Demuestran que el Tabaquismo Altera la Cromatina Espermática y los Parámetros Relacionados con la Fertilidad Masculina

• AUTOR : Hammadeh M, Hamad M, Montenarh M, Fischer-Hammadeh C
• TITULO ORIGINAL : Protamine Contents and P1/P2 Ratio in Human Spermatozoa from Smokers and Non-Smokers
• CITA : Human Reproduction 25(11):2708-2720, Nov 2010
• MICRO : Los autores demostraron que el tabaquismo induce el estrés oxidativo del líquido seminal y altera ciertos parámetros espermáticos, como la motilidad, la morfología y la vitalidad de los espermatozoides.

Introducción

Los seres humanos y otros mamíferos expresan 2 protaminas: protamina 1 (P1) y protamina 2 (P2). Son las proteínas nucleares más abundantes del esperma humano, aparecen normalmente a una razón estrictamente regulada de 1/1 y reemplazan a la mayoría de las histonas en un 85% a 90%. Tanto P1 como P2 son necesarios para la condensación adecuada de la cromatina. Los modelos en animales demostraron que una insuficiencia de P1 o P2 causa infertilidad en los ratones y la deficiencia de P2 ocasiona daño al ácido desoxirribonucleico (ADN) y la muerte del embrión.

La alta carga positiva de las protaminas permite la neutralización de la carga negativa del ADN, lo que genera mayor compactación en el núcleo espermático. Esto hace que el ADN del esperma esté 6 veces más condensado que el de los cromosomas mitóticos y proteja al ADN del estrés oxidativo, así como al material genético durante su travesía a lo largo de los aparatos genitales masculino y femenino. Un defecto en la síntesis de protaminas y en la formación de puentes disulfuro afecta el empaquetamiento de la cromatina, lo que aumenta la vulnerabilidad de los espermatozoides a la fragmentación del ADN inducida por las especies reactivas del oxígeno (ERO). El estrés oxidativo parece ser la principal causa de daño al ADN en la línea germinal masculina, que se asocia a una mala calidad del esperma, baja tasa de fertilización, desarrollo previo a la implantación alterado, mayor tasa de abortos y alta incidencia de enfermedades en la descendencia, como el cáncer infantil. Todavía no se comprenden del todo las causas precisas de la fragmentación del ADN, pero se demostró una relación entre el tabaquismo y un mayor daño al ADN en fumadores infértiles, en comparación con los no fumadores.

El objetivo de este trabajo fue determinar los efectos del tabaquismo sobre la estructura de la cromatina espermática mediante la cuantificación directa de las concentraciones de P1 y P2 en el esperma de pacientes fumadores y no fumadores, evaluar la relación entre el tabaquismo y el estrés oxidativo y el efecto sobre la síntesis de protamina y otros parámetros espermáticos, y comparar los niveles de marcadores del estrés oxidativo (ERO, malondialdehído [MDA]y 8-hidroxi-2-desoxiguanosina [8-OHdG]) y de cotinina en el líquido seminal.

Métodos

Se incluyeron 116 muestras de semen provenientes de sujetos que consultaron por problemas de infertilidad con su pareja; 53 eran grandes fumadores (> 20 cigarrillos por día) y 63 eran no fumadores. Se cuantificó P1 y P2 mediante electroforesis en gel del esperma. La fragmentación del ADN espermático se analizó con el ensayo de marcación terminal con dUTP mediada por desoxinucleotidiltransferasa (MTUD) y se evaluó la cromatina no condensada con la cromomicina A3 (CMA3). Los niveles de tabaquismo y estrés oxidativo se determinaron en el plasma seminal mediante un análisis inmunoenzimático sobreadsorbente y colorimetría.

Resultados

No hubo diferencias significativas entre los grupos en cuanto a la edad, el volumen del semen y el recuento espermático. El tabaquismo no pareció afectar el volumen de semen y la concentración de esperma, pero redujo otros parámetros. Además, los fumadores presentaron menores valores de vitalidad espermática (30.7% ± 16.4%), motilidad (23% ± 8%), integridad de la membrana (36.1% ± 18.1%) y morfología (23.4% ± 10.1%) que los no fumadores (38.1% ± 17.5%; 31.3% ± 13.6%; 52.9% ± 20.1% y 36.1% ± 9%, respectivamente).

Los niveles de P1 y P2 de las muestras se analizaron con electroforesis en gel con ácido-urea y las bandas coloreadas de protaminas se cuantificaron por densitometría. Los cocientes P1/P2 se determinaron por la división de la intensidad de P1 por las intensidades de la familia P2. La diferencia entre los niveles de P1 en los fumadores (411.80 ± 108.80) y los no fumadores (420.2 ± 95.8) no fue significativa. Sin embargo, los niveles de P2 eran significativamente inferiores en los fumadores (334.7 ± 117.7) en comparación con los no fumadores (388.8 ± 107.2). Los cocientes P1/P2 también presentaron una diferencia significativa: 1.34 ± 0.46 en los fumadores y 1.11 ± 0.20 en los no fumadores.

El promedio de los valores de P1 no se correlacionó significativamente con la cromatina no condensada (positiva para CMA3) y la fragmentación del ADN (positiva para MTUD). Además, los niveles de P2 presentaron una correlación negativa con la cromatina no condensada, pero no con la fragmentación del ADN. Se observó una correlación positiva entre los cocientes P1/P2 y la cromatina no condensada, pero no con la fragmentación del ADN. También hubo correlaciones positivas significativas entre P1 y P2 y correlaciones negativas entre P2 y los cocientes P1/P2.

Para evaluar el nivel de estrés oxidativo y la concentración de cotinina se analizó el líquido seminal de las muestras de 31 fumadores y 32 no fumadores. MDA, ERO, 8-OHdG y cotinina presentaron valores significativamente mayores en el líquido seminal de los fumadores.

Los niveles de P2 se correlacionaron inversamente con los niveles de ERO, 8-OHdG y cotinina, mientras que se detectó una correlación no significativa entre las concentraciones de P2 y MDA. Se encontraron correlaciones positivas entre los cocientes P1/P2 y MDA, ERO, 8-OHdG y cotinina. Los niveles de los marcadores de estrés oxidativo no presentaron asociaciones con los niveles de P1.

El porcentaje de esperma con cromatina no condensada y la fragmentación del ADN se correlacionaron de forma positiva y significativa con las concentraciones de marcadores de estrés oxidativo del líquido seminal y con la cotinina, marcadora de tabaquismo. Estos resultados demuestran el efecto negativo del estrés oxidativo y el tabaquismo sobre la integridad de la cromatina espermática.

Además, la cotinina presentó una asociación positiva y significativa con MDA, ERO y 8-OHdG. Estos resultados indican que el tabaquismo induce el estrés oxidativo en el líquido seminal. Aún más, las concentraciones de ERO se correlacionaron de forma positiva con MDA y 8-OHdG. Una asociación similar se encontró entre MDA y 8-OHdG.

Discusión y conclusiones

El efecto de las sustancias del tabaco sobre los parámetros espermáticos y la fertilidad se ha estudiado durante décadas; en 2003, un grupo de investigación encontró que el tabaquismo se asoció a reducciones en la concentración de espermatozoides, su motilidad y su morfología.

Otro estudio demostró que la motilidad es uno de los primeros parámetros afectados y que la astenozoospermia podría ser un marcador temprano de menor calidad espermática en los fumadores livianos. También informó que había una alta teratozoospermia en los fumadores pesados en comparación con los no fumadores.

El estudio transversal más grande sobre este tema, que incluyó a 2 542 hombres sanos, demostró que con el aumento del consumo de cigarrillos hubo una reducción del 20% al 30% en el recuento espermático, el volumen del semen y la motilidad de los espermatozoides.

Sin embargo, el efecto exacto del tabaquismo sobre la fertilidad masculina permanece sin aclarar. Se ha demostrado que ciertos metabolitos tóxicos, como la nicotina, el monóxido de carbono, el polonio radioactivo, el cadmio, el a-benzopireno y otros, se asocian de forma negativa al desarrollo normal de los gametos masculinos y femeninos y los embriones. Además, los autores sostienen que la exposición a estos metabolitos empuja el balance delicado de ERO producidos por los mismos espermatozoides, lo que genera un aumento de ERO, al cual se asocia un efecto negativo sobre el ADN espermático, la viabilidad y la motilidad de los espermatozoides. En el presente estudio, el tabaquismo no tuvo ningún efecto aparente sobre el volumen de semen y la concentración de espermatozoides, sino que afectó otros parámetros, como la vitalidad espermática, la motilidad y la integridad de la membrana de los espermatozoides.

Se estudiaron los mecanismos moleculares subyacentes a estas alteraciones en modelos de ratas, en los que se vio que los componentes mutágenos del humo del tabaco inhalado podrían causar deficiencias en la espermatogénesis y la condensación de la cromatina, reducciones en la motilidad y el número de células germinales, así como inducción de la apoptosis de las células germinales de los testículos.

Muchos estudios encontraron que la infertilidad masculina se vincula con un índice histona-protamina anormal y un cociente P1/P2 aberrante, tanto en las proteínas de los espermatozoides eyaculados, como en el ARN mensajero de las espermátides testiculares. En este trabajo, las concentraciones de P2 fueron menores en los fumadores que en los no fumadores. En cambio, el cociente P1/P2 fue significativamente mayor en los fumadores. Estos resultados demuestran el efecto negativo del tabaquismo sobre el proceso de síntesis de protaminas.

Estos resultados, sumados al efecto de una mayor fragmentación del ADN espermático en el semen de los fumadores corroborado en otros estudios, sostienen la hipótesis de que la subfertilidad en general, y el tabaquismo en particular, aumentan la susceptibilidad del esperma a las anormalidades de la cromatina y su fragmentación. Los informes previos sostienen que la elevación anormal del cociente P1/P2 en las poblaciones masculinas infértiles se debe a una reducción de la expresión de P2, mientras que otros demostraron la ausencia completa de P2 en algunos casos de infertilidad masculina.

Respecto del estrés oxidativo, los estudios previos demostraron que este se correlaciona con una alteración del metabolismo espermático, la motilidad y la capacidad de fertilizar. Esto ocurre en el líquido seminal de los varones fumadores, con altos niveles de ERO, aumento de la concentración de cadmio y plomo, y menores niveles de ácido ascórbico y otros componentes de la defensa antioxidante. Se ha demostrado que los ERO generan daño oxidativo al ADN, las proteínas y los lípidos del esperma normal. Otros autores propusieron que la peroxidación lipídica de los ácidos grasos poliinsaturados de la membrana espermática es el mecanismo responsable de la disminución de la motilidad, la viabilidad y el mayor índice de anormalidades morfológicas. Además, el estrés oxidativo podría causar diversas formas de daño al ADN, como entrecruzamiento de la cromatina, deleción cromosómica, mutaciones, roturas de la cadena del ADN, oxidación basal e inducción de la apoptosis.

Los autores concluyen que la atención debería centrarse en el posible efecto del hábito de fumar cigarrillos sobre las concentraciones e índices de protaminas en los espermatozoides. Globalmente, los resultados del presente estudio indican un efecto biológico negativo del tabaquismo sobre la integridad del ADN espermático y la distribución de protaminas. Los investigadores sugieren que se aconseje el abandono del hábito de fumar a los hombres que integran parejas con problemas de infertilidad.

Especialidad: Bibliografía - Urología