MATURAÇÃO
NUCLEAR IN VITRO E MORTE CELULAR
POR
APOPTOSE EM OÓCITOS DE CAPRINOS NOS PERÍODOS SECO E CHUVOSO
Ricardo
de
Macêdo Chaves1, Filipe Queiros Gondim Bezerra2,
Paulo Fernandes
de Lima3, Marcelo Cavalcanti Rabelo4,
Fabíola Paula-Lopes5,
Marcos Antônio Lemos de Oliveira3
RESUMO
IN VITRO NUCLEAR MATURATION AND CELL DEATH BY
APOPTOSIS IN GOATS OOCYTES IN RAINY AND DRY PERIODS
ABSTRACT
A caprinocultura é hoje uma
atividade do setor primário com expressivo potencial sócio-econômico em
todas
as regiões do Brasil, estimulando o desenvolvimento e criando novas
possibilidades de agronegócio e de inclusão social. No entanto, a baixa
produtividade e a falta de organização do sistema de produção limitam o
aproveitamento dessa atividade no país (COSTA et al., 2008). A baixa
produtividade dos rebanhos tem sido contornada por meio da importação
de raças
exóticas. Nesse contexto, o fator climático deve ser levado em
consideração,
devido ao estresse causado pela alta temperatura e umidade do ar (JORDAN, 2003).
Em oócitos bovinos maturados in vitro,
a susceptibilidade à alta
temperatura pode ser constatada tanto durante a fase de vesícula
germinativa (VG)
como durante o período de maturação oocitária (AL-KATANANI et al.,
2002).
Quando oócitos na fase de VG foram colhidos de vacas Holandesas
expostas ao
estresse térmico e submetidos à fecundação in
vitro (FIV), houve redução no desenvolvimento embrionário
até o estádio de
blastocisto (ROCHA et al., 1998; AL-KATANANI et al., 2002). O estresse
térmico
entre o estro e a inseminação artificial (IA) de novilhas (período de
maturação
oocitária) aumentou a proporção de embriões com desenvolvimento
retardado (PUTNEY
et al., 1989).
A susceptibilidade dos
oócitos bovinos aos efeitos diretos da temperatura elevada durante a
maturação in vitro (MIV) reduziu a
maturação
nuclear, a fecundação (ROTH & HANSEN, 2005) e o desenvolvimento
embrionário
até o estádio de blastocisto (ROTH & HANSEN, 2004a). A
exposição de oócitos
bovinos à temperatura severa de 42-
A apoptose é um processo que
utiliza ATP como fonte de energia no qual células danificadas são
eliminadas de
maneira a não causar danos ao tecido. O mecanismo de apoptose pode ser
ativado
de diversas maneiras, por meio de sinais extracelulares ou
intracelulares
gerados pela própria célula, sendo seu principal componente um grupo de
enzimas
proteolíticas conhecidas como caspases (MARTIN & GREEN, 1995;
NICHOLSON
& THORNBERRY, 1997; PEREZ et al., 1997). Morfologicamente, a
apoptose
caracteriza-se por agregação e condensação da cromatina (forma de
meia-lua ou
ferradura), condensação e fragmentação do núcleo, contração e
condensação do
citoplasma, protrusões da membrana plasmática, contração das organelas,
formação
de vacúolos citoplasmáticos, colapso da estrutura da célula,
fragmentação
celular sem extravasamento do conteúdo intracelular e formação de
corpos
apoptóticos (BROKER et al., 2005).
Recentemente, ROTH &
HANSEN, 2004a e ROTH
& HANSEN, 2005,
demonstraram o efeito do estresse térmico sobre a apoptose oocitária. A
exposição de oócitos ao estresse térmico durante as primeiras 12 horas
de
maturação aumentou a proporção de oócitos positivos para apoptose. O
bloqueio
da apoptose oocitária com inibidor de caspases (z-DEVD-fmk) (ROTH
& HANSEN,
2004a) ou com esfingolipídio (esfingosina-1-fosfato) resgatou os
índices de
clivagem e de desenvolvimento até o estádio de blastocisto (ROTH
& HANSEN,
2004b; MORITA et al., 2000).
Dessa forma, a caracterização
e a manipulação dos mecanismos envolvidos na indução de apoptose
oocitária após
o estresse calórico representam alternativas para minimizar os efeitos
negativos da temperatura elevada sobre a capacidade reprodutiva de
fêmeas
bovinas (ROTH & HANSEN, 2004a, ROTH & HANSEN, 2004b), o
que pode se
repetir em outra espécie como caprina. Diante do exposto, objetivou-se
com este
estudo determinar a maturação nuclear in
vitro e a morte celular por apoptose em oócitos de caprinos
comparando os
períodos seco e chuvoso.
Foi utilizado o modelo de
estresse térmico calórico descrito por AL-KATANANI et al. (2002) para
demonstrar os efeitos dos períodos do ano na capacidade de
desenvolvimento dos
oócitos. Os ovários foram colhidos de cabras no período seco (outubro a
março)
e chuvoso (abril a setembro). Os índices de temperatura e umidade do ar
de cada
mês foram obtidos com base nos dados climáticos das estações
metereológicas
estaduais (INMET, 2009).
Foram utilizados 1116 ovários
de cabras SRD com idade variando de 12 a 46 meses, com escore de
condição
corporal (ECC) variando de 2,5 - 3,5 (escala de 1-5), adquiridas na
região do
semi-árido pernambucano e abatidas no abatedouro Suimax, localizado na
cidade
de Igarassu, Região Metropolitana do Recife-PE (latitude 08° 03' 14''
S, longitude 34° 52' 52'' W).
A
temperatura ambiente mínima e máxima no período seco (outubro/2007 a
março/2008) foi de 23 e 33ºC e no chuvoso (abril a setembro/2008) de 18
e 31°C,
respectivamente. A umidade relativa média do ar foi de 71% no período
seco e
85% no período chuvoso (INMET, 2009).
Em um período máximo de uma hora, os
ovários foram transportados para o
Laboratório de Biotécnicas da Reprodução do Departamento de Medicina
Veterinária da Universidade Federal Rural de Pernambuco, em garrafa
térmica
contendo solução fisiológica em temperatura de 30ºC acrescida de 30 mg/mL de sulfato
de gentamicina (meio de transporte).
Os complexos cumulus oophorus (CCOs) foram colhidos
pela técnica
de fatiamento, “slicing”, (produção de pequenas incisões
simultâneas múltiplas na superfície do
ovário com auxílio de um escarificador)
dos folículos ovarianos que mediam de
Os CCOs foram selecionados morfologicamente de acordo com a
classificação
descrita por GONÇALVES et al. (2008) em Qualidade I (ooplasma
homogêneo, cumulus compacto, contendo mais de três
camadas de células), Qualidade II (ooplasma
homogêneo, cumulus compacto parcialmente presente
em volta do oócito ou
rodeando completamente o oócito, com menos de três camadas celulares),
Qualidade III (ooplasma homogêneo,
cumulus presente, com apenas uma camada de célula ou
ausência de camada de
célula do cumulus - desnudos) e Qualidade IV (ooplasma com vacúolos e ou células do cumulus
em regressão)
e lavados três vezes no meio de coleta. Em seguida, grupos de 20-25
CCOs foram
maturados em gotas de 100 mL, no meio básico de maturação [MBM: TCM-199
suplementado com 50 mg/mL
de piruvato de sódio, 2,6 mg/mL de
bicarbonato de sódio, 10% de soro fetal bovino (SFB), 50 mg/mL de sulfato
de gentamicina, 20 μg/mL de FSH/LH (Pluset®) e 1
mg/mL de álcool
polivinílico] sob óleo de parafina estéril, em estufa a 39ºC, com
atmosfera
úmida contendo 5% de CO2 durante 24 horas.
Foram realizadas 12
repetições em cada período do ano. No período seco foram colhidos 2914
oócitos
(média de 231 por repetição) e no chuvoso, 2831 oócitos (média de 214
por
repetição) de 554 e 562 ovários, respectivamente. Em cada repetição os
CCOs
foram divididos em dois grupos: no Grupo-1 os CCOs foram avaliados
imediatamente após a colheita e no Grupo-2 os CCOs foram avaliados após
a
maturação in vitro (MIV).
Após realizada a avaliação das enzimas caspases, outros oócitos foram
fixados em uma solução de 4% de paraformaldeído por uma hora e
armazenados em
solução de 100 µL de Phosphate-Buffered
Saline (PBS) + 1 mg/mL de polivinilpirrolidona (PVP) a
No Grupo-2 (OMIV), os oócitos foram maturados in
vitro. Após a maturação, foram desnudados no agitador
mecânico
Vortex®, em meio mDM durante três minutos à
velocidade “7” (escala
1-10), para determinação da atividade das enzimas caspases do grupo II
(PhiPhiLux-G1D2) e
fragmentação de DNA (TUNEL) como
descritos anteriormente para o Grupo-1.
Após a maturação, outra parte dos oócitos foi desnudada no agitador
mecânico Vortex®, colocados entre lâmina e
lamínula e fixados em
etanol e ácido acético (3:1) por 12 horas e, posteriormente corados com
orceína
acética a 1%, observando-os sob microscopia óptica de imersão (1000x).
Imediatamente após a coloração, foram classificados como não definido
(ND)
oócitos em que não era possível identificar a fase da meiose devido à
presença
de células do cumulus ou da corona radiata (falha no processo de
desnudamento); degenerado (DEG), oócitos que se apresentavam
vacuolizados, não
sendo possível a visualização dos cromossomos; vesícula germinativa
(VG),
núcleo definido, com ou sem nucléolo, sem condensação da cromatina;
rompimento
da vesícula germinativa (GVBD - Germinative Vesicle Break-Down), final
da
prófase I com condensação da cromatina (Diacinese); metáfase I (MI),
cromossomos já condensados formando a placa equatorial ou início da
formação da
mesma; anáfase I (AI), início da migração dos cromossomos para os polos
da
célula com fibras do fuso aparentes; telófase I (TI), cromossomos já
nos polos,
com fibras do fuso aparentes e metáfase II (MII), cromossomos formando
a placa
equatorial com o primeiro corpúsculo polar exteriorizado.
Para a estatística foi
realizada análise de variância. Os resultados foram expressos em média
e desvio
padrão (análise de variância
entre grupos). Considerando também
as medidas tratadas em percentuais procedeu-se aos seguintes testes,
primeiro
uma comparação de variâncias, teste F para
variâncias com nível de significância de 5% (P < 0,05). Depois
um teste t
para comparação de médias, a 5% de significância,
para variâncias
equivalentes ou variâncias distintas, conforme o que foi verificado no teste F para variâncias (SAMPAIO,
2007).
No
Grupo-1 não houve efeito
dos períodos seco ou chuvoso na qualidade dos oócitos não maturados (Tabela 1).
No Grupo-2, quando os oócitos foram maturados in vitro não houve
efeito do período do ano na porcentagem de
oócitos de Qualidade I ou II. No entanto, a proporção de oócitos com
Qualidade
III foi maior (P < 0,05) no período seco, enquanto que a média e
desvio
padrão de oócitos com Qualidade IV foi maior (P < 0,05) na
estação chuvosa
(Tabela 2).
Não foi verificada diferença significativa (P > 0,05) quando
comparados média e desvio padrão da maturação in vitro de
oócitos de fêmeas abatidas no período seco (64,08 ±
6,88) e chuvoso (66,75 ± 9,22) (Tabela 2).
A atividade das enzimas caspases não foi afetada
pelo período do ano (P > 0,05) tanto nos oócitos do Grupo-1
quanto do
Grupo-2 (Figura 1).
Nos oócitos não maturados (Grupo-1), a atividade de
caspases foi 9,44% no período seco e 8,57% no chuvoso. Quando avaliada
após a
maturação in vitro, a atividade
enzimática das caspases foi 11,57% no período seco e 8,73% no chuvoso (Figura 1).
Da mesma forma, a porcentagem dos oócitos com fragmentação do DNA
TUNEL-positivos não foi afetada pelo período do ano (P > 0,05),
tanto em
oócito do Grupo-1 quanto do Grupo-2 (Figura
2). No Grupo-1 a proporção dos
oócitos não maturados TUNEL-positivo foi 10,86% no período seco e 9,08%
no
chuvoso. Nos oócitos do Grupo-2 a porcentagem dos oócitos
TUNEL-positivo foi
11,31% no período seco e 9,86% no chuvoso (Figura
2).
REFERÊNCIAS
BROKER,
L.E.; KRUYT, F. A. E.; GIACCONE, G. Cell death independent of caspases:
a
review. Clinic
Cancer Research.
v.11, p.3155-3162, 2005.
CARNEIRO, G. F. Biotécnicas da
reprodução assistida em pequenos ruminantes. Tecnologias e
Ciência Agropecuária, v.2, p.23-28,
2008.
CECCONI, S.;
MAURO, A.; CAPACCHIETTI, G.; BERARDINELLI, P.; BERNABÒ, N.;
DI VINCENZO, A. R.; MATTIOLI, M.; BARBONI, B. Meiotic
Maturation of Incompetent Prepubertal Sheep
Oocytes Is Induced by Paracrine Factor(s) Released by
Gonadotropin-Stimulated
Oocyte-Cumulus Cell Complexes and
Involves Mitogen-Activated Protein Kinase Activation. Endocrinology,
v.149, n.1, p.100-107, 2007.
CHAVES,
R. M.; AGUIAR
FILHO, C.; SANTOS
JÚNIOR, E.; ALMEIDA
FILHO, J. M.;
LIMA, P. F.; OLIVEIRA, M. A. L. Efeito
do diâmetro folicular sobre a qualidade dos oócitos obtidos de ovários
de
ovelhas (Ovis aries) e cabras (Capra hircus).
Ciência Animal Brasileira, v.
11, n. 3, p. 683-688, 2010.
COSTA, R.
G.; ALMEIDA, C.C.; PIMENTA, FILHO, E. C.; HOLANDA JUNIOR, E. V.;
SANTOS, N. M. Caracterização
do sistema de
produção caprino e ovino no Brasil. Archivos de
Zootecnia, v.57, n.218, p.196-205.
2008.
EDWARDS,
J. L.; HANSEN, P. J. Differential responses of bovine oocytes and
preimplantation to heat shock. Molecular
Reproduction and Development, v.46, p.138-145, 1997.
EDWARDS,
J. L.; HANSEN, P. J. Elevated temperature increases heat shock protein
70
synthesis in bovine two-cell embryos and compromises function of
maturing
oocytes. Biology of Reproduction.
v.55, p.340-346, 1996.
FATEHI, A. N.;
ROELEN, B. A. J.; COLENBRANDER, B.; SCHOEVERS, E. J.; GADELLA, B. M.;
BEVERS,
M. M.; VAN DEN HURK, R. Presence of cumulus cells during in
vitro
fertilization protects the bovine oocyte against oxidative stress and
improves
first cleavage but does not affect further development. Zygote, v.13, n.2, p. 177-185, 2005.
GONÇALVES,
P. B. D.; OLIVEIRA, M.
A. L.; MEZZALIRA, A.; MONTAGNER, M. M.; VISINTIN, J. A.; COSTA, L. F.
S.
Produção in vitro de embriões. In:
GONÇALVES, P. B. D.; FIGUEIREDO, J. R.; FREITAS, J, V. F. (2ª Ed.), Biotécnicas aplicadas à reprodução animal.
Editora Roca, São Paulo, p.261-292, 2008.
HAZAKEGER,
N. L.; STUBBINGS, R. B. Developmental potential of selected bovine
oocyte cumulus complexes. Theriogenology,
v. 37, n.2, p. 219, 1992.
INMET. Instituto
Nacional de Meteorologia. Disponível em: <http:www.inmet.gov.br/html/prev_climatica_tempo/
prognostico>. Acesso em: 23 abr. 2009.
IZQUIERDO, D.; VILLAMEDIANA, P.;
PARAMIO, M.T. Effect of cultura media on embryo development from
prepubertad
gota IVM-IVF oocytes. Theriogenology, v.52, n.5, p.
847-861, 1999.
JORDAN
E. R. Effects of heat stress on reproduction. Journal of Dairy Science, v.86,
p.104-114, 2003.
KOLLE,
S.; STOJKOVIC, M.; BOIE, G.; WOLF, E.;
SINOWATZ, F. Growth hormone-related effects on apoptosis,
mitosis, and
expression of connexin 43 in bovine in
vitro maturation cumulus oophorus complexes. Biology
of Reproduction, v.68, p.1584-589, 2003.
LUVONI,
G. C.; KESKINTEPE, L.; BRACKETT, B. G. Improvement in bovine embryo
production in vitro by
glutathione-containing
media. Molecular Reproduction and
Development, v.43, p.437-443, 1996.
MARTIN,
S. J.; GREEN, D. R. Protease activation during apoptosis: death by a
tuousand
cust. Cellular,
v.82, p.349-352, 1995.
MARTINO, A.; MOGAS, T.; PALOMO, M.
J.
Meiotic competence prepubertal goat oocytes. Theriogenology,
v. 41, n.5, p.
969-980, 1994.
NICHOLSON,
D. W.; THORNBERRY, N. A. Caspases: killer proteases. Trends
in Biochemical Science, v.8, p.299-306, 1997.
PAULA, N.
R. O.; CARDOSO, J. F.
S.; OLIVEIRA, M. A. L.; FREITAS, V. J. F.
Embriões
caprinos produzidos in vivo ou in vitro:
técnicas, problemas e
perspectivas. Revista Brasileira de
Reprodução Animal, Belo Horizonte, v.32, n.1, p.21-35, 2008.
PAULA-LOPES,
F. F.; HANSEN P. J. Apoptosis is an adaptative response in bovine
preimplantation embryos that facilitates survival after heat shock. Biochemical Biophys Research Communicator,
v.295, p.37-42, 2002.
PEREZ, G.
I.; KNUDSON, C. M.; LEYKIN, L.; KORSMEYER, S. J.; TILLY, J. L.
Apoptosis-associated signaling pathways are required for
chemotherapy-mediated
female germ cell destruction. Natural
Medical, v.3, p.1228-1332, 1997.
PUTNEY,
D. J.; DROST, M.; THATCHER, W. W. Influence of summer heat stress on
pregnancy
rates of lactating dairy catle following embryo transfer or artificial
insemination. Theriogenology, v.31,
n.4, p.765-778, 1989.
ROCHA, A.;
RANDEL, R. D.; BROUSSARD, J. R.; LIM, J. M.; BLAIR, R. M.; ROUSSEL, J.
D.;
GODKE, R. A.; HANSEL, W. High environmental temperature and humidity
decrease oocyte quality in Bos taurus
but not in Bos indicus cows. Theriogenology, v.49, n.4, p.657-665,
1998.
ROTH,
Z.; HANSEN, P. J. Disruption of nuclear maturation and rearrangement of
cytoskeletal elements in bovine oocytes exposed to heat shock during
maturation. Reproduction, v.129,
p.235-244, 2005.
ROTH,
Z.; HANSEN, P. J. Involvement of apoptosis in disruption of
developmental
competence of bovine oocytes by heat shock during maturation. Biology of Reproduction, v.71,
p.1898-1906, 2004a.
ROTH,
Z.; HANSEN, P. J. Sphingosine 1-phosphate protects bovine oocytes from
heat
shock during maturation. Biology of
Reproduction, v.71, p.2072-2078, 2004b.
RUBIANES, E.;
MENCHACA, A. The pattern and
manipulation of ovarian follicular growth in goats. Animals
Reproduction Science, v. 78, p. 271-287, 2003.
SAMPAIO, I. B. M. Estatística
Aplicada a Experimentação Animal, 3ª
Ed.. Belo
Horizonte: FEPMVZ, 2007. 264 p.
SUTOVSKY, P.;
FLECHON, J.E.; FLECHON, B.; MOTLIK, J.;
PEYNOT, N.; CHESNE, P.; HEYMAN, Y. Dynamic changes of gap junctions and
cytoskeleton during in vitro of
culture of cattle oocyte cumulus
complexes. Biology of
Reproduction, v.49,
p.1277-1287, 1993.
TATEMOTO,
H.; SAKURI, N.; MUTO, N. Protection of porcine oocytes against
apoptosis cell
death caused by oxidative stress during in
vitro maturation: role of cumulus
cells. Biology of Reproduction,
v.63, p.805-810, 2000.
VAN
BLERKOM, J.; DAVIS, P. W. DNA strand break and phosphatidyserine
redistribution
in newly ovulated and culture mouse and human oocytes: occurrence and
relationship to apoptosis. Humana
Reproduction, v.13, p.1317-1324, 1998.
VINOLES, C.;
FORSBERG, M.; BANCHERO,
G.; RUBIANES, E. Ovarian follicular
dynamics and endocrine profiles in Polwarth ewes with high and low body condition. Animal Science,
v.74,
p.539-545, 2002.
YANG, N. S.; LU, K. H.; GORDON, I. In vitro fertilization (IVF) and culture (IVC) of bovine oocytes from stored ovaries. Theriogenology, v. 33, n.2, p. 352-359, 1990.