Análise do efeito in vitro e in vivo do bioportídeo Modified Stop Sperm 1 (MSS1) na motilidade e viabilidade de espermatozoides murinos

Abstract

A responsabilidade pelo planejamento familiar recai desproporcionalmente sobre as mulheres. Dentre diversos fatores socioculturais, essa sobrecarga feminina é intensificada pela disparidade na disponibilidade de métodos contraceptivos para homens e mulheres. Assim, novas estratégias contraceptivas masculinas trarão uma revolução na saúde reprodutiva e no planejamento familiar. Nesse contexto, o proteoma do espermatozoide contém diversas proteínas de expressão exclusiva e de funções essenciais para a fertilidade com possíveis aplicações terapêuticas na contracepção masculina. Dentre as proteínas que se enquadram nesse perfil, destacamos a proteína fosfatase 1 gama 2 (PP1γ2). Em mamíferos, incluindo camundongos e homens, a PP1γ2 possui expressão específica nos espermatozoides, onde atua na desfosforilação de resíduos serina/treonina de proteínas-alvo. Estudos demonstraram que a atividade catalítica da PP1γ2 é inversamente proporcional à motilidade e grau de maturação espermática pós-testicular, encontrando-se ativa em espermatozoides imóveis e imaturos, presentes na cabeça do epidídimo, mas inativa em espermatozoides móveis e maduros, armazenados na cauda do epidídimo. Estudos buscando explorar a PP1γ2 como alvo contraceptivo masculino resultaram na síntese do bioportídeo Modified Stop Sperm 1 (MSS1), uma molécula capaz de penetrar no espermatozoide e se ligar à PP1γ2 com alta afinidade e seletividade, mantendo-a em sua forma ativa, o que resulta na inibição da motilidade espermática. Nesse contexto, o objetivo central deste projeto foi avançar no desenvolvimento do MSS1como um potencial contraceptivo masculino não hormonal, caracterizando sua eficácia e segurança pré-clínica como molécula espermiostática. Para tal, avaliamos a motilidade e a viabilidade espermática em (i) ensaios in vitro, nos quais espermatozoides isolados foram expostos a concentrações crescentes de MSS1 (0,3 – 100 µM), e (ii) ensaios in vivo, utilizando espermatozoides obtidos de camundongos tratados com MSS1 (4 e 8 mg/kg) por via endovenosa. Observamos que o bioportídeo MSS1 inibiu, de forma dependente da concentração, a motilidade espermática in vitro sem afetar a viabilidade celular, demonstrando potencial como molécula espermiostática. Determinamos a concentração inibitória semi máxima (IC50) para motilidade espermática, para motilidade total foi de 17,46 µM (IC 95%: 9,73–31,41) em 20 min, reduzindo para 10,60 µM (IC 95%: 7,11-15,78) em 120 min. Em contraste, esse efeito não foi reproduzido nos ensaios in vivo, possivelmente em decorrência de limitações relacionadas à administração ou biodisponibilidade do composto. Em conjunto, os resultados reforçam o potencial do MSS1 como candidato a contraceptivo masculino não hormonal e indicam a necessidade de estudos adicionais para otimizar sua eficácia in vivo.

The responsibility for family planning falls disproportionately on women. Among various sociocultural factors, this female burden is intensified by the disparity in the availability of contraceptive methods for men and women. Thus, new male contraceptive strategies will bring a revolution to reproductive health and family planning. In this context, the sperm proteome contains several exclusively expressed proteins with essential roles in male fertility, offering potential therapeutic applications in male contraception. Among the proteins that fit into this profile, we highlight the protein phosphatase 1 gamma 2 (PP1γ2). In mammals, including mice and humans, PP1γ2 exhibits sperm-specific expression, where it acts in the dephosphorylation of serine/threonine residues of target proteins. Studies have demonstrated that the catalytic activity of PP1γ2 is inversely proportional to sperm motility and degree of post-testicular sperm maturation, being active in immotile and immature spermatozoa found in the caput epididymis, but inactive in motile and mature spermatozoa found in the cauda epididymis. Studies aiming to explore PP1γ2 as a male contraceptive target led to the rational design of the bioportide Modified Stop Sperm 1 (MSS1), a molecule capable of penetrating spermatozoa and binding to PP1γ2 with high affinity and selectivity, maintaining it in its active form, resulting inhibition of sperm motility inhibition. Within this context, the main objective of this project was to advance the development of MSS1 as a potential non-hormonal male contraceptive by characterizing its preclinical efficacy and safety as a spermiostatic molecule. To this end, we evaluated sperm motility and viability in (i) in vitro assays, in which isolated spermatozoa were exposed to increasing concentrations of MSS1 (0.3 – 100 µM) and (ii) in vivo assays, using spermatozoa obtained from mice treated with intravenously administered MSS1 (4 and 8 mg/kg). We observed that the bioportide MSS1 inhibited in vitro sperm motility in a concentration-dependent manner without affecting cell viability, demonstrating potential as a spermiostatic molecule. We determined the half-maximal inhibitory concentration (IC50) for sperm motility, for total motility was 17.46 µM (CI 95%: 9.73–31.41) at 20 min, decreasing to 10.60 µM (CI 95%: 7.11-15.78) at 120 min. In contrast, this effect was not reproduced in the in vivo assays, possibly due to limitations related to the administration or bioavailability of the compound. Taken together, these results reinforce the potential of MSS1 as a non-hormonal male contraceptive candidate and indicate the need for additional studies to optimize its in vivo efficacy.