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Enhancement of sperm acrosin activity by glycerol-pretreatment — quantitative estimations

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Summary

Acetic acid treatment of spermatozoa, a method suitable for optimal extraction of the acrosomal proteinase acrosin, was used to show the influence of glycerol on sperm acrosin activity.

Short-time pretreatment of semen samples with glycerol in concentrations up to 35% (v/v) caused a 1.5–2.5 fold increase in sperm acrosin activity. Higher glycerol concentrations caused a decrease in sperm acrosin activity due to leakage of the enzyme into the suspension medium. A further increase in sperm acrosin activity was observed during aging of semen in the presence of glycerol. In this case, the height of the increase depends on the glycerol concentration applied as well as incubation temperature and time.

The acrosin activation pattern induced by glycerol was not influenced by proteinase (acrosin) inhibitors. On the other hand, addition of glycerol to spermatozoa from which the seminal plasma had been removed and substituted by physiological saline caused only a small increase in sperm acrosin activity. This indicates the occurrence of a seminal plasma factor which is either stimulated (activated) by glycerol or which can penetrate the membranes and subsequently activate acrosin only in the presence of glycerol. This seminal plasma factor was not consumed during activation and could be transfered to another sperm sample. However, a protecting influence of such a factor on the sperm head membranes and thus an indirect activation effect, i.e. better extractibility of acrosin, has also to be considered.

The glycerol-induced rise of the acrosin activity is not caused by reversible conformational changes of the enzyme molecules: acrosin activity was not diminished if glycerol was removed from semen samples or extracts later on. The possibility that the observed increase in BAEE-splitting activity is due to a so far unknown proteinase may be excluded: the activity completely disappeared by neutralization due to formation of the acrosin-inhibitor complex and appeared again by acidification, a well known characteristic of acrosin and its inhibitors. Factors which are probably responsible for the glycerol-induced activation of acrosin-membrane effects and the activation of a precursor from of acrosin-are discussed.

Zusammenfassung

Die Behandlung von Spermatozoen mit verdünnter Essigsäure, die eine optimale Methode zur Extraktion der akrosomalen Proteinase Akrosin darstellt, wurde verwendet, um den Einfluß des Glyzerins auf die Akrosinaktivität der Spermatozoen zu untersuchen.

Kurzzeitbehandlung von Spermaproben mit Glyzerin in Konzentrationen bis 35% (v/v) verursachte einen 1,5–2,5fachen Anstieg der Akrosinaktivität der Spermatozoen. Höhere Glyzerinkonzentrationen bewirkten einen Abfall der Akrosinaktivität durch Abdiffusion des Akrosins in das Suspensionsmedium. Ein weiterer Anstieg der Akrosinaktivität wurde während der Alterung von Spermatozoen in Anwesenheit von Glyzerin beobachtet. In diesem Fall hängt die Höhe des Anstieges von der Glyzerinkonzentration, der Inkubationstemperatur und der Inkubationszeit ab.

Die durch Glyzerin induzierte Akrosinaktivierung wurde durch Zusatz von Proteinase(Akrosin)-Inhibitoren nicht beeinflußt. Glyzerinzusatz zu Spermaplasma-freien Spermatozoen bewirkte nur eine geringfügige Erhöhung der Akrosinaktivität. Dieser Befund weist auf die Anwesenheit eines Faktors im Spermaplasma hin, der entweder durch Glyzerin direkt stimuliert (aktiviert) wird oder aber die Membranen erst in Gegenwart von Glyzerin durchdringen kann und anschließend Akrosin aktiviert. Der Spermaplasmafaktor wurde durch den Aktivierungsvorgang nicht verbraucht und konnte auf eine andere Spermatozoenprobe ohne Verlust der Aktivierungspotenz übertragen werden. Es muß jedoch auch ein schützender Einfluß eines solchen Faktors auf die Membranen von Spermatozoenköpfen und somit ein indirekter Aktivierungseffekt im Sinne einer verbesserten Extrahierbarkeit des Akrosins in Betracht gezogen werden.

Der durch das Glyzerin induzierte Anstieg der Akrosinaktivität ist nicht auf reversible Konformationsänderungen der Enzymmoleküle zurückzuführen: die Akrosinaktivität blieb nämlich nach Entfernen des Glyzerins aus Glyzerin-behandelten Nativsperma bzw. essigsaurem akrosomalem Extrakt unverändert. Die Möglichkeit, daß die Erhöhung der BAEE-spaltenden Aktivität durch eine bisher unbekannte Proteinase bedingt ist, kann ausgeschlossen werden: die Aktivität verschwand vollständig durch Neutralisation infolge der Bildung des Akrosin-Inhibitor-Komplexes und erschien erst wieder nach dem Ansäuern, ein bekanntes Charakteristikum des Akrosins und seiner Inhibitoren.

Die Faktoren, die wahrscheinlich für die Glyzerin-induzierte Aktivierung des Akrosins verantwortlich sind - Membraneffekte und Aktivierung einer Proenzymform des Akrosins - werden diskutiert.

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Authors and Affiliations

  1. Department of Dermatology, Frauenlobstraße 9, D-8000, München 2, Germany

    Wolf-Bernhard Schill

  2. Institute for Clinical Chemistry and Clinical Biochemistry, Nußbaumstraße 20, D-8000, München 2, Germany

    Hans Fritz

Authors
  1. Wolf-Bernhard Schill
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  2. Hans Fritz
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Abbreviations: Bz-Arg-OEt = N-Benzoyl-L-arginine ethyl ester (comon but not recommended abbreviation BAEE)

Enzymes: Acrosin (EC 3.4.21 10)

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Schill, WB., Fritz, H. Enhancement of sperm acrosin activity by glycerol-pretreatment — quantitative estimations. Arch. Derm. Res. 256, 1–11 (1976). https://doi.org/10.1007/BF00561175

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