Effect of Antioxidants on Cryopreservation of Ram Semen in and out of Breeding Season

Abstract

Ejaculates collected using an artificial vagina from Merino rams were pooled, then splitting into 10 equal aliquots. The aliquots were diluted in a Tris-based extender containing curcumin (C), ellagic acid (E) and methionine (M) at doses of 1, 2 and 4 mM, and no additive (control) at 32ºC. Diluted samples were equilibrated at 5ºC for 3h. After equilibration, the samples frozen in liquid nitrogen vapour were plunged into liquid nitrogen (-196ºC) for storage. When motility rates of frozen-thawed semen collected in breeding season were considered, control group (%45.0 ± 5.9) exhibited lower motility rate than the antioxidant groups (P<0.05). Ellagic acid - E1 mM (%2.3 ± 0.9) had the lowest abnormal head structure rate (P<0.05). Furthermore, in terms of abnormal spermatozoa rates observed in other pieces of spermatozoa except for head and acrosome a significant (P <0.05) increase was determined in control (%13.7 ± 1.0) and M 1 (%13.8 ± 0.8) groups compared to those in the C 4 (%12.2 ± 0.4) and E 4 (%12.2 ± 0.7) groups. With respect to motility rates of frozen-thawed semen collected in non-breeding season, M 4 (%43.1 ± 3.7), M 2 (%45.6 ± 5.6), M 1 (%44.3 ± 8.2), C 4 (%43.1 ± 4.5) and C 1 (%40.0 ± 7.5) gave higher motility rates compared to the control group (%29.3 ± 4.9) (P<0.05). The C 4 (%48.1 ± 2.5) gave higher percentage compared to E 4 (%40.6 ± 4.1) and control (%41. 2 ± 3.5) in terms of membrane integrity (HOST) values. The M 2 (%3.0 ± 0.0) had the lowest abnormal head structure rate compared to other groups (P<0.05). In terms of abnormal spermatozoa rates observed in other pieces of spermatozoa except for head and acrosome. Control group (%20.0 ± 1.3) had higher rate compared to M 1 (%17.8 ± 1.1), M 2 (%17.6 ± 0.7) and C 4 (%18.3 ±1.1). In conclusion, it was suggested that different doses of different antioxidants added to ram semen collected in breeding and non-breeding season had positive effects on some spermatologic parameters of frozen-thawed semen.

Keywords

• Antioxidant, ram semen, semen cryopreservation, spermatologic parameters

Sezon İçi ve Sezon Dışında Koç Spermasının Dondurulmasında Antioksidanların Etkisi

Abstract

Merinos koçlardan suni vajen yardımıyla alınan ejakülatlar birleştirilerek 10 eşit hacme bölündü ve curcumin (C), ellagik asit (E) ve metiyoninin (M) 1, 2 ve 4 mM dozlarını içeren ve içermeyen (kontrol) Tris temelli sulandırıcısıyla 32ºC’ta sulandırılarak 5ºC’ta 3 saat ekilibrasyona bırakıldı. Ekilibrasyon sonrası sıvı azot buharında dondurulan sperma numuneleri sıvı azotta (-196ºC) saklandı. Sezon içi dönemde dondurmaçözdürme sonrasında motilite oranlarına bakıldığında kontrol (%45.0 ± 5.9) grubu, antioksidan gruplarına göre daha düşük spermatozoa motilitesi oranı verdi (P<0,05). Anormal spermatozoa baş oranı açısından E 1 (%2.3 ± 0.9) en düşük değeri gösterdi. Ayrıca baş ve akrozom dışındaki diğer bölgelerde gözlenen anormal spermatozoa oranları açısından kontrol (%13.7 ± 1.0) ve M 1 (%13.8 ± 0.8) gruplarında, C 4 (%12.2 ± 0.4) ve E 4 (%12.2 ± 0.7) gruplarına nazaran önemli bir artış belirlendi (P<0.05). Sezon dışı dönemde dondurulmuş-çözdürülmüş spermanın motilite oranları açısından, M 4 (%43.1 ± 3.7), M 2 (%45.6 ± 5.6), M 1 (%44.3 ± 8.2) , C 4 (%43.1 ± 45) ve C 1 (%40.0 ± 7.5) grupları kontrol grubuna (%29.3 ± 4.9) göre daha yüksek spermatozoa motilitesi oranı verdi (P<0.05). Membran bütünlüğü (HOST) değerleri incelendiğinde C 4 (%48.1 ± 2.5) grubu, E 4 (%40.6 ± 4.1) ve kontrol (%41.2 ± 3.5) gruplarına göre yüksek sonuç verdi (P<0.05). Anormal spermatozoa baş oranları açısından M 2 (%3.0 ± 0.0) grubu en düşük oran verdi. Baş ve akrozom dışındaki diğer bölgelerdeki anormal spermatozoa oranlarına bakıldığında, kontrol (%20.0 ± 1.3) grubu, M 1 (%17.8 ± 1.1), M 2 (%17.6 ± 0.7) ve C 4 (%18.3 ± 1.1) gruplarına göre yüksek düzeyde farklı bulundu (P<0,05). Sonuç olarak, sezon içi ve dışında alınmış koç spermalarına katılan farklı antioksidanların farklı dozlarının dondurulmuş-çözdürülmüş spermanın bazı spermatolojik parametreleri üzerinde olumlu etkilere sahip oldukları kanaatine varıldı.

Keywords

• Antioksidan, koç sperması, spermanın dondurulması, spermatolojik parametreler

References

1. Abuarqoub H, Green CJ, Foresti R, Motterlini R. Curcumin reduces cold-storage-induced damage in human cardiac myoblasts. Exp Mol Med 2007; 39(2): 139-48.
2. Atmaca G. Antioxidant effects of sulfur-containing amino acids. Yonsei Med J 2004; 45(5): 776-88.
3. Bucak MN, Sarıözkan S, Tuncer PB, Sakin F, Ateşşahin A, Kulaksız R, Çevik M. The effect of antioxidants on post-thawed Angora goat (Capra hircus ancryrensis) sperm parameters, lipid peroxidation and antioxidant activities. Small Rumin Res 2010a; 89(1): 24-30.
4. Bucak MN, Tuncer PB, Sarıözkan S, Başpınar N, Taşpınar M, Çoyan K, Bilgili A, Akalın PP, Büyükleblebici S, Aydos S, Ilgaz S, Sunguroğlu A, Öztuna D. Effects of antioxidants on post-thawed bovine sperm andoxidative stres parameters: Antioxidants protect DNA integrity against cryodamage. Cryobiology 2010b; 61(3): 248-53.
5. Çeribaşı AO, Sakin F, Türk G, Sönmez M, Ateşşahin A. Impact of ellagicacid on adriamycininduced testicular histopathological lesions, apoptosis, lipid peroxidation and sperm damages. Exp Toxicol Pathol 2012; 64(7-8): 717-24.
6. D’Alessandro AG, Martemucci G. Evaluation of seasonal variations of semen freezability in Leccese ram. Anim Reprod Sci 2003; 79(1-2): 9310
7. Edderkaoui M, Odinokova I, Ohno I, Gukovsky I, Go VL, Pandol SJ, Gukovskaya AS. Ellagic acid induces apoptosis through inhibition of nuclear factor kappa B in pancreatic cancer cells. World J Gastroenterol 2008; 14(23): 3672-80.
8. Garner DL, Hafez ESE. Spermatozoa and seminal plasma. Hafez ESE. eds. In: Reproduction in Farm Animals. Philadelphia: Lea&Febier, 1993; pp. 167-82.

9. Gökçen H, Aştı RN, Çekgül E, Şener E. Prostaglandin F2 alfa ve Vit E katılarak dondurulan koç spermalarında akrozom morfolojisi ve dölverimi üzerinde araştırmalar. Uludağ Üniv Vet Fak Derg 1985; 4(1): 1-3.
10. Jaruga E, Salvioli S, Dobrucki J, Chrul S, Bandorowicz-Pikula J, Sikora E, Franceschi C, Cossarizza A, Bartosz G. Apoptosis-like, reversible changes in plasma membrane asymmetry and permeability, and transient modifications in mitochondrial membrane potential induced by curcumin in rat thymocytes. FEBS Lett 1998; 433 (3): 287-93.
11. Jeyendran RS, Van der Ven HH, Perez-Pelaez M, Crabo BG, Zaneveld LJD. Development of an assay to assess the functional integrity of the human sperm membrane and its relationship to other semen characteristics. J Reprod Fertil 1984; 70(1): 219-28.
12. Jeyendran RS, Van der Ven HH, Zaneveld LJD. The hypoosmotic swelling test: An update. Arch Androl 1992; 29(2): 105-16.
13. Kanitkar M, Bhonde RR. Curcumin treatment enhances islet recovery by induction of heat shock response proteins, Hsp70 and heme oxygenase-1, during cryopreservation. Life Sci 2008; 82(3-4): 182-9.
14. MacLeod J. The role of oxygen in the metabolism and motility of human spermatozoa. Am J Physiol 1943;138(1): 512-8.
15. Özata M, Yılmaz Mİ, Mergen M, Öktenli Ç, Aydın A. Erkek obezitesinde bozulmuş antioksidan kapasite ve hipoçinkonemi. Turk J Endoc Met 2003; (2): 47-51.
16. Öztürkler Y, Ak K, İleri İK. Koç spermasının yoğun gliserollü sulandırıcılarda dondurulması. İstanbul Üniv Vet Fak Derg 1999; 25 (2): 399-414.
17. Parcell S. Sulfur in human nutrition and applications in medicine. Altern Med Rev 2002; 7(1): 22-44.
18. Smith JF, Asher GW, Briggs RM, Murray GR, Morrow CJ, Oliver JE, Parr J, Veldheuizen FA, Upreti GC. Effect of diluent and storage time on pregnancy rate in ewes after intrauterine insemination. Proc N Z Soc Anim Prod 1993; 53(1): 295-8.
19. Stadtman ER, Van Remmen H, Richardson A, Wehr NB, Levine RL. Methionine oxidation and aging. Biochim Biophys Acta 2005; 1703(2): 135
20. Tekin N, Uysal O, Akçay E, Yavaş İ. Farklı taurin dozlarının ve dondurma hızının koç spermasının dondurulması üzerine etkileri. Ankara Üniv Vet Fak Derg 2006; 53(1): 179-84.
21. Tuncer PB, Bucak MN, Sarıözkan S, Sakin F, Yeni D, Çiğerci İH, Ateşşahin A, Avdatek F, Gündoğan M, Büyükleblebici O. The effect of raffinose and methionine on frozen/thawed Angora buck (Capra hircus ancryrensis) semen quality, lipid peroxidation and antioxidant enzyme activities. Cryobiology 2010; 61(1): 89-93.
22. Türk G, Ateşşahin A, Sönmez M, Çeribaşi AO, Yüce A. Improvement of cisplatin-induced injuries to sperm quality, the oxidant-antioxidant system, and the histologic structure of the rat testis by ellagic acid. Fertil Steril 2008; 89 (5): 1474-81.
23. Watson PF. Recent developments and concepts in the cryopreservation of spermatozoa and the assessment of their post- thawing function. Reprod Fertil Dev 1995; 7(4): 871-91.
24. Windsor PP, Szell AZ, Buschbeck C, Edward AY, Milton TTB, Buchrell BC. Transcervical artificial insemination of Australian Merino ewes with frozen-thawed semen. Theriogenology 1994; 42(1): 147-57.