Взаимосвязь индекса фрагментации ядерной ДНК сперматозоидов с гормональным статусом у быков-производителей

Актуальность. Эффективность разведения крупного рогатого скота напрямую зависит от качества воспроизводства, где состояние сперматозоидов у племенных быков играет решающую роль. Одним из критических факторов является фрагментация ДНК в спер­матозоидах, которая может привести к генетическим аномалиям и снизить эффектив­ность искусственного оплодотворения. Гормональный дисбаланс, особенно уровень тестостерона и эстрадиола, может повлиять на целостность ДНК. Это исследование на­правлено на изучение влияния гормонального статуса быков на фрагментацию ДНК в их сперматозоидах.

Методы. Исследование было проведено на 43 быках голштинской породы. Фрагмента­цию оценивали с помощью щелочного ДНК комет-анализа, в каждом образце анализи­ровали не менее 250 сперматозоидов. Гормональный статус (тестостерон, эстрадиол, тироксин) оценивали с помощью иммуноферментного анализа (ELISA) сыворотки кро­ви. Статистический анализ проводили с использованием программного обеспечения SPSS v.23 с использованием дисперсионного анализа и t-критерия Стьюдента.

Результаты. Более 98% сперматозоидов содержали неповрежденную ДНК, в то время как умеренные и тяжелые повреждения наблюдались в 1% и 0,8% клеток соответствен­но. У быков с неповрежденной ДНК уровень тестостерона был на 62,3% и 72% выше, чем у быков с поврежденной ДНК (p < 0,05). И наоборот, концентрация эстрадиола была на 40% выше у быков с фрагментированной ДНК. Корреляционный анализ выявил сла­бую, но значимую отрицательную связь между тестостероном и фрагментацией ДНК (ρ ≈ -0,20) и положительную связь между эстрадиолом и повреждением ДНК (ρ ≈ 0,18). Уровни тироксина не показали существенных различий между группами.

Выводы. Высокий уровень тестостерона связан с уменьшением фрагментации ДНК, в то время как повышенный уровень эстрадиола может способствовать ее увеличению, воз­можно, из-за окислительного стресса. Эти данные подчеркивают важность гормонально­го баланса для поддержания целостности ДНК сперматозоидов у племенных быков.

1. Шмидт А.В., Иолчиев Б.С., Онкорова Н.Т. Изучение биологиче­ской полноценности сперматозоидов в сперме с бактериальной обсемененностью. Вестник КрасГАУ. 2024; (2): 101–108. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2024-6-101-108

2. Иолчиев Б.С. и др. Дисперсия хроматина сперматозоидов быков-производителей в зависимости от возраста. Животноводство и кормопроизводство. 2024; 107(4): 255–265. https://doi.org/10.33284/2658-3135-107-4-255

3. Карпеня М.М. Взаимосвязь некоторых факторов с репродук­тивной функцией быков-производителей. Зоотехническая наука Беларуси. 2021; 56(1): 59–65. https://elibrary.ru/btdnxo

4. Руденко О.В. Показатели воспроизводства коров при разной степени инбридинга. Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство. 2022; 17(3): 360–372. https://doi.org/10.22363/2312-797X-2022-17-3-360-372

5. Davis T.C., White R.R. Breeding animals to feed people: The many roles of animal reproduction in ensuring global food security. Theriogenology. 2020; 150: 27–33. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2020.01.041

6. López-Gatius F. Is fertility declining in dairy cattle?: A retrospective study in northeastern Spain. Theriogenology. 2003; 60(1): 89–99. https://doi.org/10.1016/S0093-691X(02)01359-6

7. Berry D.P., Friggens N.C., Lucy M., Roche J.R. Milk Production and Fertility in Cattle. Annual Review of Animal Biosciences. 2016; 4: 269–290. https://doi.org/10.1146/annurev-animal-021815-111406

8. Мартынова Е.Н., Азимова Г.В., Исупова Ю.В., Сухова В.С. Проблема воспроизводства в молочном скотоводстве и пути ее решения. Вестник Ижевской государственной сельскохозяй­ственной академии. 2016; (3): 38–44. https://elibrary.ru/wmgnrt

9. Коршунов М.Н., Коршунова Е.С., Кастрикин Ю.В., Даренков С.П. Мужской фактор бесплодия в аспекте невынашивания беременно­сти. Кремлевская медицина. Клинический вестник. 2021; (3): 78–82. https://doi.org/10.26269/n3bk-c996

10. Нечипоренко А.П., Ситникова В.Е., Нечипоренко У.Ю., Конова­ленко А.В. Инфракрасная фурье-спектроскопия в исследовании проявлений патологии сперматозоидов. Вестник Санкт-Петер­бургского университета. Медицина. 2023; 18(3): 233–257. https://doi.org/10.21638/spbu11.2023.302

11. Xiao L. et al. Effect of ambient temperature variability on sperm quality: A retrospective population-based cohort study. Science of The Total Environment. 2022; 851(2): 158245. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.158245

12. Schulze M., Nitsche-Melkus E., Jakop U., Jung M., Waberski D. New trends in production management in European pig AI centers. Theriogenology. 2019; 137: 88–92. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2019.05.042

13. Waberski D., Riesenbeck A., Schulze M., Weitze K.F., Johnson L. Application of preserved boar semen for artificial insemination: Past, present and future challenges. Theriogenology. 2019; 137: 2–7. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2019.05.030

14. Абилов А.И., Турбина В.В., Новгородова И.П. Взаимосвязь качества семени с биохимическим и гормональным состоянием у быков-производителей. Ветеринарный врач. 2023; (5): 73–79. https://elibrary.ru/hvwnzo

15. Bahrami Z., Daeifarshbaf N., Amjadi F., Aflatoonian R. The effects of hormonal changes on sperm DNA integrity in oligoasthenoterato-spermia individuals: A case-control study. International Journal of Reproductive BioMedicine. 2023; 20(12): 999–1006. https://doi.org/10.18502/ijrm.v20i12.12560

16. Kumar N., Singh A.K. Trends of male factor infertility, an important cause of infertility: A review of literature. Journal of Human Reproductive Sciences. 2015; 8(4): 191–196.

17. McLachlan R.I. Approach to the Patient With Oligozoospermia. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 2013; 98(3): 873–880. https://doi.org/10.1210/jc.2012-3650

18. Anderson R.A. et al. Anti-Müllerian hormone as a marker of ovarian reserve and premature ovarian insufficiency in children and women with cancer: a systematic review. Human Reproduction Update. 2022; 28(3): 417–434. https://doi.org/10.1093/humupd/dmac004

19. Zhu C. et al. Influence of sperm DNA fragmentation on the clinical outcome of in vitro fertilization-embryo transfer (IVF-ET). Frontiers in Endocrinology. 2022; 13: 945242. https://doi.org/10.3389/fendo.2022.945242

20. Sakkas D., Mariethoz E., John J.C.S. Abnormal Sperm Parameters in Humans Are Indicative of an Abortive Apoptotic Mechanism Linked to the Fas-Mediated Pathway. Experimental Cell Research. 1999; 251(2): 350–355. http://doi.org/10.1006/excr.1999.4586

21. Lin M.-H. et al. Sperm chromatin structure assay parameters are not related to fertilization rates, embryo quality, and pregnancy rates in in vitro fertilization and intracytoplasmic sperm injection, but might be related to spontaneous abortion rates. Fertility and Sterility. 2008; 90(2): 352–359. https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2007.06.018

22. Zini A., Boman J.M., Belzile E., Ciampi A. Sperm DNA damage is associated with an increased risk of pregnancy loss after IVF and ICSI: systematic review and meta-analysis. Human Reproduction. 2008; 23(12): 2663–2668. https://doi.org/10.1093/humrep/den321

23. Kennedy C., Ahlering P., Rodriguez H., Levy S., Sutovsky P. Sperm chromatin structure correlates with spontaneous abortion and multiple pregnancy rates in assisted reproduction. Reproductive BioMedicine Online. 2011; 22(3): 272–276. https://doi.org/10.1016/j.rbmo.2010.11.020

24. Абилов А.И. и др. Метаболический профиль и спермопродукция у голштинских быков-производителей зарубежной селекции при содер­жании в разных климатических и геохимических условиях в России и Казахстане. Сельскохозяйственная биология. 2021; 56(4): 730–751. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2021.4.730rus

25. Рогозин Д.С. Мужская фертильность: обзор литературы октября — декабря 2020 года. Вестник урологии. 2021; 9(1): 105–112. https://doi.org/10.21886/2308-6424-2021-9-1-105-112

26. Vince S., Žura Žaja I., Samardžija M., Majić Balić I., Vilić M., Đuričić D., Milinković-Tur S. Age-related differences of semen quality, seminal plasma, and spermatozoa antioxidative and oxidative stress variables in bulls during cold and warm periods of the year. Animal. 2018; 12(3): 559–568. https://doi.org/10.1017/S1751731117001811

27. Oduwole O.O., Peltoketo H., Huhtaniemi I.T. Role of Follicle- Stimulating Hormone in Spermatogenesis. Frontiers in Endocrinology. 2018; 9: 763. https://doi.org/10.3389/fendo.2018.00763

28. McLachlan R.I., Wreford N.G., Robertson D.M., de Kretser D.M. Hormonal control of spermatogenesis. Trends in Endocrinology & Metabolism. 1995; 6(3): 95–101. https://doi.org/10.1016/1043-2760(94)00215-p

29. Xu H.-Y., Zhang H.-X., Xiao Z., Qiao J., Li R. Regulation of anti- Müllerian hormone (AMH) in males and the associations of serum AMH with the disorders of male fertility. Asian Journal of Andrology. 2019; 21(2): 109–114. https://doi.org/10.4103/aja.aja_83_18

30. Darbandi M. et al. Reactive oxygen species and male reproductive hormones. Reproductive Biology and Endocrinology. 2018; 16: 87. https://doi.org/10.1186/s12958-018-0406-2

31. Hess R.A., Cooke P.S. Estrogen in the male: a historical perspective. Biology of Reproduction. 2018; 99(1): 27–44. https://doi.org/10.1093/biolre/ioy043