Fragmentación del ADN espermático: mecanismos de origen, repercusión en los resultados reproductivos y análisis*

Sperm DNA fragmentation: mechanisms of origin impact on reproductive outcome, and analysis.

Objetivo: revisar los mecanismos responsables de la fragmentación del ADN en los espermatozoides humanos, incluidos los que ocurren durante la espermatogénesis y el transporte a través del aparato reproductivo. Los mecanismos examinados incluyen: apoptosis en el epitelio de los túbulos seminíferos, defectos en la remodelación de la cromatina durante el proceso de espermiogénesis, daño al ADN inducido por radicales de oxígeno durante la migración de los espermatozoides desde los túbulos seminíferos hacia el epidídimo, activación de las caspasas y endonucleasas espermáticas, daño inducido por quimio y radioterapia y el efecto de los tóxicos ambientales. También se discuten las diferentes pruebas utilizadas actualmente para el análisis de fragmentación de ADN espermático y los factores que determinan el valor predictivo de la prueba de fragmentación de ADN espermático y sus implicaciones en el diagnóstico y tratamiento de la infertilidad. Finalmente, también se escudriña cómo las roturas de las cadenas de ADN en el genoma embrionario o las modificaciones de nucleótidos del ADN heredados del genoma paterno podrían afectar al embrión y la descendencia. En particular se discute cómo los espermatozoides anormales pueden ser tratados por el ovocito y cómo las anormalidades en el ADN espermático –que no hayan sido reparadas satisfactoriamente por el ovocito después de la fertilización– pueden interferir con el desarrollo embrionario y fetal normal.

Conclusiones: el ADN espermático puede modificarse a través de varios mecanismos. La integridad del genoma paterno es, por tanto, de suma importancia en el inicio y mantenimiento de un embarazo viable en la concepción natural y en un procedimiento asistido de reproducción. La necesidad de diagnosticar los espermatozoides a nivel nuclear es un área que requiere mayor conocimiento para mejorar el tratamiento de la pareja infértil.

Palabras clave: fragmentación de ADN, fertilización in vitro, radicales de oxígeno, estrés oxidativo, caspasas, endonucleasas, quimioterapia, radiación ionizante.

Objective: To review the mechanisms responsible for DNA fragmentation in human sperm, including those occurring during spermatogenesis and transport through the reproductive tract. The mechanisms examined include: apoptosis in the seminiferous tubule epithelium, defects in chromatin remodeling during the process of spermiogenesis, oxygen radical-induced DNA damage during sperm migration from the seminiferous tubules to the epididymis, the activation of sperm caspases and endonucleases, damage induced by chemotherapy and radiotherapy, and the effect of environmental toxicants. The different tests currently used for sperm DNA fragmentation analysis and the factors that determine the predictive value of sperm DNA fragmentation testing and their implications in the diagnosis and treatment of infertility are also discussed. Finally, we also scrutinize how the presence in the embryonic genome of DNA strand breaks or modifications of DNA nucleotides inherited from the paternal genome could impact the embryo and offspring. In particular we discuss how abnormal sperm could be dealt with by the oocyte and how sperm DNA abnormalities, which have not been satisfactorily repaired by the oocyte after fertilization, may interfere with normal embryo and fetal development.

Conclusion(s): Sperm DNA can be modified through various mechanisms. The integrity of the paternal genome is therefore of paramount importance in the initiation and maintenance of a viable pregnancy both in a natural conception and in assisted reproduction. The need to diagnose sperm at a nuclear level is an area that needs further understanding so that we can improve treatment of the infertile couple. 

Key words: DNA fragmentation, in vitro fertilization, oxygen radicals, oxidative stress, caspases, endonucleases, chemotherapy, ionizing radiation.