Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchung der in vitro Bindungsfähigkeit porciner Spermien im Ovidukt-Explant-Assay und im DudFinder Sperm-Binding Assay und deren Beziehung zu spermatologischen Qualitätsparametern

Magnus, Frank Karl

The objective of this study was to investigate the binding ability of porcine spermatozoa in the Oviduct-Explant-Assay (OEA) and in the DudFinderâ Sperm-Binding Assay (SBA) in relation to conventional parameters of sperm quality and in relation to storage time of liquid semen. 116 diluted semen samples of 44 boars from four different insemination centres were examined after 24 h and after 72 h of cold-storage. The conventional assessment of sperm motility, of morphological abnormal forms and of sperm viability (PI-staining) was performed in the diluted ejaculates. Motile spermatozoa were selected by Percoll gradient centrifugation. Binding of sperm was investigated using explants from 124 fallopian tubes of sows obtained at the local abattoir in the OEA and using heat-solubilized extract of perivitelline membranes from hens eggs in the commercial SBA on a split-sample-basis. The relation between sperm-binding ability in vitro and fertility was investigated in five boars proved as being subfertile. Following results were achieved: Sperm motility of all boars was ³ 70 %. Concerning sperm morphology and cytoplasmic droplets as being the most frequent morphological abnormal form, boars were classified as being morphologically conspicuous (morphologically abnormal spermatozoa ³ 30 % and / or spermatozoa with cytoplasmic droplets ³ 15 %) or as being morphologically inconspicuous (morphologically abnormal spermatozoa £ 30 % and spermatozoa with cytoplasmic droplets £ 15 %). At both times of investigation binding of porcine sperm in the OEA differed highly significant between boars (p £ 0,001) and decreased highly significant during storage time (p £ 0,001) about 25 %. Regardless of storage time the binding index showed a highly significant negative correlation with both the percentage of morphologically abnormal spermatozoa (R = -0,52; p £ 0,001) and the percentage of spermatozoa with cytoplasmic droplets (R = -0,52; p £ 0,001). There was also a significant positive correlation between the binding index and the motility of Percoll-selected sperm (R = 0,45; p £ 0,05). No correlation was found between the binding index and either motility of untreated sperm or the viability after Propidiumiodid-staining or the stability of the sperm chromatin structure. Sperm binding in the SBA decreased significantly (p £ 0,05) from 6,6 % to 6,2 % bound sperm during storage of the extended semen. There were no correlations between % bound sperm in the SBA and any other parameter of sperm quality including the results of the OEA. The ejaculates of five boars classified as being subfertile were morphologically conspicuous. Spermatozoa from the ejaculates of four out of five boars showed a binding index in the OEA more than one standard deviation lower than the mean of the investigated population while none of those boars had spermatozoa showing a diminished binding ability in the SBA. It can be concluded that the OEA is an useful approach to investigate the boar specific and selective character of porcine sperm binding to oviductal epithelium in vitro. In contrast, the validity of the SBA must be considered as being questionable. Further research activities in this field are mandatory and should focus on the molecular basis of the observed reduced binding ability of long-term stored boar spermatozoa to oviductal epithelium.  

Ziel dieser Arbeit war es, das Bindungsverhalten porciner Spermien im Ovidukt-Explant-Assay (OEA) und im DudFinderâ Sperm-Binding Assay (SBA) in Relation zu konventionellen spermatologischen Qualitätsparametern und zur Lagerungsdauer flüssigkonservierten Samens zu untersuchen. 116 verdünnte Samenproben von 44 verschiedenen Ebern aus vier verschieden Besamungsstationen wurden nach 24- und nach 72-stündiger Lagerungsdauer untersucht. Es wurde eine konventionelle spermatologische Untersuchung von Motilität und morphologisch abweichenden Samenzellen sowie eine Vitalitätsuntersuchung (PI-Färbung) durchgeführt. Eine Selektion motiler Spermien erfolgte mit der Percoll-Dichtegradientenzentrifugation. Die Bindungsfähigkeit der Spermien wurde auf split-sample-Basis im OEA an 124 frischen, aus Schlachtorganen von Altsauen gewonnenen Eileiterepithelexplanten, sowie im kommerziellen SBA an ein Proteinsubstrat aus der perivitellinen Membran von Hühnereiern untersucht. Für fünf nachweislich subfertile Eber wurde die Beziehung zwischen Befruchtungsleistung und der Spermienbindungsfähigkeit in vitro ermittelt. Folgende Ergebnisse wurden erzielt: Die Motilität der Spermien lag bei allen Ebern mit ³ 70 % über den Mindestanforderungen. Hinsichtlich der Spermienmorphologie und hinsichtlich der Plasmatropfen als häufigste morphologische Abweichung wurden morphologisch auffällige Eber (Gesamtzahl morphologisch abweichender Spermien ³ 30 % und / oder Spermien mit Plasmatropfen ³ 15 %) und morphologisch unauffällige Eber (Gesamtzahl morphologisch abweichender Spermien £ 30 % und Spermien mit Plasmatropfen £ 15 %) klassifiziert. Die Bindung porciner Spermien im OEA war für beide Untersuchungszeitpunkte zwischen den Ebern unterschiedlich und lag mit einer durchschnittlichen Abnahme des Bindungsindex von 25 % nach 72-stündiger Lagerungsdauer hochsignifikant (p £ 0,001) unter dem Niveau des 24 Stunden konservierten Samens. Der Bindungsindex im OEA korrelierte lagerungsunabhängig hochsignifikant negativ mit morphologischen Parametern, d.h. mit der Gesamtzahl morphologisch abweichender Formen (R = -0,52; p £ 0,001) und mit dem Prozentsatz der Spermien mit Plasmatropfen (R = -0,52; p £ 0,001) und signifikant positiv zur Motilität der durch Percoll-Dichtegradientenzentrifugation selektierten Samenzellen (R = 0,45; p £ 0,05). Zur Motilität der unbehandelten Spermien, zum Vitalitätsparameter nach Propidiumiodidfärbung und zur Stabilität der Spermienchromatinstruktur ergaben sich keine signifikanten Korrelationen. Die Spermienbindungsfähigkeit im SBA nahm zwischen 24- und 72-stündiger Lagerungsdauer von 6,6 % auf 6,2 % gebundene Spermien signifikant ab (p £ 0,05). Es waren keine Korrelationen zu anderen spermatologischen Parametern einschließlich des Ovidukt-Explant-Assays festzustellen. Fünf subfertile Eber hatten spermienmorphologisch auffällige Ejakulate. Spermien aus Ejakulaten von vier der fünf Eber wiesen eine gegenüber dem Populationsdurchschnitt um mehr als eine Standardabweichung niedrigere Bindungsfähigkeit im OEA auf, während der Samen von keinem dieser Eber eine verminderte Spermienbindung im SBA zeigte. Anhand dieser Ergebnisse wird geschlußfolgert, dass der OEA geeignet ist, die eberspezifisch selektive Bindungseigenschaft porciner Spermien an das Oviduktepithel in vitro zu untersuchen, während die Aussagekraft des Sperm-Binding Assays fraglich erscheint. Die molekulare Ursache abnehmender Oviduktbindung bei gelagerten Spermien bedarf weiterer Untersuchungen.  

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Magnus, Frank Karl: Untersuchung der in vitro Bindungsfähigkeit porciner Spermien im Ovidukt-Explant-Assay und im DudFinder Sperm-Binding Assay und deren Beziehung zu spermatologischen Qualitätsparametern. Hannover 2002. Tierärztliche Hochschule.

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