Methodological approaches for spermatogonia population enrichment and effect of cryopreservation on Senegalese sole spermatogonia quality

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Almeida, Maria Mafalda Amaral Fonseca de
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.1/19139
Resumo: Senegalese sole (Solea senegalensis) is an emerging species for aquaculture that shows reproductive issues in aquaculture conditions. The transplantation of cryopreserved spermatogonia into closely related species allows the production of surrogated broodstocks. However, the cryopreservation of spermatogonia might cause damage on the quality of spermatogonia, meaning quality assays must be performed. For these assays, it is important to perform cell enrichment protocols to achieve only pure spermatogonia population. Therefore, the aim of this project was to develop an efficient protocol for Senegalese sole spermatogonia enrichment and observe how the cryopreservation protocol affects these germ cells. For this purpose, two experiments were performed using fresh and cryopreserved using dimethyl sulphoxide (DMSO) as cryoprotectant solution. In experiment 1, cells were cultivated in several extracellular matrixes (uncoated, collagen, gelatine and laminin) to perform differential plating for cell enrichment. The results showed that gelatine and collagen plates showed higher spermatogonia presence, however due to the low percentage of spermatogonia recovery obtained this technique was considered unfit for the target species. Afterwards, serial strainers were used to observe that the appropriate size was the 5 μm strainer, which contained higher percentage of spermatogonia recovery. Then, two 5 μm strainers were used and showed slightly better and promising results. This method was validated by RT- PCR where three relevant spermatogonia markers (gfra1, pou5f1/oct4 and nanos2) were up regulated in the samples from the strainers, yet no significance difference was observed. In experiment 2, effect of cryopreservation on the quality of spermatogonia was evaluated where the results showed that viability, DNA integrity and epigenetic were affected by cryopreservation. No difference in lipid peroxidation was observed. Future studies should focus on the limitations of the enrichment techniques to improve this method and improving the cryopreservation protocol to decrease the damaged suffered by cells during this technique.
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spelling Methodological approaches for spermatogonia population enrichment and effect of cryopreservation on Senegalese sole spermatogonia qualitySenegalese soleEspermatogonóniaCriopreservaçãoEnriquecimentoTestes de qualidadeDomínio/Área Científica::Ciências Naturais::Outras Ciências NaturaisSenegalese sole (Solea senegalensis) is an emerging species for aquaculture that shows reproductive issues in aquaculture conditions. The transplantation of cryopreserved spermatogonia into closely related species allows the production of surrogated broodstocks. However, the cryopreservation of spermatogonia might cause damage on the quality of spermatogonia, meaning quality assays must be performed. For these assays, it is important to perform cell enrichment protocols to achieve only pure spermatogonia population. Therefore, the aim of this project was to develop an efficient protocol for Senegalese sole spermatogonia enrichment and observe how the cryopreservation protocol affects these germ cells. For this purpose, two experiments were performed using fresh and cryopreserved using dimethyl sulphoxide (DMSO) as cryoprotectant solution. In experiment 1, cells were cultivated in several extracellular matrixes (uncoated, collagen, gelatine and laminin) to perform differential plating for cell enrichment. The results showed that gelatine and collagen plates showed higher spermatogonia presence, however due to the low percentage of spermatogonia recovery obtained this technique was considered unfit for the target species. Afterwards, serial strainers were used to observe that the appropriate size was the 5 μm strainer, which contained higher percentage of spermatogonia recovery. Then, two 5 μm strainers were used and showed slightly better and promising results. This method was validated by RT- PCR where three relevant spermatogonia markers (gfra1, pou5f1/oct4 and nanos2) were up regulated in the samples from the strainers, yet no significance difference was observed. In experiment 2, effect of cryopreservation on the quality of spermatogonia was evaluated where the results showed that viability, DNA integrity and epigenetic were affected by cryopreservation. No difference in lipid peroxidation was observed. Future studies should focus on the limitations of the enrichment techniques to improve this method and improving the cryopreservation protocol to decrease the damaged suffered by cells during this technique.O linguado senegalês (Solea senegalensis) é uma espécie promissora para a aquacultura europeia devido ao declínio da sua oferta no mercado de pesca, e consequentemente, o seu alto valor de mercado e também por revelar excelentes características para cultivo. Contudo, esta espécie apresenta alguns problemas reprodutivos que impedem o fecho do seu ciclo de vida em condições de aquacultura. A transplantação de espermatogónias criopreservadas em espécies intimamente relacionadas permite a produção de reprodutores substitutos. No entanto, a criopreservação de espermatogónias pode causar danos na qualidade destas como tem sido observado em espermatozóides. Para entender completamente como a criopreservação afeta as espermatogónias, devem ser realizados testes de qualidade. Para este propósito, é necessário executar protocolos de enriquecimento celular de modo a obter apenas uma população de espermatogónias puras e viáveis. Neste contexto, o objetivo deste projeto é desenvolver um protocolo eficiente para o enriquecimento de espermatogónias no linguado senegalês e observar se o protocolo de criopreservação afeta a viabilidade celular, integridade do DNA e perfil epigenético dessas células germinativas. Neste estudo, foram usados testículos de linguado senegalês juvenil frescos e criopreservados utilizando dimetilsulfóxido (DMSO) como solução crioprotetora. Na experiência 1, as células foram cultivadas em diversas matrizes extracelulares (sem revestimento, colagénio, gelatina e laminina) durante 24h e 48h para realizar o differential plating para enriquecimento celular. Os resultados mostraram que o tempo (P=0.614) e a interação entre tempo e matrizes extracelulares (P=0.506) não afetou significativamente as percentagens de recuperação de espermatogónias. Contudo, existe diferença significativa entre matrizes (P<0.001). As placas de gelatina (5.3 ± 0.9 %) mostraram presença de espermatogónias significativamente maior quando comparado com as placas sem revestimento (1.55 ± 0.86 %; P<0.001) e as placas de laminina (1 ± 0.22%; P<0.001). As placas de colagénio também apresentaram maior presença significativa de espermatogónias em comparação com as placas sem revestimento (P=0.011) e placas de laminina (P<0.001). Não obstante, esta técnica foi considerada imprópria para a espécie alvo devido à baixa percentagem de recuperação de espermatogónias obtida (5.3%). Posteriormente, outra técnica (strainers) foi utilizada como método de enriquecimento celular. Uma série de tamanhos diferentes (30 μm a 1 μm) foram utilizados de modo a avaliar qual seria o tamanho mais adequado para futuras experiências. O tamanho de 5 μm demonstrou menor contaminação de outras células e maior percentagem de recuperação de espermatogónias (64.2%). Após a avaliação do tamanho, foram utilizados dois strainers de 5 μm. O primeiro strainer demonstrou uma quantidade significativamente maior de espermatogónias (26.1 ± 6.1 %) quando comparado com o flow through (< 5 μm) (11.6 ± 6.8 %; P=0.038) com alguma contaminação de outras células. O segundo strainer apresentou uma tendência semelhante à do primeiro, mas com menos quantidade de células em geral. Contudo, este não apresentou diferenças significativa nem com o primeiro strainer (P=0.263) nem com o flow through (P=0.438). No flow through observou-se grande quantidade de células e uma percentagem baixa de recuperação de espermatogónias. Esta técnica apresentou resultados um pouco melhores e promissores quando comparado com differential plating (26.1%). Esta última técnica foi validada por real-time PCR onde três marcadores genéticos relevantes de espermatogónias (gfra1, pou5f1/oct4 e nanos2) em amostras dos strainers e do flow through (< 5 μm). O gene gfra1 estava regulado positivamente nas amostras dos strainers (3.05 ± 2.45) e regulados negativamente nas amostras do flow through (-1.29 ± 0.29), enquanto o pou5f1 (2.19 ± 2.35 strainers and 0.57 ± 2.48 flow through) e o nanos2 (2.43 ± 1.66 strainers and 2.35 ± 0.67 flow through) estavam regulados positivamente para ambas as amostras. Ainda assim, não foram observadas diferenças significativas entre amostras para todos os genes. Na experiência 2, as espermatogónias criopreservadas e frescas foram enriquecidas de acordo com a metodologia selecionada na experiência 1 e a qualidade das espermatogónias foi avaliada posteriormente através de quatro técnicas (viabilidade celular, integridade do DNA, peroxidação lipídica e modificações epigenéticas). Quanto à viabilidade celular foi possível verificar que esta foi significativamente maior no grupo do fresco (78.98 ± 5.66 %) quando comparado com o grupo criopreservado (62.81 ± 3.25 %; P= 0.003). No que respeita a integridade do DNA, a fragmentação do DNA foi significativamente maior no grupo do criopreservado (37.28 ± 1.87 %) quando comparado com o grupo fresco (32.95 ± 2.28 %; P= 0.026). Em relação à peroxidação lipídica, não houve diferença significativa entre o grupo fresco (1.13 ± 0.45 μM of MDA per million spermatogonia) e o grupo criopreservado (0.91 ± 0.96 μM of MDA per million spermatogonia; P=0.701). Finalmente, em termos de modificações epigenéticas, foram observadas citosinas metiladas em três contextos diferentes, constatando-se que a maior percentagem observada, para ambos os grupos, foi no contexto CpG (81.8 ± 0.39 % fresco e 82 ± 1.05 %). Porém, nenhuma diferença significativa foi observada entre os dois grupos (P=0.733). Contudo, o grupo criopreservado demonstrou um perfil de metilação diferente com mais DMC (differentially metylated cytosines) quando comparado com o fresco. Os resultados mostraram assim que apenas a viabilidade, integridade do DNA e a epigenética foram prejudicadas pela criopreservação. Em suma, precisam de ser realizados mais estudos para abordar as limitações deste projeto e também devem ser testados mais métodos. Futuros estudos deverão se concentrar em novas soluções, tais como, avaliar a temperatura ideal e aplicar double enrichment, para alcançar o enriquecimento bem-sucedido das espermatogônias e otimizar as condições de cultura para apoiar a sobrevivência e a atividade mitótica das espermatogônias de Senegalese sole. Deverão igualmente ser testadas estratégias para evitar a contaminação de outras células e não perder espermatogônias durante o processo de enriquecimento, nomeadamente, mudanças na percentagem de FBS para remover células somáticas testiculares e adição de fatores de crescimento para combater a diminuição gradual do número total de espermatogônias, também devem ser testadas. Concretamente no que respeita ao efeito da criopreservação na qualidade das espermatogónia do linguado senegalês, foi possível verificar que a criopreservação causa apenas perda de viabilidade celular e danos no DNA. Futuros estudos devem focar-se em melhorar o protocolo de criopreservação para diminuir os danos sofridos pelas células durante esta técnica. Será também importante, realizar mais estudos sobre a correlação da criolesão das espermatogônias com a qualidade dos espermatozoides e oócitos após o transplante para determinar o grau de dano que pode ser aceite para fins comerciais e do GenBank. Por fim, futuros estudos devem explorar se o processo de congelamento/descongelamento ou a toxicidade dos crioprotetores é a razão que justifica a existência dos danos nas espermatogônias durante a criopreservação.The traineeship performed in the French National Institute for Agriculture, Food and Environment (INRAE, Rennes, France) was financed by the European Program ERASMUS+. This work was funded by AQUAculture infrastructures for EXCELlence in EUropean fish research project (3.0H2020-INFRAIA-2018-2020 / H2020-INFRAIA-2019-1- 871108)Cabrita, ElsaFatsini, ElviraSapientiaAlmeida, Maria Mafalda Amaral Fonseca de2023-02-27T12:03:28Z2022-12-022022-12-02T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.1/19139TID:203143140enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-24T10:31:34Zoai:sapientia.ualg.pt:10400.1/19139Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T20:08:48.443766Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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description Senegalese sole (Solea senegalensis) is an emerging species for aquaculture that shows reproductive issues in aquaculture conditions. The transplantation of cryopreserved spermatogonia into closely related species allows the production of surrogated broodstocks. However, the cryopreservation of spermatogonia might cause damage on the quality of spermatogonia, meaning quality assays must be performed. For these assays, it is important to perform cell enrichment protocols to achieve only pure spermatogonia population. Therefore, the aim of this project was to develop an efficient protocol for Senegalese sole spermatogonia enrichment and observe how the cryopreservation protocol affects these germ cells. For this purpose, two experiments were performed using fresh and cryopreserved using dimethyl sulphoxide (DMSO) as cryoprotectant solution. In experiment 1, cells were cultivated in several extracellular matrixes (uncoated, collagen, gelatine and laminin) to perform differential plating for cell enrichment. The results showed that gelatine and collagen plates showed higher spermatogonia presence, however due to the low percentage of spermatogonia recovery obtained this technique was considered unfit for the target species. Afterwards, serial strainers were used to observe that the appropriate size was the 5 μm strainer, which contained higher percentage of spermatogonia recovery. Then, two 5 μm strainers were used and showed slightly better and promising results. This method was validated by RT- PCR where three relevant spermatogonia markers (gfra1, pou5f1/oct4 and nanos2) were up regulated in the samples from the strainers, yet no significance difference was observed. In experiment 2, effect of cryopreservation on the quality of spermatogonia was evaluated where the results showed that viability, DNA integrity and epigenetic were affected by cryopreservation. No difference in lipid peroxidation was observed. Future studies should focus on the limitations of the enrichment techniques to improve this method and improving the cryopreservation protocol to decrease the damaged suffered by cells during this technique.
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