Agrarian Bulletin of the

Аграрный вестник Урала

1997-4868 2307-0005

56572

10.32417/1997-4868-2022-227-12-62-72

Биология

Biology

Биология

Features of functional activity of lipidome in Sus scrofa domesticus oocytes after intraovarian vitrification

Особенности функциональной активности липидома в ооцитах Sus scrofa domesticus при интраовариальной витрификации

Старикова

Дарья Андреевна

Starikova

Dar'ya Andreevna

КУЗЬМИНА

Татьяна Ивановна

KUZMINA

T. I. Ivanovna

Всероссийский научно-исследовательский институт генетики и разведения животных – филиал Федерального исследовательского центра животноводства – ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста Россия Всероссийский научно-исследовательский институт генетики и разведения животных – филиал Федерального исследовательского центра животноводства – ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста Russian Federation

10 01 2023

227 12 62 72 10 01 2023

https://usau.editorum.ru/en/nauka/article/56572/view

Аннотация. Создание криобанка репродуктивных клеток и тканей открывает возможности интенсификации внедрения инновационных клеточных репродуктивных технологий в практику животноводства, биомедицину, ветеринарию. Цель исследования – оценить эффекты диметилглицеролата кремния (ДМГК) на морфологию гамет и липидом ооцитов свиней, подвергшихся интраовариальной витрификации (ИОВ). Методы. Витрификации подвергались фрагменты (15 × 20 мм) яичников, которые последовательно экспонировали в криопротекторах (КПА1 и КПА2) 25 мин. и 15 мин. Состав: КПА1: 7,5 % этиленгликоля (ЭГ), 7,5 % диметилсульфоксида (ДМСО), 65 % ФСБ с 2М бычьего сывороточного альбумина (БСА); КПА2: 2,0 % ЭГ, 20 % ДМСО, 60 % ФСБ, 1М БСА, 0,5 моль/л сахарозы. Эффективность использования ДМГК в исследуемых концентрациях на криосохранность биообъектов оценивали по морфологии гамет и показателям функциональной активности липидома (морфология, локализация и интенсивность флуоресценции липидных капель, визуализированных прижизненным красителем Nile Red) в ооцитах. Результаты. 0,2 % ДМГК не индуцирует апоптотические процессы в клетках гранулезы, снижает уровень голоядернах клеток. При введении 2 % ДМГК в состав криопротекторных сред снижается доля гамет с признаками морфологической дегенерации (с 31 % до 13 %, P < 0,001). ДМГК способствует увеличению уровня гамет с позитивными показателями функционирования липидных капель: увеличивается доля гамет с диффузной локализацией (с 58 % до 83 %, P < 0,001); возрастает уровень клеток с низкой интенсивностью флюоресценции комплекса Nile red / липидная капля (с 16 % до 29 %, P < 0,05) и доля гамет с липидными гранулами (47 % против 68 %, P < 0,005). Научная новизна. Впервые идентифицированы эффекты ДМГК на морфологию женских гамет, апоптотические процессы в хроматине клеток гранулезы и функциональную активность липидома ооцитов свиней при воздействии сверхнизких температур в условиях ИОВ. Модернизированы среды для ИОВ ооцит-кумулюсных комплексов путем введения в их состав 0,2 % или 2 % ДМГК.

Abstract. The creation of a cryobank of reproductive cells and tissues opens up the possibility of intensifying the introduction of innovative cellular reproductive technologies into the practice of husbandry, biomedicine, and veterinary medicine. The aim of the study was to evaluate the effects of silicon dimethylglycerolate (SDMG) on the morphology of gametes and lipidome of porcine oocytes after intraovarian vitrification (IOV). Methods. Fragments (15 × 20 mm) of porcine ovaries were subjected to vitrification, which were exposed to cryoprotective agents (CPA1 and CPA2) for 25 minutes and 15 minutes. Composition: CPA1: 7.5 % ethylene glycol (EG), 7.5 % dimethyl sulfoxide (DMSO), 65 % PBS, with 2M bovine serum albumin (BSA) and CPA2 – 2.0% EG, 20 % DMSO, 60 % PBS, 1M BSA, 0.5 mol/l sucrose. The effectiveness of using SDMG at the studied concentrations on the cryopreservation of bio objects was assessed by: the morphology of gametes and indicators of the functional activity of the lipidome (morphology, localization and fluorescence intensity of lipid droplets visualized with Nile Red vital dye) in oocytes. Results. 0.2 % SDMG does not induce apoptotic processes in granulosa cells, reduces the level of naked cells. Addition of 2 % SDMG into the composition of cryoprotective media, the proportion of gametes with signs of morphological degeneration decreases (from 31 % to 13 %, P < 0.001). SDMG contributes to an increase in the level of gametes with positive indicators of the functioning of lipid droplets: the proportion of gametes with diffuse localization increases (from 58 % to 83 %, P < 0.001); the level of cells with low fluorescence intensity of the Nile red/lipid droplets complex (from 16 % to 29 %, P < 0.05) and the proportion of gametes with lipid granules (47 % vs. 68 %, P < 0.005) increased. Scientific novelty. For the first time, the effects of SDMG on the morphology of female gametes, apoptotic processes in the chromatin of granulosa cells and the functional activity of the lipidome of porcine oocytes under the influence of ultralow temperatures at IOV were identified. The media for IOV of oocyte-cumulus complexes were modernized with the addition of 0.2 % or 2 % SDMG.

ооцит свинья липидные капли ДНК Nile red витрификация

oocyte pig lipid droplets DNA Nile red vitrification

Шинкарецкая Г. Г. Генофонд животных: проблема исследования и сохранения // Образование и право. 2020. № 2. С. 128-137.

Shinkareckaya G. G. Genofond zhivotnyh: problema issledovaniya i sohraneniya // Obrazovanie i pravo. 2020. № 2. S. 128-137.

Bojic S., Murray A., Bentley B. L., Spindler R., Pawlik P., Cordeiro J. L., Bauer R., de Magalhães J. P. Winter is coming: the future of cryopreservation // BMC Biology. 2021. Vol. 24. No. 19 (1). DOI: 10.1186/s12915-021-00976-8.

Campos L. B., da Silva A. M., Praxedes E. C. G. Vitrification of collared peccary ovarian tissue using open or closed systems and different intracellular cryoprotectants // Cryobiology. 2019. No. 91. Pp. 77-83.

Amstislavsky S., Mokrousova V., Brusentsev E., Okotrub K., Comizzoli P. Influence of Cellular Lipids on Cryopreservation of Mammalian Oocytes and Preimplantation Embryos: A Review // Biopreservation and biobanking. 2019. Vol. 17. No. 1. Pp. 76-83. DOI: 10.1089/bio.2018.0039.

Asl M. M., Rahbarghazi R., Beheshti R., Alihemmati A, Aliparasti M. R., Abedelahi A. Effects of Different Vitrification Solutions and Protocol on Follicular Ultrastructure and Revascularization of Autografted Mouse Ovarian Tissue // Cell Journal. 2021. Vol. 22. No. 4. Pp. 491-501. DOI: 10.22074/cellj.2021.6877.

Ekpo M. D., Xie J., Hu Y., Liu X., Liu F., Xiang J., Zhao R., Wang B., Tan S. Antifreeze Proteins: Novel Applications and Navigation towards Their Clinical Application in Cryobanking // International Journal of Molecular Sciences. 2022. Vol. 27. No. 23 (5). Article number 2639. DOI: 10.3390/ijms23052639.

Саркисян Н. Г., Ронь Г. И., Тузанкина И. А., Хонина Т. Г., Ларионов Л. П., Симбирцев А. С., Дроздова Л. И., Тимченко А. С. Морфологическая оценка эффективности использования фармакологических композиций на основе крем¬нийорганического глицерогидрогеля // Иммунология. 2017. Т. 38. № 2. С. 91-96.

Sarkisyan N. G., Ron' G. I., Tuzankina I. A., Honina T. G., Larionov L. P., Simbircev A. S., Drozdova L. I., Timchenko A. S. Morfologicheskaya ocenka effektivnosti ispol'zovaniya farmakologicheskih kompoziciy na osnove krem¬niyorganicheskogo glicerogidrogelya // Immunologiya. 2017. T. 38. № 2. S. 91-96.

Шадрина Е. В. Синтез и свойства полиолатов кремния и гидрогелей на их основе: автореф. дис. канд. хим. наук. Екатеринбург, 2011. 26 с.

Shadrina E. V. Sintez i svoystva poliolatov kremniya i gidrogeley na ih osnove: avtoref. dis. kand. him. nauk. Ekaterinburg, 2011. 26 s.

Barkova A. S., Shurmanova E. I., Khonina T. G., Millstein I.M. Possibilities of using functional biologically active organosilicon compounds in veterinary practice // Agrarian Bulletin of the Urals. 2020. No. 11 (202). Pp. 53-58. DOI: 10.32417/1997-4868-2020-202-11-53-58.

10.

Хонина Т. Г., Ларченко Е. Ю., Шадрина Е. В., Ганебных И. Н., Бойко А. А., Маточкина Е. Г., Кодесс М. И., Чупахин О. Н. Состав, строение и свойства фармакологически активных диметилглицеролатов кремния // Известия Академии наук. Серия химическая. 2010. № 12. С. 2175-2180.

Honina T. G., Larchenko E. Yu., Shadrina E. V., Ganebnyh I. N., Boyko A. A., Matochkina E. G., Kodess M. I., Chupahin O. N. Sostav, stroenie i svoystva farmakologicheski aktivnyh dimetilglicerolatov kremniya // Izvestiya Akademii nauk. Seriya himicheskaya. 2010. № 12. S. 2175-2180.

11.

Станиславович Т. И., Кузьмина Т. И., Молчанов А. В. Влияние интраовариальной витрификации на показатели криорезистентности ооцит-кумулюсных комплексов свиней // Вопросы ветеринарно-правового регулирования в ветеринарии. 2019. № 4. С. 65-70. DOI: 10.17238/issn2072-6023.2019.4.65.

Stanislavovich T. I., Kuz'mina T. I., Molchanov A. V. Vliyanie intraovarial'noy vitrifikacii na pokazateli kriorezistentnosti oocit-kumulyusnyh kompleksov sviney // Voprosy veterinarno-pravovogo regulirovaniya v veterinarii. 2019. № 4. S. 65-70. DOI: 10.17238/issn2072-6023.2019.4.65.

12.

Станиславович Т. И., Кузьмина Т. И. Модификация этапов технологии интраовариальной витрификации ооцитов Sus Scrofa Domesticus // Аграрный вестник Урала. 2020. № 8 (199). С. 51-57. DOI 10.32417/1997-4868-2020-199-8-51-57.

Stanislavovich T. I., Kuz'mina T. I. Modifikaciya etapov tehnologii intraovarial'noy vitrifikacii oocitov Sus Scrofa Domesticus // Agrarnyy vestnik Urala. 2020. № 8 (199). S. 51-57. DOI 10.32417/1997-4868-2020-199-8-51-57.

13.

Villaverde A. I., Fioratti E. G., Penitenti M., Ikoma M. R., Tsunemi M. H., Papa F. O., Lopes M. D. Cryoprotective effect of different glycerol concentrations on domestic cat spermatozoa // Theriogenology. 2013. Vol. 80. No. 7. Pp. 730-737. DOI: 10.1016/j.theriogenology.2013.06.010.

14.

Zhang P. Q., Tan P. C., Gao Y. M., Zhang X. J., Xie Y., Zheng D. N., Zhou S. B., Li Q. F. The effect of glycerol as a cryoprotective agent in the cryopreservation of adipose tissue // Stem cell research & therapy. 2022. Vol. 13. Article number 152. DOI: 10.1186/s13287-022-02817-z.

15.

Алимова А. Д., Кундик Ю. В., Станиславович Т. И., Кузьмина Т. И. Влияние диметилглицеролата кремния на жизнеспособность клеток гранулезы из овариальных фолликулов Sus Scrofa Domesticus // Вопросы нормативно-правового регулирования в ветеринарии. 2019. № 2. С. 61-63. DOI: 10.17238/issn2072-6023.2019.2.

Alimova A. D., Kundik Yu. V., Stanislavovich T. I., Kuz'mina T. I. Vliyanie dimetilglicerolata kremniya na zhiznesposobnost' kletok granulezy iz ovarial'nyh follikulov Sus Scrofa Domesticus // Voprosy normativno-pravovogo regulirovaniya v veterinarii. 2019. № 2. S. 61-63. DOI: 10.17238/issn2072-6023.2019.2.

16.

Abazarikia A., Ariu F., Rasekhi M., Zhandi M., Ledda S. Distribution and size of lipid droplets in oocytes recovered from young lamb and adult ovine ovaries // Reproduction, Fertility and Development. 2020. Vol. 32. No. 11. Pp. 1022-1026. DOI: 10.1071/RD20035.

17.

Pedroza G. H., Lanzon L. F., Rabaglino M. B., Walker W. L., Vahmani P., Denicol A. C. Exposure to non-esterified fatty acids in vitro results in changes in the ovarian and follicular environment in cattle // Animal Reproduction Science. 2022. Vol. 238. Article number 106937. DOI: 10.1016/j.anireprosci.2022.106937.

18.

Dadarwal D., Adams G.P., Hyttel P., Brogliatti G.M., Caldwell S., Singh J. Organelle reorganization in bovine oocytes during dominant follicle growth and regression // Reproductive Biology and Endocrinology. 2015. Vol. 13. Article number 124. DOI: 10.1186/s12958-015-0122-0.

19.

Новичкова Д. А., Кузьмина Т. И., Хонина Т. Г. Воздействие кремнийсодержащих соединений на липидом ооцитов Sus scrofa domesticus // Технологии живых систем. 2018. Т. 15. № 5. С. 58-63. DOI: 10.18127/j20700997-201805-08.

Novichkova D. A., Kuz'mina T. I., Honina T. G. Vozdeystvie kremniysoderzhaschih soedineniy na lipidom oocitov Sus scrofa domesticus // Tehnologii zhivyh sistem. 2018. T. 15. № 5. S. 58-63. DOI: 10.18127/j20700997-201805-08.

20.

Olzmann J. A. Carvalho P. Dynamics and functions of lipid droplets // Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2019. Vol. 20. No. 3. Pp. 137-155.

21.

Okotrub K. A., Mokrousova V. I., Amstislavsky S. Y., Surovtsev N. V. Lipid Droplet Phase Transition in Freezing Cat Embryos and Oocytes Probed by Raman Spectroscopy // Biophysical Journal. 2018. Vol. 7. No. 115 (3). Pp. 577-587. DOI: 10.1016/j.bpj.2018.06.019.

22.

Mokrousova V. I., Okotrub K. A., Amstislavsky S. Y., Surovtsev N. V. Raman spectroscopy evidence of lipid separation in domestic cat oocytes during freezing // Cryobiology. 2020. Vol. 95. Pp. 177-182. DOI: 10.1016/j.cryobiol.2020.03.005

23.

Fu X.-W., Shi W.-Q., Zhang Q.-J., Zhao X.-M., Yan Ch. L., Hou Y.-P., Zhou G.-B., Fan Zhi-Q., Suo L., Wusiman Ab., Wang Y.-P., Zhu Shi-En. Positive effects of Taxol pretreatment on morphology, distribution and ultrastructure of mitochondria and lipid droplets in vitrification of in vitro matured porcine oocytes // Animal reproduction science. 2008. Vol. 115. Pp. 158-168. DOI: 10.1016/j.anireprosci.2008.12.002.

24.

Quinn P. J. A lipid-phase separation model of low-temperature damage to biological membranes // Cryobiology. 1985. Vol. 22. No. 2. Pp. 128-146. DOI: 10.1016/0011-2240(85)90167-1.

25.

Romek M., Gajda B., Krzysztofowicz E., Kepczynski M., Smorag Z. New technique to quantify the lipid composition of lipid droplets in porcine oocytes and pre-implantation embryos using Nile Red fluorescent probe // Theriogenology. 2011. Vol. 75 (1). Pp. 42-54. DOI: 10.1016/j.theriogenology.2010.06.040.

26.

McEvoy T., Coull G., Broadbent P., Hutchinson J., Speake B. Fatty acid composition of lipids in immature cattle, pig and sheep oocytes with intact zona pellucida // Reproduction. 2000. Vol. 118. No. 1. Pp. 163-170.