Does sperm quality and DNA integrity differ in cryopreserved semen samples from young, adult, and aged Nellore bulls?

Abstract

Background

In humans, it is now well documented that rising paternal age is correlated with decreased sperm DNA integrity and embryonic developmental failures. On the other side of the coin, it is also reported that very young fathers such as teenagers carry an increased risk of adverse birth outcomes. These observations suggest that, at least in humans, there is an age window for optimal sperm DNA integrity. In bovine, little is known about sperm DNA quality in young bulls and how it evolves with age. This study aimed to fill in this gap as it may be of importance for the bovine industry to know when exactly a bull is an optimal performer for reproductive programs.

Methods

Forty Nellore bulls were divided into three age groups: 1.8 to 2 years – young bulls; 3.5 to 7 years – adult bulls; and 8 to 14.3 years – aged bulls. Three ejaculates were collected from each bull, cryopreserved and evaluated for various parameters including: computer-assisted sperm analysis (CASA), plasma membrane and acrosome integrity, mitochondrial potential, sperm nuclear protamination, DNA oxidative damage, and Sperm Chromatin Structure Assay (SCSA).

Results

We report here that young bulls presented superior values for motility, plasma and acrosomal membrane integrity, and high mitochondrial potential. However, they also presented higher values for sperm morphological abnormalities compared to adult and aged animal groups ( p < 0.05). In addition, young bulls exhibited more defective protamination than older animals did. The oldest bulls showed more nuclear oxidative damage than the younger groups of bulls while both the young and aged groups were found more susceptible to DNA denaturation as revealed with the SCSA test ( p < 0.05).

Conclusion

These results indicate that young bulls spermatozoa best survived the freezing procedure, followed by adult and aged bulls. However, young and aged bulls were found to be more susceptible to DNA damage, respectively caused by protamine deficiency and oxidation. Therefore, although young bulls have correct semen parameters according to classical evaluation, our results indicate that they may show some structural nuclear immaturity.

Abstrait

Contexte

Chez l’homme, de nombreuses données indiquent maintenant que l’avancée de l’âge du père est associée à une réduction de l’intégrité de l’ADN des spermatozoïdes et aux échecs de développement embryonnaire. D’un autre côté, il est aussi rapporté que les jeunes pères, tels les adolescents, sont porteurs d’un risque accru d’issue défavorable de la grossesse. Ces observations suggèrent que, au moins chez l’humain, il existe une tranche d’âge dans laquelle l’intégrité de l’ADN des spermatozoïdes est optimale. Chez les bovins, on dispose de peu de connaissances sur la qualité de l’ADN des spermatozoïdes des jeunes taureaux et sur son mode d’évolution avec l’âge. La présente étude a pour but de combler ce manque car il peut être important, pour l’industrie bovine, de savoir à quelle période précise un taureau est un reproducteur optimal pour les programmes de reproduction.

Matériel et méthodes

Quarante taureaux Nellore ont été répartis en trois groupes d’âge: 1, 8 à 2 ans – jeunes taureaux; 3,5 à 7 ans – taureaux adultes; et 8 à 14,3 ans – taureaux âgés. Trois éjaculats ont été collectés par taureau, cryopréservés et évalués pour différents paramètres incluant l’analyse assistée du sperme par ordinateur (CASA), l’intégrité des membranes plasmique et acrosomique, le potentiel mitochondrial, la protamination du noyau, l’altération oxydative de l’ADN et l’évaluation de la structure de la chromatine du noyau du spermatozoïde (SCSA).

Résultats

Nous rapportons ici que les jeunes taureaux présentent des valeurs supérieures de la mobilité des spermatozoïdes et de l’intégrité des membranes plasmique et acrosomique, ainsi qu’un potentiel mitochondrial élevé. Cependant, les jeunes taureaux présentent aussi des valeurs plus élevées d’anomalies morphologiques des spermatozoïdes que celles des groupes adulte et âgé ( p < 0.05). De plus, les jeunes taureaux ont une protamination plus défectueuse que celle des taureaux plus âgés. Les taureaux les plus âgés présentent plus d’altérations oxydatives du noyau que les jeunes taureaux alors que les deux groupes -jeunes et âgés- sont plus susceptibles d’avoir une dénaturation de l’ADN nucléaire comme indiqué par le SCSA ( p < 0.05).

Conclusions

Ces résultats indiquent que les spermatozoïdes des jeunes taureaux survivent le mieux au processus de congélation, suivis par les adultes puis les âgés. Toutefois, les jeunes taureaux et les âgés sont plus susceptibles d’avoir une altération de l’ADN, causée respectivement par une protamination déficiente et une oxydation. Par conséquent, bien que les jeunes taureaux aient des paramètres spermatiques corrects à l’évaluation classique, nos résultats indiquent que leurs spermatozoïdes peuvent présenter un certain degré d’immaturité structurale nucléaire.