Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den physiologischen Veränderungen porciner Spermatozoen, die durch einen metabolischen Einbau von Fettsäuren in Spermatozoenlipide hervorgerufen werden. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der metabolischen Aufnahme von Fettsäuren in die Spermatozoenlipide und die Bewertung des physiologischen Zustandes porciner Spermatozoen mit Hinblick auf die Niedrigtemperaturlagerung. Alle in den porcinen Spermatozoen vorkommenden Lipide wurden mittels GC und MALDI-TOF-MS analysiert. Hauptvertreter der polaren Lipidklassen sind Glycerophospholipide (GPC, GPE). Der Hauptvertreter der neutralen Lipidklassen ist Diacylglycerol (DAG). Die metabolische Aufnahme von Fettsäuren in die Lipide wurde durch die Supplementierung des Flüssigkonservierungsmediums mit [14C]-Octadecadiensäure radiochemisch untersucht. Anhand dieser Experimente wurde gezeigt, dass die Temperatur und die Inkubationsdauer wichtige Faktoren für die metabolische Aufnahme dieser Radiochemikalie in die Spermatozoenlipide sind. Die zugesetzten Fettsäuren werden sowohl in die neutralen (DAG) als auch in die polaren Lipide (diacyl-GPC) der Spermatozoen eingebaut. Nach Supplementierung mit 13C-markierter Octadecadiensäure wurden die Lipide mittels MALDI- und Q-TOF-MS als DAG (18:2/18:2), GPC (16:0/18:2) und GPC (18:2/18:2) charakterisiert. Die gleichen Ergebnisse wurden auch für die in den Spermatozoenlipiden vorkommenden Hexadecen-, Octadecen-, und Octadecatriensäure erhalten. Bei der Untersuchung des physiologischen Zustandes von Spermatozoen wurde gezeigt, dass insbesondere Supplementierungsvarianten mit endogen vorkommenden Fettsäuren zu einer besseren Spermatozoenvitalität und Motilität bei Niedrigtemperaturlagerung führten. Gleichzeitig wurde eine Verminderung des Auftretens von akrosomalen Schäden festgestellt. Damit stellt eine Supplementierung der Spermatozoen mit ausgewählten Fettsäuren eine effektive Maßnahme zur Lagerung von Spermatozoen bei 4 bis 6°C dar. / This study examines the metabolic incorporation of selected fatty acids into the lipids of porcine spermatozoa and evaluates the physiological state of spermatozoa subsequent to low temperature storage supplementation with selected free fatty acids. The aim was to understand the role of fatty acids in relation to the (cryo-)preservation of spermatozoa and successful reproduction in more detail. All lipids present in porcine spermatozoa were analysed using gas chromatography (GC) and mass spectrometry (MALDI-TOF-MS). The main representatives of the polar lipid classes are glycerophospholipids (in particular GPC and GPE). The main representatives of the neutral lipid classes are diacylglycerols (DAG). Metabolic incorporation of fatty acids into lipids was radiochemically monitored using [14C]-octadecadienoic acid in the supplied spermatozoa-preservation medium. Temperature and incubation time were shown to be particularly important determinants. The added fatty acids were incorporated into both the spermatozoas’ neutral (DAG) and polar lipids (diacyl-GPC). The affected lipids were characterised by means of MALDI- and Q-TOF-MS subsequent to the supplementation of uniformly 13C-labelled octadecadienoic acid. DAG (18:2/18:2), GPC (16:0/18:2) and GPC (18:2/18:2) could be identified and a de-novo biosynthesis of DAG (18:2/18:2) could be proven. The same results were obtained when spermatozoa were supplemented with hexadecenoic, octadecenoic and octadecatrienoic acids. Finally, it was shown that the physiological state of the spermatozoa, especially those supplemented with endogeneously present fatty acids, led to an enhanced vitality and motility in spermatozoa subsequent to low temperature storage. It was also observed that acrosomal damage was reduced and that hexadecenoic acid significantly stabilised all the vitality parameters. In conclusion, supplementing spermatozoa with selected fatty acids is an effective solution for the storage of spermatozoa at 4 to 6°C.

Die Inzidenz des Diabetes mellitus (DM) nimmt weltweit jährlich zu und erlangt somit große Bedeutung für die Entwicklung der globalen Gesundheit. Die WHO rechnet bis zum Jahr 2030 mit ungefähr 366 Millionen erwachsenen Diabetikern. Es ist bekannt, dass Männer mit Diabetes mellitus Typ 1 (DMI) und 2 (DMII) häufiger an Subfertilität leiden, wobei dies möglicherweise auf erhöhte Apoptoseraten und vermehrte DNA-Fragmentierungen auf zellulärer Ebene zurückzuführen ist. Die Bedeutung der ROS als Regulatoren von physiologischen und pathologischen Signaltransduktionswegen ist bekannt. Demzufolge könnte die Aktivität der Stickstoffmonoxid-Synthetase (NOS) in diesem Zusammenhang eine Bedeutung haben. Das Ziel der vorliegenden Untersuchungen war es, die Auswirkungen von Apoptose und DNA-Fragmentierungen sowie die Bedeutung der NOS im Zusammenhang mit der Fertilitätsfähigkeit von Spermienzellen von DMI und DMII Patienten zu erfassen und damit erste Erklärungsansätze zur Pathophysiologie der diabetesassoziierten Subfertilität zu liefern. Samenproben von Normalspendern und Diabetikern wurden durch Dichtegradientenzentrifugation in Subpopulationen separiert und mittels fluoreszenzbasierten Assays zur Analyse von apoptoseassoziierten Parametern wie dem Zusammenbruch des mitochondrialen Membranpotentials (MMP), Aktivierung von Caspase-3 (CP3), DNA-Fragmentierungen und reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) im Flowzytometer (FACS) untersucht. Die Ergebnisse zeigen eine signifikante Erhöhung von Apoptosemarkern (gestörtes MMP, aktivierte CP3), ROS und DNA-Fragmentationsraten in Spermien von DMI und DMII Patienten im Vergleich zu gesunden Normalspendern. Der Effekt ist bei DMII Patienten verstärkt ausgeprägt. Alle gemessenen Parameter korrelieren umgekehrt mit dem Fertilitätspotential der Spermien, gemessen anhand etablierter Spermiogramm-Analysen, womit ein möglicher Erklärungsmechanismus für die Subfertilität bei Diabetikern geliefert werden kann.

Die Inzidenz des Diabetes mellitus (DM) nimmt weltweit jährlich zu und erlangt somit große Bedeutung für die Entwicklung der globalen Gesundheit. Die WHO rechnet bis zum Jahr 2030 mit ungefähr 366 Millionen erwachsenen Diabetikern. Es ist bekannt, dass Männer mit Diabetes mellitus Typ 1 (DMI) und 2 (DMII) häufiger an Subfertilität leiden, wobei dies möglicherweise auf erhöhte Apoptoseraten und vermehrte DNA-Fragmentierungen auf zellulärer Ebene zurückzuführen ist. Die Bedeutung der ROS als Regulatoren von physiologischen und pathologischen Signaltransduktionswegen ist bekannt. Demzufolge könnte die Aktivität der Stickstoffmonoxid-Synthetase (NOS) in diesem Zusammenhang eine Bedeutung haben. Das Ziel der vorliegenden Untersuchungen war es, die Auswirkungen von Apoptose und DNA-Fragmentierungen sowie die Bedeutung der NOS im Zusammenhang mit der Fertilitätsfähigkeit von Spermienzellen von DMI und DMII Patienten zu erfassen und damit erste Erklärungsansätze zur Pathophysiologie der diabetesassoziierten Subfertilität zu liefern. Samenproben von Normalspendern und Diabetikern wurden durch Dichtegradientenzentrifugation in Subpopulationen separiert und mittels fluoreszenzbasierten Assays zur Analyse von apoptoseassoziierten Parametern wie dem Zusammenbruch des mitochondrialen Membranpotentials (MMP), Aktivierung von Caspase-3 (CP3), DNA-Fragmentierungen und reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) im Flowzytometer (FACS) untersucht. Die Ergebnisse zeigen eine signifikante Erhöhung von Apoptosemarkern (gestörtes MMP, aktivierte CP3), ROS und DNA-Fragmentationsraten in Spermien von DMI und DMII Patienten im Vergleich zu gesunden Normalspendern. Der Effekt ist bei DMII Patienten verstärkt ausgeprägt. Alle gemessenen Parameter korrelieren umgekehrt mit dem Fertilitätspotential der Spermien, gemessen anhand etablierter Spermiogramm-Analysen, womit ein möglicher Erklärungsmechanismus für die Subfertilität bei Diabetikern geliefert werden kann.

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