Vliv donoru oxidu uhelnatého CORM-A1 na stárnutí prasečích oocytů

Bc. Kristýna Hejdánková

Master's thesis

Effect of carbon monoxide donor CORM-A1 on the porcine oocyte aging

Anotácia:

Základem úspěchu v oblasti reprodukčních biotechnologií a asistované reprodukce je vysoká kvalita oocytů. Při práci v in vitro prostředí jsou oocyty vystavovány nepřirozeným podmínkám, které na oocyty působí (např. stresové faktory) a snižují tak jejich kvalitu. V současné době není možné přesně napodobit přirozené prostředí in vivo, a proto se věda zabývá výzkumem metod, díky kterým by mohla být kvalita oocytů zachována nebo zpětně obnovena. Mezi nejvýznamnější stresové činitele při manipulaci s oocyty v in vitro podmínkách patří zvýšená produkce reaktivních kyslíkových sloučenin a s ní spojený oxidativní stres. Přidání antioxidantů do kultivačního média by mohlo omezit působení oxidativního stres a zabránit snížení kvality. V somatických buňkách se enzym hemoxygenáza (HO) vyskytuje ve dvou izoformách, HO-1 a HO-2. Hemoxygenáza je zodpovědná za katabolický rozklad hemu na biliverdin a oxid uhelnatý, které jsou známé pro své antioxidační a antiapoptotické vlastnosti. Hlavní úlohou HO-1 je cytoprotekce buněk jako reakce na vystavení stresovým faktorům. HO-2 je zodpovědná za udržení bazální enzymatické aktivity. Naším experimentem jsme potvrdili přítomnost obou izoforem v cytoplazmě stárnoucích prasečích oocytů a také jsme prokázali zvyšující se expresi obou izoforem v průběhu stárnutí. Na základě těchto výsledků předpokládáme, že zvyšující se exprese HO-1 a HO-2 může souviset s postupně se zvyšující snahou chránit buňku před účinky stárnutí oocytů a současnou potřebou produkce CO při ochraně buňky před buněčnou smrtí. Kvalita oocytů může také být pozitivně ovlivněna úpravou signálních drah za použití gasotransmiterů. Jednou z takových látek je oxid uhelnatý, který svými antioxidačními a antiapoptotickými účinky dokáže řídit kvalitu somatických buněk. Z těchto důvodů jsme se v našem experimentu zaměřili na vliv donoru oxidu uhelnatého (CORM-A1) na proces stárnutí prasečích oocytů. Během in vitro stárnutí jsme posuzovali morfologické změny oocytů a míru aktivace kaspázy-3 jako markeru zahájení apoptózy. Zjistili jsme, že při kultivaci stárnoucích oocytů v kultivačním médiu obsahujícím CORM-A1 dochází ke snížení počtu apoptotických oocytů a k současnému zvýšení počtu intaktních oocytů. Také jsme prokázali schopnost CORM-A1 snižovat míru aktivace kaspázy-3. Z výsledků tohoto experimentu usuzujeme, že použitím CORM-A1 jako přídavku do kultivačního média stárnoucích oocytů mohou být následky stárnutí oocytů zmírněny a být tak zvýšena jejich kvalita a potažmo životaschopnost.

Abstract:

The key to success in the reproduction biotechnology and assisted reproductive technology field is having high-quality oocytes. During the manipulation in the in vitro environment oocytes face unnatural conditions, which act as stress factors and decrease the oocytes quality. At this time, it is not possible to precisely simulate the natural in vivo environment, and thus the science focuses on the research of methods that would keep or restore the quality of the oocytes. One of the most significant stressors during the manipulation of the oocytes in in vitro conditions is higher reactive oxygen species production and related oxidative stress. The oxidative stress could be reduced, and the quality of the oocytes could be restored by adding the antioxidants to the culture medium. The heme oxygenase enzyme occurs in somatic cells in two isoforms, HO-1 and HO-2. Heme oxygenase is responsible for the catabolic decomposition of heme into biliverdin and carbon monoxide, which are known for their antioxidant and antiapoptotic features. The main role of HO-1 is protection of the cell as a reaction to stress factor exposure. In our experiment we confirmed that both isoforms are present in the cytoplasm of the porcine aging oocytes and we also proved the increasing HO-1 and HO-2 expression during the aging process. Based on these results we assume that the raising HO-1 and HO-2 expression can reflect the gradually increasing cell protection potential against the aging effects and the increasing need of CO production for the antiapoptotic cell protection. The quality of the oocytes can be positively affected by changing the signal pathways with the use of gasotransmitters. One of such substances is carbon monoxide which can by its antioxidant and antiapoptotic effects control the quality of somatic cells. For these reasons, in our experiment, we focused on the effect of the carbon monoxide donor (CORM-A1) on the aging process of porcine oocytes. During the in vitro aging we evaluated the morphological changes of the oocytes and the level of caspase-3 activation as a marker of the apoptosis initiation. We found that when the porcine aging oocytes are cultivated in the culture medium containing the CORM-A1, it leads to a decrease in the number of apoptotic oocytes and to an increase in the number of intact oocytes. We also proved the ability of CORM-A1 to decrease the capacity of the caspase-3 activation. From the results of this experiment we assume that by using CORM-A1 as a culture medium supplement for the aging oocytes, the after-effects of the oocyte aging can be reduced, and their quality and viability can be increased.

Kľúčové slová

oxid uhelnatý, stárnutí oocytů, hemoxygenáza, CORM-A1, apoptóza

Keywords

apoptosis, carbon monoxide, oocyte aging, heme oxygenase, CORM-A1

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 23. 7. 2020

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: Ing. David Němeček

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / odbor:
Biotechnology / Reproduction Biotechnology