Większość samic ssaków rodzi się ze skończoną liczbą meiotycznie zatrzymanych oocytów przechowywanych w pierwotnych pęcherzykach, tworzących rezerwę jajnikową (OR)1,2. OR określa ogólną długość życia reprodukcyjnego i zdrowie samic3. Sala operacyjna zwykle zmniejsza swój rozmiar wraz z wiekiem i może zostać przedwcześnie uszczuplona pod wpływem niektórych czynników genotoksycznych (radioterapia/chemioterapia) i stresu środowiskowego (niedożywienie), co prowadzi do niepłodności4,5,6. Idiopatyczna niepłodność żeńska może być często przypisywana genetycznej i fizjologicznej jakości komórek jajowych rozwijających się z sali operacyjnej i pozostaje słabo poznana7,8. Ponieważ wyposażenie żeńskich pęcherzyków jest w dużej mierze z góry zdeterminowane przez urodzenie, konieczne jest zrozumienie mechanizmów regulacyjnych związanych z powstawaniem i utrzymywaniem sali operacyjnej.
U myszy tworzenie OR rozpoczyna się wraz z określeniem pierwotnych komórek rozrodczych (PGC) około dnia embrionalnego (E) 7.52. PGC migrują do grzbietów narządów płciowych, gdzie będą przebywać w przybliżeniu E10.59. Poniższa ekstensywna proliferacja występuje z niepełną cytokinezą, co skutkuje powstawaniem torbieli, które zostaną rozłożone w późniejszym etapie rozwoju10,11. Przy około E12,5 określa się płeć goad, a proliferacja PGC zatrzymuje się w jajnikach. U samic PGC, obecnie oocyty, wchodzą w profazę mejotyczną I (MPI) w przybliżeniu E13.512,13. Oocyty przechodzą przez rozszerzony MPI i zatrzymują się na etapie dyktowania w czasie porodu. W pierwszym tygodniu po urodzeniu każdy zatrzymany oocyt jest otoczony komórkami ziarnistymi, tworząc w ten sposób pierwotny pęcherzyk.
Liczba pierwotnych pęcherzyków na sali operacyjnej kobiety zależy od tego, ile oocytów przeżyło fale eliminacji oocytów, które występują przed i podczas zatrzymania MPI przez apoptozę, autofagię lub martwicę14,15. Pierwsza fala występuje podczas rozwoju płodu i jest znana jako FOA. FOA to ewolucyjnie konserwatywny proces u samic (ssaków i innych ssaków), w którym szacuje się, że 50-80% oocytów jest eliminowanych w zależności od gatunku żeńskiego16,17,18,19. U myszy FOA występuje w okresie od E15.5 do E18.5 i przypisuje się go reaktywacji i ekspresji sekwencji retrotranspozonu LINE-1 powodujących śmierć oocytów20,21. Druga fala eliminacji oocytów odbywa się poprzez mejotyczny punkt kontrolny, który eliminuje oocyty z defektami mejotycznymi, takimi jak nienaprawione pęknięcia podwójnej nici DNA (DSB)22,23. Kolejna fala eliminacji oocytów następuje podczas rozpadu torbieli, a jej kulminacją jest tworzenie pierwotnych pęcherzyków, z których każdy zawiera pojedynczy oocyt10,11,24,25.
U myszy, pierwotna rezerwa pęcherzyków jest w dużej mierze tworzona przez okres dojrzewania, po czym zmniejsza się, ponieważ pierwotne pęcherzyki są aktywowane do wzrostu podczas regularnych cykli rozrodczych. Rozmiar sali operacyjnej różni się u poszczególnych kobiet i między różnymi szczepami genetycznymi myszy; jednak genetyczna regulacja rozmiaru OR nie jest dobrze poznana26,27,28,29. Badania genetyczne nad regulacją OR są utrudnione przez brak ustandaryzowanych protokołów do badania fal eliminacji oocytów podczas rozwoju prenatalnego i postnatalnego. U myszy opracowano kilka metodologii kwantyfikacji oocytów, z których najczęstszą i najczęściej stosowaną jest histomorfometryczna ocena przekrojów histologicznych30,31. W tej technice oocyty są identyfikowane na seryjnych odcinkach z barwnikami histologicznymi, takimi jak hematoksylina i eozyna (H&E) oraz kwas okresowy Schiffa (PAS) lub markery fluorescencyjne. Technika ta jest niezawodna, jeśli wszystkie warunki pozostają stałe, w tym grubość przekroju, skuteczne odzyskiwanie wszystkich skrawków w jajniku oraz schematy liczenia poszczególnych laboratoriów. Jednak liczby podawane przez różne laboratoria często znacznie się różnią, a zatem nie są łatwe do porównania.
Ponadto, biorąc pod uwagę różnice genetyczne, użycie różnych szczepów myszy może również wpływać na liczbę oocytów. Dodatkowe podejścia obliczeniowe zostały opracowane do oceny histomorfometrycznej i obejmują automatyczne wykrywanie oocytów przy użyciu metody frakcjonowania, automatyczne liczenie przy użyciu algorytmów obliczeniowych oraz rekonstrukcję 3D obrazów histologicznych w celu zapobieżenia wielokrotnemu liczeniu tego samego oocytu31,32,33,34,35,36. Nawet po tych ulepszeniach dodanych do oceny histomorfometrycznej, technika ta jest stosunkowo pracochłonna, szczególnie w przypadku badań na dużą skalę i o wysokiej przepustowości. Zebrane dane mogą nie być odtwarzalne i porównywalne między badaniami ze względu na różnice w schematach liczenia, algorytmach komputerowych i używanym oprogramowaniu.
Ostatnio, przyspieszone przez rozwój nowych metod mikroskopii wielofotonowej i świetlnej o średniej rozdzielczości oraz optycznego oczyszczania tkanek, techniki modelowania i analizy 3D dla nienaruszonych jajników stają się metodą z wyboru do efektywnego określania liczby oocytów oraz badania lokalizacji i dynamiki białek37,38. Te metody 3D są zazwyczaj korzystne w porównaniu z metodami histologicznymi, ponieważ tkanki i narządy są lepiej zachowane i zachowane w stanie nienaruszonym. Co więcej, analiza i modelowanie 3D zapewniają dodatkowy wgląd w funkcje i interakcje w obrębie i między niszami komórkowymi lub podstrukturami w narządzie, które mogą zostać pominięte w analizie 2D.
Analiza 3D całych narządów wymaga optymalizacji protokołów fiksacji, barwienia immunologicznego i optycznego oczyszczania dla poszczególnych narządów, takich jak jajniki, bez zniekształceń i uszkodzeń tkanek. Dodatkowa optymalizacja mocowania próbki do obrazowania jest wymagana w przypadku mikroskopii o wysokiej rozdzielczości i może zależeć od dostępnej platformy obrazowania. Wreszcie, obrazowanie całego nienaruszonego jajnika generuje dużą ilość danych do późniejszych analiz obliczeniowych. W związku z tym istnieje potrzeba opracowania ustandaryzowanych metod 3D liczenia oocytów do badań porównawczych i na różnych etapach rozwoju.
Ten protokół wykorzystuje standardowe metody barwienia immunologicznego i wcześniej zgłoszone protokoły oczyszczania, koncentrując się na prostym, przyjaznym dla użytkownika i wysokowydajnym podejściu38,39,40,41. Protokół jest zoptymalizowany pod kątem analizy dużej liczby jajników prenatalnych i pourodzeniowych do 28 dnia po urodzeniu (P28) oraz różnych rozmiarów jajników z różnych środowisk genetycznych myszy. Etapy barwienia immunologicznego są podobne dla wszystkich etapów; jednak protokoły oczyszczania różnią się dla jajników w okresie dojrzewania ze względu na ich większy rozmiar, ScaleS4(0) i CUBIC odpowiednio dla małych i dużych jajników40,41. Ponadto perfuzja całego ciała jest wykonywana u myszy P28 przed utrwaleniem, aby zapobiec autofluorescencji z komórek krwi. Mikroskop wielofotonowy został zbudowany na platformie Leica DIVE/4Tune jako alternatywa dla mikroskopii arkuszowej światła do pozyskiwania obrazów, a do tego protokołu wybrano oprogramowanie IMARIS 3D Visualization and Analysis z różnymi narzędziami analitycznymi. Ten protokół jest prosty do naśladowania i mniej praktyczny, co pozwala zaoszczędzić czas. Co więcej, kwantyfikacja oocytów jest stosunkowo szybka, w zależności od wielkości jajnika i ułożenia oocytów.