, M. Sharafi, R. Fathi, A. Shahverdi, M.A.S. Gilani // Reproductive BioMedicine Online. – 2021. – № 43(2). – С. 257– 268.Hezavehei M. Membrane lipid replacement with nanomicelles in human sperm cryopreservation improves post-thaw function and acrosome protein integrity / M. Hezavehei, M. Sharafi, R. Fathi, A. Shahverdi, M.A.S. Gilani // Reproductive BioMedicine Online. – 2021. – № 43(2). – С. 257– 268.Longobardi V. Cholesterol-loaded cyclodextrins prevent cryocapacitation damages in buffalo (Bubalus bubalis) cryo-preserved spermм / V. Longobardi, G. Albero, C. De Canditiis, A. Salzano, A. Natale, A. Balestrieri, G. Neglia, G. Campanile, B. Gasparrini // Theriogenology. – 2017. – № 89. – С. 359-364.Longobardi V. Cholesterol-loaded cyclodextrins prevent cryocapacitation damages in buffalo (Bubalus bubalis) cryo-preserved spermм / V. Longobardi, G. Albero, C. De Canditiis, A. Salzano, A. Natale, A. Balestrieri, G. Neglia, G. Campanile, B. Gasparrini // Theriogenology. – 2017. – № 89. – С. 359-364.Chen T. Beneficial effect of intracellular trehalose on the membrane integrity of dried mammalian cells / T. Chen, J. P. Acker, A. Eroglu, S. Cheley, H. Bayley, A. Fowler, M. Toner // Cryobiology. – 2001. – Vol. 43. – p. 168–181.Chen T. Beneficial effect of intracellular trehalose on the membrane integrity of dried mammalian cells / T. Chen, J. P. Acker, A. Eroglu, S. Cheley, H. Bayley, A. Fowler, M. Toner // Cryobiology. – 2001. – Vol. 43. – p. 168–181.Delgado-Bermúdez A. Aquaporins are essential to maintain motility and membrane lipid architecture during mammalian sperm capacitation / A. Delgado-Bermúdez, S. Recuero, M. Llavanera, Y. Mateo-Otero, A. Sandu, I. Barranco, J. Ribas-Maynou, M. Yeste //Frontiers in Cell and Developmental Biology. – 2021. – № 9. – С. 656438.Delgado-Bermúdez A. Aquaporins are essential to maintain motility and membrane lipid architecture during mammalian sperm capacitation / A. Delgado-Bermúdez, S. Recuero, M. Llavanera, Y. Mateo-Otero, A. Sandu, I. Barranco, J. Ribas-Maynou, M. Yeste //Frontiers in Cell and Developmental Biology. – 2021. – № 9. – С. 656438.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.