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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
A manutenção da integridade do genoma do ovócito é necessária para garantir a fidelidade genética no embrião resultante. Aqui, apresentamos um protocolo preciso para detectar quebras de fita dupla de DNA em células germinativas femininas de mamíferos.
Os ovócitos estão entre as maiores e mais longevas células do corpo feminino. Eles são formados nos ovários durante o desenvolvimento embrionário e permanecem presos na prófase da meiose I. O estado quiescente pode durar anos até que os ovócitos recebam um estímulo para crescer e obter a competência para retomar a meiose. Esse estado prolongado de prisão os torna extremamente suscetíveis ao acúmulo de insultos prejudiciais ao DNA, que afetam a integridade genética dos gametas femininos e, portanto, a integridade genética do futuro embrião.
Consequentemente, o desenvolvimento de um método preciso para detectar danos ao DNA, que é o primeiro passo para o estabelecimento de mecanismos de resposta a danos no DNA, é de vital importância. Este trabalho descreve um protocolo comum para testar a presença e o progresso de danos ao DNA em ovócitos presos à prófase durante um período de 20 h. Especificamente, dissecamos ovários de camundongos, recuperamos os complexos cumulus-oócitos (COCs), removemos as células cumulus dos COCs e cultivamos os ovócitos em meio Μ2 contendo 3-isobutil-1-metilxantina para manter o estado de parada. Posteriormente, os ovócitos são tratados com a droga citotóxica antineoplásmica, etoposide, para gerar quebras de dupla fita (DSBs).
Usando imunofluorescência e microscopia confocal, detectamos e quantificamos os níveis da proteína central γH2AX, que é a forma fosforilada da histona H2AX. O H2AX torna-se fosforilado nos locais dos DSBs após danos ao DNA. A incapacidade de restaurar a integridade do DNA após danos ao DNA em ovócitos pode levar à infertilidade, defeitos congênitos e aumento das taxas de abortos espontâneos. Portanto, a compreensão dos mecanismos de resposta a danos no DNA e, ao mesmo tempo, o estabelecimento de um método intacto para o estudo desses mecanismos são essenciais para a pesquisa em biologia reprodutiva.
O processo de meiose em células germinativas femininas de mamíferos é iniciado nos ovários antes do nascimento. O número total de ovócitos é estabelecido nos ovários principalmente durante a embriogênese. Os ovócitos entram na meiose e permanecem presos na prófase I1. Após o início da puberdade e a produção e ação endócrina do hormônio folículo estimulante (FSH) e do hormônio luteinizante (LH), os ovócitos podem reiniciar e completar a meiose2. Em humanos, a prisão profásica pode durar até 50 anos3. As divisões celulares após a entrada na meiose I são assimétricas, resultando na produção de um pequeno corpo polar e um ovócito que mantém seu tamanho. Assim, a maioria dos componentes citoplasmáticos é armazenada no ooplasma durante o início da embriogênese4. Em seguida, os ovócitos entram na meiose II, sem reformar seu núcleo ou descondensar seus cromossomos, e permanecem presos na metáfase II até a fecundação5.
Uma característica única que distingue os ovócitos das células somáticas é o estado de parada na prófase I, quando o ovócito possui um núcleo intacto (parada da vesícula germinativa [VG]), referido como estágio6 do VG. Com base na organização da cromatina, os ovócitos em estádio GV são classificados em duas categorias: nucléolo não circundado (NSN) e nucléolo circundado (SN)7,8. Nos ovócitos em estágio de GNN VG, a cromatina se espalha por toda a região nuclear, e a transcrição é ativa, enquanto nos ovócitos SN a cromatina forma um anel compacto que envolve o nucléolo, e a transcrição é silenciosa9. Ambos os tipos de ovócitos em estádio GV apresentam competência meiótica; entram na meiose na mesma proporção, mas os oócitos NSN apresentam baixa capacidade de desenvolvimento e não podem se desenvolver além do embrião em estágio bicelular10.
O estado prolongado de parada da prófase I aumenta a incidência de acúmulo de danos ao DNA11. Portanto, mecanismos de resposta a danos no DNA em ovócitos são essenciais para permitir a produção de gametas com integridade genética e para garantir que o embrião resultante tenha um conteúdo cromossômico fisiológico.
Um aspecto central da resposta a danos no DNA é o reparo do DNA. As principais vias para o reparo do DSB em células eucarióticas incluem a junção final não homóloga (NHEJ), a recombinação homóloga (HR) e o NHEJ alternativo12,13,14,15. O NHEJ é um mecanismo mais rápido, porém mais propenso a erros, enquanto a FC requer mais tempo para ser completada, mas tem alta fidelidade16.
Não há conhecimento suficiente sobre os mecanismos que os ovócitos utilizam para reparar danos no DNA. Estudos têm demonstrado que o dano ao DNA induzido em ovócitos de mamíferos completamente crescidos pelo uso de agentes genotóxicos, como etoposídeo, doxorrubicina, UVB ou radiação ionizante, não afeta o tempo e as taxas de saída da parada da prófase I17. Os ovócitos podem sofrer degradação do GV (GVBD) mesmo na presença de níveis elevados de dano. Esse dano pode ser determinado pela observação do γH2AX. Essa forma fosforilada de H2AX (γΗ2ΑΧ) é um marcador DSB, que está localizado no local das quebras e funciona como um arcabouço para ajudar fatores de reparo e proteínas a se acumularem nas extremidades quebradas18.
A ausência de parada do ciclo celular após danos ao DNA é devida a um ponto de verificação de danos ao DNA insuficiente que permite que ovócitos com DNA não reparado entrem novamente na meiose. Após altos níveis de danos ao DNA, um ponto de verificação pode manter a parada de prófase através da ativação de uma via ATM / Chk1-dependente. A resposta limitada dos pontos de verificação aos DSBs deve-se à ativação limitada do ATM17,19. Na fase M da meiose I, a pesquisa mostrou que o dano ao DNA pode ativar um ponto de verificação induzido pela meiose I induzido pelo ponto de verificação da montagem do fuso (SAC), que impede a ativação do complexo/ciclossomo promotor da anáfase da ubiquitina ligase E3 (APC/C) e, portanto, a saída da fase M. Além disso, a ablação das proteínas SAC supera o estado de parada em fase M, reforçando a importância do SAC no estabelecimento do chekpoint20 da meiose I.
Como pesquisas anteriores mostram claramente, os DSBs não podem induzir um ponto de verificação profásico robusto em ovócitos de camundongos. Se esse dano não for reparado, pode levar a embriões portadores de anormalidades cromossômicas. Portanto, é importante estudar a resposta a danos no DNA em diferentes estágios da gametogênese feminina para entender melhor as vias únicas que os ovócitos usam para lidar com potenciais insultos genéticos.
Todos os experimentos com camundongos foram aprovados pelas autoridades locais (Região de Ioannina, Grécia) e conduzidos de acordo com as Diretivas 2010/63/UE do Conselho das Comunidades Europeias. Experimentos foram conduzidos com respeito aos princípios dos 3Rs. Todos os camundongos CD-1 utilizados para os experimentos foram mantidos no biotério da Universidade de Ioannina, Grécia, em uma sala com temperatura (22 °C) e umidade (60%) controladas e alimentados ad libitum. O biotério tem licença para operar instalação de criação (EL33-BIObr01), fornecimento (EL33-BIOsup01) e experimentos (EL33BIO-exp01).
1. Preparação dos reagentes
2. Coleta de oócitos GV de ovários dissecados e indução de DSBs
NOTA: Todas as ferramentas e soluções devem ser estéreis. O manuseio de ovócitos é realizado usando uma pipeta bucal sob um microscópio estéreo (veja a Tabela de Materiais), e todas as gotas são cobertas com óleo mineral (veja a Tabela de Materiais e a Figura 1E).

Figura 1: Processo de isolamento de ovócitos . (A) Remoção de tecido adiposo periovariano e sobras de segmentos das tubas uterinas dos ovários em meio M2 com IBMX. Fotografia obtida através das oculares do estereomicroscópio. Barra de escala = 1 mm. (B) Ovários isolados em meio M2 com IBMX. Imagem obtida através das oculares do estereomicroscópio. Barra de escala = 1 mm. (C) Perfuração mecânica dos ovários com agulha 27G em meio M2 com IBMX. Imagem obtida através das oculares do estereomicroscópio. Barra de escala = 1 mm. (D) COCs liberados dos ovários após perfuração em meio M2 com IBMX. Imagem obtida através das oculares do estereomicroscópio. Barra de escala = 100 μm. (E) Coleta de ovócitos utilizando pipeta bucal. (F) Oócitos desnudados, após a remoção das células do cumulus circunjacentes, em meio M2 com IBMX. Imagem obtida através das oculares do estereomicroscópio. Barra de escala = 100 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
3. Fixação oocitária e imunofluorescência
NOTA: O manuseio de ovócitos é realizado usando uma pipeta bucal sob um microscópio estéreo, e todas as gotas são cobertas com óleo mineral.
4. Microscopia confocal
NOTA: A microscopia confocal deve ser realizada imediatamente para evitar a redução da intensidade da fluorescência após a colocação dos ovócitos em placas com fundo de vidro. É necessário acesso a um microscópio confocal (veja a Tabela de Materiais) com estágio motorizado.

Figura 2: Microscopia confocal. (A) Oócitos fixados após a realização do protocolo de imunofluorescência e coloração de DNA, que são colocados em gotas separadas de tampão de lavagem, cobertos com óleo mineral, colocados em uma placa com fundo de vidro e preparados para imagens de microscopia confocal. Cada gota contém uma categoria experimental diferente. Imagem obtida através das oculares do estereomicroscópio. Barra de escala = 1 mm/100 μm para a porção ampliada. (B) Placa com fundo de vidro colocada no estágio do microscópio confocal. (C) Imagem de campo claro dos ovócitos obtida por microscopia confocal. Barra de escala = 100 μm. (D) O sistema de microscopia confocal. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
5. Análise por imagem
Usando o procedimento aqui demonstrado, ovários de camundongos foram dissecados, a gordura foi removida e ovócitos em estágio de VG totalmente crescidos foram coletados. Em seguida, as células do cumulus foram removidas por pipetagem repetitiva com pipeta estreita e colocadas em gotas frescas de meio M2-IBMX e cobertas com óleo mineral em bloco quente (37 °C) (Figura 1A-F). Três diferentes concentrações de etoposídeo foram preparadas (5 μg/mL, 20 μg/mL e 50 μg/mL) usando uma concentração de etoposídeo estoque de 20 mg/mL. Os ovócitos em estádio GV foram colocados em três concentrações distintas de etoposídeo por 1 h em gotas cobertas com óleo mineral e protegidas da luz a 37 °C. O protocolo de imunofluorescência foi então seguido, conforme descrito detalhadamente na seção do protocolo, e os ovócitos foram colocados em placas com fundo de vidro e observados por microscopia confocal (Figura 2).
Nos ovócitos SN GV, imediatamente após a lesão do DNA, a presença de γH2AX aumentou em todas as concentrações de etoposídeo (5 μg/mL, 20 μg/mL e 50 μg/mL), e o γH2AX distribuiu-se por toda a região do DNA (Figura 3). A quantificação e estimativa do DSB foram realizadas observando-se a intensidade de fluorescência do γH2AX nos sítios do DNA. A fluorescência γH2AX intensificou-se proporcionalmente com o aumento das concentrações de etoposídeo. Além disso, após parada prolongada da prófase (20 h após o tratamento com etoposídeo), os ovócitos em estádio GV mostraram a capacidade de reduzir o número e a intensidade dos focos γH2AX, implicando a presença de processos ativos de reparo nos ovócitos em estádio GV (Figura 3E).
Ao contrário dos ovócitos SN, em que a fluorescência γH2AX foi distribuída através do DNA, nos ovócitos NSN, γH2AX foi mostrado em focos imediatamente após o tratamento com etoposídeo a 20 μg/mL. Estimamos o número de focos que coincidiam com a área do DNA, calculamos a fluorescência de cada foco e apresentamos a fluorescência média de todos os ovócitos. Tanto a fluorescência quanto o número de focos apresentaram diferenças estatisticamente significantes entre as duas categorias de ovócitos (Figura 4).
A microscopia confocal fornece informações sobre o número e a intensidade dos focos em diferentes pilhas Z, ajudando assim a identificar a presença de danos no DNA e a dinâmica do reparo em momentos distintos. A digitalização Galvano fornece digitalização de precisão com baixo fundo e melhor análise das imagens de digitalização.

Figura 3: Redução de γH2AX em ovócitos SN estádio GV tratados com três diferentes concentrações de etoposídeo após parada prolongada de VG. (A) fluorescência γH2AX em ovócitos SN estádio GV 0 h após tratamento com etoposídeo. O γH2AX aumenta imediatamente após a exposição em todas as concentrações de etoposídeo, e o aumento é dependente da concentração (verde: γΗ2ΑΧ, magenta: DNA). As imagens são projeções Z-stack, e o brilho/contraste foram ajustados para cada canal usando Fiji / ImageJ. Barra de escala = 10 μm. (B) Gráfico da fluorescência γH2AX em oócitos SN estádio GV 0 h após o tratamento com concentrações distintas de etoposídeo. Os dados representam a média ± EPM. Cada ponto representa um ovócito (o número de ovócitos é mostrado no gráfico), (ns = não significativo, ** p < 0,005, **** p < 0,0001, ANOVA unidirecional com teste de comparações múltiplas de Tukey). (C) fluorescência γH2AX em ovócitos SN estádio GV 20 h após tratamento com etoposídeo. γH2AX reduz 20 h após a exposição em todas as concentrações de etoposídeo (verde: γΗ2ΑΧ, magenta: DNA). As imagens são projeções Z-stack, e o brilho/contraste foram ajustados para cada canal usando Fiji/ImageJ. Barra de escala = 10 μm. (D) Gráfico da fluorescência γH2AX em ovócitos SN estágio GV 20 h após o tratamento com concentrações distintas de etoposídeo. Os dados representam a média ± EPM. Cada ponto representa um ovócito (o número de ovócitos é mostrado no gráfico), (ns = não significativo, * p < 0,05, ** p < 0,005, *** p < 0,0005, **** p < 0,0001, ANOVA unidirecional com teste de comparações múltiplas de Tukey). (E) Gráfico de barras da redução da fluorescência γH2AX em ovócitos SN estádio GV após parada profásica em ovócitos tratados com etoposídeo. O número acima de cada coluna indica o declínio percentual na fluorescência γH2AX. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Fosforilação de Η2ΑΧ em ovócitos estádio NSN GV após tratamento com etoposídeo a 20 μg/mL. (A) Imagens confocais representativas de um ovócito de estágio de GN controle NSN GV (verde: γΗ2ΑΧ, magenta: DNA). As imagens são projeções Z-stack, e o brilho/contraste foram ajustados para cada canal usando Fiji/ImageJ. Barra de escala = 10 μm. (B) Imagens confocais representativas de um ovócito em estágio de GN tratado com etoposídeo (verde: γΗ2ΑΧ, magenta: DNA). Os ovócitos foram fixados 0 h após o tratamento com etoposídeo. As imagens são projeções Z-stack, e o brilho/contraste foi ajustado para cada canal usando Fiji/ImageJ. Barra de escala = 10 μm. (C) A fluorescência γΗ2ΑΧ normalizada em ovócitos estádio NSN GV após tratamento com 20 μg/mL de etoposídeo. Os dados representam a média ± EPM. Cada ponto representa um ovócito (o número de ovócitos é mostrado no gráfico), retirado de dois experimentos independentes (**** p < 0,0001, teste t não paramétrico não pareado, teste U de Mann-Whitney). (D) Número de focos γΗ2ΑΧ em oócitos estádio NSN GV após tratamento com 20 μg/mL de etoposídeo. Os dados representam a média ± EPM. Cada ponto representa um ovócito (o número de ovócitos é mostrado no gráfico), retirado de dois experimentos independentes (**** p < 0,0001, teste t não paramétrico não pareado, teste U de Mann-Whitney). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Os autores não têm conflitos de interesse.
A manutenção da integridade do genoma do ovócito é necessária para garantir a fidelidade genética no embrião resultante. Aqui, apresentamos um protocolo preciso para detectar quebras de fita dupla de DNA em células germinativas femininas de mamíferos.
Agradecemos o apoio a este trabalho a partir do projeto "Estabelecimento de infraestruturas de 'capacitação' em Investigação Biomédica (BIOMED-20)" (MIS 5047236), que é implementado no âmbito da Ação "Reforço das Infraestruturas de Investigação e Inovação", financiado pelo Programa Operacional "Competitividade, Empreendedorismo e Inovação" (QREN 2014-2020), e cofinanciado pela Grécia e pela União Europeia (Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional).
| Pipetas Pasteur de 3 mL em LDPE, graduadas | seringas APTACA | 1502 | |
| 10 cc | SoftCare | 114.104.21 | |
| Alexa Fluor 488-conjugado cabra anti-coelho Secundário Ab | Biotium | 20012 | |
| Anti-fosfo-H2A.X (Ser139) | Merck Millipore | 07-164 | |
| ARE Agitador Magnético de Aquecimento | VELP Scientifica | F20500162 | |
| BD FALCON 5 mL Tubos de Fundo Redondo de Poliestireno | BD Biosciences 352054 | ||
| BD Microlance 3 Agulhas 27 G - 0,40 x 13 mm | Becton Dickinson | 300635 | |
| Soro Bovino Albumina Fração V | Roche | 10735078001 | |
| DMSO Biotium Anidro | 90082 | ||
| DRAQ7 Corante de DNA | BioStatus | DR71000 | |
| EGTA | Sigma-Aldrich | E4378-25G | |
| EMSURE MgCl2. 6H2O | Merck Millipore | 1058330250 | |
| Etoposídeo | CHEMIPHARM | L01CB01 | |
| FALCON 14 mL Tubos de Poliestireno de Fundo Redondo | Corning Science | 532057 | |
| FALCON Placas de Cultura de Tecidos, Fácil Aderência, 35 x 10 mm Estilo | Corning Science | 353001 | |
| Placas de Cultura com Fundo de Vidro (placa de Petri de 35 mm / Microwell de 14 mm, lamínula nº 0) | MatTek Corporation | P35G-0-14-C | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H6147-25G | |
| HERACELL 150i Incubadora de CO2 | ThermoFisher Scientific | 50116048 | |
| pó IBMX | Sigma-Aldrich | I5879-100MG | |
| Leica M125 Microscópio Estéreo | Leica Microsystems | ||
| M16 Médio | Sigma-Aldrich | M7292 | |
| M2 Médio | Sigma-Aldrich | M7167 | |
| Óleo Mineral | Sigma-Aldrich | M5310 | |
| NaN3 | Honeywell | 13412H | |
| NaOH | Merck Millipore | 1064981000 | |
| Nikon AX ECLIPSE Ti2 Microscópio Confocal | Nikon Microscópio | Estéreo SMZ800N Nikon||
| Corporation | |||
| Paraformaldeído | Sigma-Aldrich | 158127 | |
| Pasteur pipetas, vidro, forma longa 230 mm | DURAN WHEATON KIMBLE | ||
| medidor de pH/ORP | Hanna Instruments Ltd | HI2211 | |
| Comprimidos salinos tamponados com fosfato | Sigma-Aldrich | P4417-100TAB | |
| PIPES | Sigma-Aldrich | P1851 | |
| PMSG Proteína liofilizada | Genway Biotech (agora AVIVA Systems Biology) | GWB-2AE30A (agora OPPA01037) | |
| QBD4 Aquecedor de bloco seco | Grant Instruments (Cambridge) Ltd | A25218 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | |
| Whatman Puradisc 25 mm 0.2 μ Filtros | M GE Healthcare | 6780-2502 |