Published September 23, 2022 | Version v1
Publication Open

TRPV1 channel in spermatozoa is a molecular target for ROS-mediated sperm dysfunction and differentially expressed in both natural and ART pregnancy failure

Creators

  • 1. National Institute of Science Education and Research
  • 2. Ravenshaw University
  • 3. R. G. Kar Medical College and Hospital
  • 4. Institute of Life Sciences

Description

Bi-directional crosstalk between Ca2+ signaling and ROS modulates physiological processes as a part of a regulatory circuit including sperm function. The role of transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1) in this regard cannot be undermined. This is the first report demonstrating the Ca2+-sensitive TRPV1 channel to be under-expressed in spermatozoa of subfertile men, idiopathic infertile men, and normozoospermic infertile males with high ROS (idiopathic infertility and unilateral varicocele). To study the effect of TRPV1 in determining the fertility outcome, we compared the expression profile of TRPV1 in spermatozoa of male partners who achieved pregnancy by natural conception (NC+, n = 10), IVF (IVF+, n = 23), or ICSI (ICSI +, n = 9) and their respective counterparts with failed pregnancy NC (n = 7), IVF (n = 23), or ICSI (n = 10), by both immunocytochemistry and flow-cytometry. Reduced expression of TRPV1 in sperm of IVF ± and ICSI ± men with respect to that NC+ men imply its role in mediating successful fertilization. Unsuccessful pregnancy outcome with an underexpression of TRPV1 in sperm of NC-/IVF-/ICSI-men suggests its role in conception and maintenance of pregnancy. Since ROS is regarded as one of the major contributors to sperm dysfunction, the effect of H2O2 +/- TRPV1 modulators (RTX/iRTX) on acrosomal reaction and calcium influx was evaluated to confirm TRPV1 as a redox sensor in human sperm. A significant increment in the percentage of acrosome reacted spermatozoa along with augmented Ca2+-influx was observed after H2O2 treatment, both in the presence or absence of TRPV1 agonist resiniferatoxin (RTX). The effect was attenuated by the TRPV1 antagonist iodoresiniferatoxin (iRTX), indicating the involvement of TRPV1 in mediating H2O2 response. Enhancement of motility and triggering of acrosomal reaction post TRPV1 activation suggested that disruption of these signaling cascades in vivo, possibly due to down-regulation of TRPV1 in these subfertile males. Bioinformatic analysis of the crosstalk between TRPV1 with fertility candidate proteins (reported to influence IVF outcome) revealed cell death and survival, cellular compromise, and embryonic development to be the primary networks affected by anomalous TRPV1 expression. We therefore postulate that TRPV1 can act as a redox sensor, and its expression in spermatozoa may serve as a fertility marker.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يقوم التشويش ثنائي الاتجاه بين إشارات Ca2 + و ROS بتعديل العمليات الفسيولوجية كجزء من دائرة تنظيمية بما في ذلك وظيفة الحيوانات المنوية. لا يمكن تقويض دور مستقبلات الفانيليا المحتملة العابرة 1 (TRPV1) في هذا الصدد. هذا هو التقرير الأول الذي يوضح قناة TRPV1 الحساسة لـ Ca2+ التي يتم التعبير عنها بشكل ناقص في الحيوانات المنوية للرجال الذين يعانون من العقم، والرجال الذين يعانون من العقم مجهول السبب، والذكور الذين يعانون من العقم الطبيعي مع ارتفاع ROS (العقم مجهول السبب والقيلة الدالية أحادية الجانب). لدراسة تأثير TRPV1 في تحديد نتيجة الخصوبة، قارنا ملف تعريف تعبير TRPV1 في الحيوانات المنوية للشركاء الذكور الذين حققوا الحمل عن طريق الحمل الطبيعي (NC+، n = 10)، IVF (IVF+، n = 23)، أو الحقن المجهري (ICSI +، n = 9) ونظرائهم المعنيين مع الحمل الفاشل NC (n = 7)، IVF (n = 23)، أو الحقن المجهري (n = 10)، عن طريق كل من الكيمياء المناعية وقياس التدفق الخلوي. انخفاض التعبير عن TRPV1 في الحيوانات المنوية من IVF ± و ICSI ± الرجال فيما يتعلق بالرجال NC+ يعني دورها في التوسط في الإخصاب الناجح. تشير نتائج الحمل غير الناجحة مع نقص التعبير عن TRPV1 في الحيوانات المنوية من NC -/IVF -/ICSI - men إلى دورها في الحمل والحفاظ عليه. نظرًا لأن ROS يُعتبر أحد المساهمين الرئيسيين في ضعف الحيوانات المنوية، فقد تم تقييم تأثير مُعدِّلات H2O2 +/- TRPV1 (RTX/iRTX) على التفاعل الجسيمي وتدفق الكالسيوم لتأكيد TRPV1 كمستشعر أكسدة في الحيوانات المنوية البشرية. لوحظت زيادة كبيرة في النسبة المئوية للحيوانات المنوية المتفاعلة مع الجسيم الطرفي إلى جانب زيادة Ca2 + - influx بعد علاج H2O2، سواء في وجود أو عدم وجود راتنجاتوكسين TRPV1 (RTX). تم تخفيف التأثير بواسطة مضاد TRPV1 iodoresiniferatoxin (iRTX)، مما يشير إلى تورط TRPV1 في التوسط في استجابة H2O2. يشير تعزيز الحركة وإثارة التفاعل الجسيمي الطرفي بعد تنشيط TRPV1 إلى أن تعطيل سلاسل الإشارات هذه في الجسم الحي، ربما بسبب انخفاض تنظيم TRPV1 في هؤلاء الذكور الذين يعانون من ضعف الخصوبة. كشف التحليل المعلوماتي الحيوي للتداخل بين TRPV1 والبروتينات المرشحة للخصوبة (التي قيل إنها تؤثر على نتائج التلقيح الاصطناعي) أن موت الخلايا وبقائها، والتسوية الخلوية، والتطور الجنيني هي الشبكات الأولية المتأثرة بتعبير TRPV1 الشاذ. لذلك نفترض أن TRPV1 يمكن أن يعمل كمستشعر للأكسدة، وقد يكون تعبيره في الحيوانات المنوية بمثابة علامة للخصوبة.

Translated Description (French)

La diaphonie bidirectionnelle entre la signalisation du Ca2+ et le ROS module les processus physiologiques dans le cadre d'un circuit de régulation comprenant la fonction spermatique. Le rôle du potentiel récepteur transitoire vanilloïde 1 (TRPV1) à cet égard ne peut être compromis. Il s'agit du premier rapport démontrant que le canal TRPV1 sensible au Ca2+ est sous-exprimé dans les spermatozoïdes des hommes subfertiles, des hommes infertiles idiopathiques et des hommes infertiles normozoospermiques présentant des ROS élevés (infertilité idiopathique et varicocèle unilatérale). Pour étudier l'effet du TRPV1 dans la détermination du résultat de la fertilité, nous avons comparé le profil d'expression du TRPV1 dans les spermatozoïdes des partenaires masculins qui ont obtenu une grossesse par conception naturelle (NC+, n = 10), FIV (FIV+, n = 23) ou ICSI (ICSI +, n = 9) et leurs homologues respectifs avec un échec de grossesse NC (n = 7), FIV (n = 23) ou ICSI (n = 10), à la fois par immunocytochimie et par cytométrie en flux. La réduction de l'expression de TRPV1 dans les spermatozoïdes des hommes FIV ± et ICSI ± par rapport aux hommes NC+ implique son rôle dans la médiation d'une fécondation réussie. L'échec de la grossesse avec une sous-expression de TRPV1 dans le sperme des hommes NC-/FIV-/ICSI suggère son rôle dans la conception et le maintien de la grossesse. Étant donné que ROS est considéré comme l'un des principaux contributeurs au dysfonctionnement des spermatozoïdes, l'effet des modulateurs H2O2 +/- TRPV1 (RTX/iRTX) sur la réaction acrosomale et l'afflux de calcium a été évalué pour confirmer TRPV1 en tant que capteur redox dans le sperme humain. Une augmentation significative du pourcentage de spermatozoïdes ayant réagi à l'acrosome ainsi que de l'influx de Ca2+ augmenté a été observée après le traitement par H2O2, en présence ou en l'absence de la résinifératoxine agoniste TRPV1 (RTX). L'effet a été atténué par l'antagoniste de TRPV1, l'iodorésinifératoxine (iRTX), indiquant l'implication de TRPV1 dans la médiation de la réponse H2O2. L'amélioration de la motilité et le déclenchement de la réaction acrosomique après l'activation de TRPV1 suggèrent que la perturbation de ces cascades de signalisation in vivo, peut-être due à une régulation à la baisse de TRPV1 chez ces mâles subfertiles. L'analyse bioinformatique de la diaphonie entre TRPV1 et les protéines candidates de fertilité (qui influenceraient les résultats de la FIV) a révélé que la mort et la survie des cellules, le compromis cellulaire et le développement embryonnaire étaient les principaux réseaux affectés par l'expression anormale de TRPV1. Nous postulons donc que TRPV1 peut agir comme un capteur redox, et son expression dans les spermatozoïdes peut servir de marqueur de fertilité.

Translated Description (Spanish)

La diafonía bidireccional entre la señalización de Ca2+ y ROS modula los procesos fisiológicos como parte de un circuito regulador que incluye la función de los espermatozoides. El papel del potencial receptor transitorio vanilloide 1 (TRPV1) en este sentido no puede ser socavado. Este es el primer informe que demuestra que el canal TRPV1 sensible al Ca2+ está subexpresado en espermatozoides de hombres subfértiles, hombres infértiles idiopáticos y hombres infértiles normozoospérmicos con altas ROS (infertilidad idiopática y varicocele unilateral). Para estudiar el efecto de TRPV1 en la determinación del resultado de fertilidad, comparamos el perfil de expresión de TRPV1 en espermatozoides de parejas masculinas que lograron el embarazo por concepción natural (NC+, n = 10), FIV (IVF+, n = 23) o ICSI (ICSI +, n = 9) y sus respectivas contrapartes con embarazo fallido NC (n = 7), FIV (n = 23) o ICSI (n = 10), tanto por inmunocitoquímica como por citometría de flujo. La expresión reducida de TRPV1 en espermatozoides de hombres con IVF ± e ICSI ± con respecto a los hombres con NC+ implica su papel en la mediación de la fertilización exitosa. El resultado infructuoso del embarazo con una subexpresión de TRPV1 en espermatozoides de hombres NC-/IVF-/ICSI sugiere su papel en la concepción y el mantenimiento del embarazo. Dado que ROS se considera uno de los principales contribuyentes a la disfunción espermática, se evaluó el efecto de los moduladores de H2O2 +/- TRPV1 (RTX/iRTX) sobre la reacción acrosómica y la afluencia de calcio para confirmar que TRPV1 es un sensor redox en el esperma humano. Se observó un aumento significativo en el porcentaje de espermatozoides que reaccionaron al acrosoma junto con un aumento del flujo de Ca2+ después del tratamiento con H2O2, tanto en presencia como en ausencia de resiniferatoxina agonista de TRPV1 (RTX). El efecto fue atenuado por el antagonista de TRPV1 yodoresiniferatoxina (iRTX), lo que indica la participación de TRPV1 en la mediación de la respuesta de H2O2. La mejora de la motilidad y el desencadenamiento de la reacción acrosómica después de la activación de TRPV1 sugirieron que la interrupción de estas cascadas de señalización in vivo, posiblemente debido a la regulación negativa de TRPV1 en estos machos subfértiles. El análisis bioinformático de la diafonía entre TRPV1 con proteínas candidatas a la fertilidad (que se informó que influyen en el resultado de la FIV) reveló que la muerte y supervivencia celular, el compromiso celular y el desarrollo embrionario son las redes primarias afectadas por la expresión anómala de TRPV1. Por lo tanto, postulamos que TRPV1 puede actuar como un sensor redox, y su expresión en espermatozoides puede servir como un marcador de fertilidad.

Files

pdf.pdf

Files (4.3 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:cfb89c89ed9b82757907cf796c24981b
4.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
قناة TRPV1 في الحيوانات المنوية هي هدف جزيئي لخلل وظائف الحيوانات المنوية بوساطة ROS ويتم التعبير عنها بشكل مختلف في كل من فشل الحمل الطبيعي والفني
Translated title (French)
Le canal TRPV1 dans les spermatozoïdes est une cible moléculaire pour le dysfonctionnement des spermatozoïdes médié par ROS et exprimé différemment dans l'échec de la grossesse naturel et ART
Translated title (Spanish)
El canal TRPV1 en los espermatozoides es un objetivo molecular para la disfunción de los espermatozoides mediada por ROS y se expresa diferencialmente en el fracaso del embarazo natural y tar

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4296828714
DOI
10.3389/fcell.2022.867057

Is supplement to
https://openalex.org/W2964958677 (Other)
https://openalex.org/W2748693184 (Other)
https://openalex.org/W2508427169 (Other)
https://openalex.org/W2356671327 (Other)
https://openalex.org/W2212776737 (Other)
https://openalex.org/W2061247861 (Other)
https://openalex.org/W2058078905 (Other)
https://openalex.org/W2041613015 (Other)
https://openalex.org/W2028264226 (Other)
https://openalex.org/W1542157645 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1165140024
  • https://openalex.org/W1519358158
  • https://openalex.org/W1876528315
  • https://openalex.org/W1964563796
  • https://openalex.org/W1964607504
  • https://openalex.org/W1966519182
  • https://openalex.org/W1968470779
  • https://openalex.org/W1985213868
  • https://openalex.org/W1985962374
  • https://openalex.org/W1986012407
  • https://openalex.org/W1992008471
  • https://openalex.org/W1998351838
  • https://openalex.org/W1999529899
  • https://openalex.org/W2002082521
  • https://openalex.org/W2014329773
  • https://openalex.org/W2024133424
  • https://openalex.org/W2026545561
  • https://openalex.org/W2040884289
  • https://openalex.org/W2043117813
  • https://openalex.org/W2044558525
  • https://openalex.org/W2045623028
  • https://openalex.org/W2046315822
  • https://openalex.org/W2048116607
  • https://openalex.org/W2050781058
  • https://openalex.org/W2051854985
  • https://openalex.org/W2057227508
  • https://openalex.org/W2057673406
  • https://openalex.org/W2059168493
  • https://openalex.org/W2065533426
  • https://openalex.org/W2069661377
  • https://openalex.org/W2074386655
  • https://openalex.org/W2081348670
  • https://openalex.org/W2092166214
  • https://openalex.org/W2093193559
  • https://openalex.org/W2093315658
  • https://openalex.org/W2095577394
  • https://openalex.org/W2102000199
  • https://openalex.org/W2103627092
  • https://openalex.org/W2106201634
  • https://openalex.org/W2120179781
  • https://openalex.org/W2133654425
  • https://openalex.org/W2137476312
  • https://openalex.org/W2147858742
  • https://openalex.org/W2152425292
  • https://openalex.org/W2152440475
  • https://openalex.org/W2159880763
  • https://openalex.org/W2162516508
  • https://openalex.org/W2162897126
  • https://openalex.org/W2167859595
  • https://openalex.org/W2178776168
  • https://openalex.org/W2291450166
  • https://openalex.org/W2299435073
  • https://openalex.org/W2321931302
  • https://openalex.org/W2378920865
  • https://openalex.org/W2409484723
  • https://openalex.org/W2419262690
  • https://openalex.org/W2470390573
  • https://openalex.org/W2485896837
  • https://openalex.org/W2506927642
  • https://openalex.org/W2565064712
  • https://openalex.org/W2769068417
  • https://openalex.org/W2792038173
  • https://openalex.org/W2792219399
  • https://openalex.org/W2793389959
  • https://openalex.org/W2793592230
  • https://openalex.org/W2802770264
  • https://openalex.org/W2809449278
  • https://openalex.org/W2888110125
  • https://openalex.org/W2888201883
  • https://openalex.org/W2905605914
  • https://openalex.org/W2912064886
  • https://openalex.org/W2912076336
  • https://openalex.org/W2914522994
  • https://openalex.org/W2941818042
  • https://openalex.org/W2988150837
  • https://openalex.org/W3002535032
  • https://openalex.org/W3003941885
  • https://openalex.org/W3159928430
  • https://openalex.org/W4238278966
  • https://openalex.org/W761468884
  • https://openalex.org/W833208189