Keywords
مقدمه
عوامل مختلفی در محیط کشت مانند تعادل تغذیهای و هورمونی و همچنین تنشهای متنوع مثل اکسیداتیو، گرما و ... در بلوغ آزمایشگاهی تخمک اثرگذار میباشند (1). کشت تخمک در محیط آزمایشگاهی به دلیل تغییر در شرایط رشد مانند افزایش نور، اکسیژن، غلظت بالای متابولیتها و سوبستراها سبب افزایش تولید رادیکالهای آزاد در طول مدت زمان متابولیسم هوازی تخمک میشوند و در نتیجه تنش اکسیداتیو افزایش مییابد. رادیکالهای آزاد، اتمها یا مولکولهایی هستند که به سبب دارا بودن یک یا چند الکترون جفت نشده، از فعالیت زیادی برخوردارند و به دلیل داشتن تک الکترون، هنگام گردش خون، میتوانند به ماکرومولکولهای حیاتی مانند لیپیدها، پروتئینها،DNA جانداران و کربوهیدراتها متصل شده و آسیب جبران ناپذیری وارد کنند (2).
ROS(Reactive Oxygen Species) شامل هیدروژن پراکساید، یون اکسیژن و هیدروکسیل رادیکال میباشد (3) که افزایش غلظت مولکولهای ROS در محیط کشت سبب تنش اکسیداتیو شده و به غشای سلول و DNA آسیب زده و از طرفی سبب آپوپتوزیس خواهد شد (4). رادیکالهای آزاد سبب از کارافتادن میتوکندریها، آسیب DNA و RNA و پروتئین ها می شود (5). کاهش غلظت مولکولهای ROS در محیط کشت جهت بلوغ تخمک ضروری میباشد (6). سلولهای کومولوس با فعالیت آنتی اکسیدانتی خود به کمک گلوتاتیون پراکسیداز و کاتالاز سبب خنثی شدن آسیبهای ناشی از تنش اکسیداسیون میشوند (7).
یکی از راههای کاهش تنش اکسیداتیو در محیط کشت آزمایشگاهی بلوغ تخمک، استفاده از آنتی اکسیدانتها میباشد. ملاتونین، مهمترین هورمون غده صنوبری، در ابتدا به عنوان هورمون موثر در فیزیولوژی تولید مثل، در حیوانهایی که تولید مثل فصلی داشتند شناسایی شد. اخیرا گزارش شده است که ملاتونین بطور مستقیم رادیکالهای آزاد را از بین میبرد و بطور غیر مستقیم نیز با تحریک آنزیمهای آنتی اکسیدانت، در از بین بردن رادیکالهای پراکسید هیدروژن دو برابر قوی تر از ویتامین E عمل میکند (8). ملاتونین در برخی مواقع ممکن است سبب ترمیم برخی از مولکولهایی که اکسیده شده شود (9). بطور کلی ملاتونین بیوانرژتیک سلول را بهبود بخشیده، مکانیسمهای ترمیم کننده ژنوم میتوکندری را فعال کرده و تولید ATP را افزایش میدهد (10). از طرف دیگر ملاتونین لیپید را در غشا، پروتئین را در سیتوزول وDNA را در هسته از آسیب رادیکالهای آزاد حمایت میکند (11). ملاتونین از طریق افزایش آنزیمهای اصلی آنتی اکسیدانت مانند گلوتاتیون ردوکتاز، گلوکز 6 فسفات دهیدروژناز سبب کاهش رادیکالهای آزاد یا ROS میشود و همچنین مولکولهای مخالف تنش اکسیداتیو را افزایش میدهد. برخی از اثرات ملاتونین از طریق غشا میانجیگری میشود و احتمالا گیرندههای غشایی و هسته ای در تسهیل اثرات آنتی اکسیدانتی ملاتونین درگیر میباشند بطوری که ملاتونین به راحتی از غشاهای بیولوژیک وارد سلول شده و تاثیر میگذارد (12). پیشنهاد شده است که بافتهای حساس مانند تخمدان، بیضه، مغز استخوان و لولههای گوارشی که در معرض تنشهای اکسیداتیو قرار دارند میتوانند به سرعت ملاتونین تولید نمایند (13).
با تفاسیر به عمل آمده میتوان انتظار داشت که ملاتونین هنگام تنش اکسیداتیو، اووسیت را از گامهی بلوغ تا تبدیل شدن آن به رویان قابل انتقال، از تنش اکسیداتیو حفظ نموده و قابلیت رشد و نمو آن را بهبود بخشد. هدف از این مطالعه بررسی اثر غلظتهای مختلف ملاتونین در کاهش تنش اکسیداتیو ناشی از هیدروژن پراکسید بر بلوغ هستهای اووسیتهای نابالغ گوسفند بود.
مواد و روشها
به منظور تهیه اووسیتهای گوسفندی، تخمدانها بلافاصله پس از کشتار از لاشه دام جدا و در درون فلاسک حاوی سرم فیزیولوژی 9/0 درصد نرمال به همراه 100 واحد بینالمللی پنی سیلین و 100 واحد بینالمللی استرپتومایسین در هر میلی لیتر و در دمای 34-30 درجه سانتیگراد در مدت کمتر از یک ساعت به آزمایشگاه منتقل شد. کمپلکسهای کومولوس- اووسیت (Cumulus – Oocyte Complexes) با روش آسپیره کردن از فولیکولهای آنترال با قطر 6-2 میلی متر با استفاده از سوزن 20 گرم که به دستگاه مکش متصل بود انجام شد. سپس COC ها در محیط کشت H-TCM199+10 درصد FBS، 50 میکرو لیتر هپارین، 100 واحد بین المللی در میلیلیتر پنی سیلین و 100 واحد
بین المللی در میلی لیتر استرپتومایسین بود جمع آوری شد. پس از ارزیابی، فقط COC هایی که دارای سیتوپلاسم یکنواخت با سلولهای پوشیده از کومولوس بود انتخاب شد و پس از 4 بار شستشو در محیط بدون هپارین، در قطره های 50 میکرولیتری از محیط کشت بلوغ در گروههای 10-8 تایی قرار داده شد و روی آنها با روغن معدنی پوشانده شد. سپس درون انکوباتوری که دمای آن 5/38 درجه سانتیگراد بوده و دارای 5 درصد گازکربنیک و هوای بسیار مرطوب بود به مدت 27 ساعت بالغ شدند. محیط بلوغ آزمایشگاهیTCM199 +10 درصد FBS، 5 میکرو گرم در میلیلیترFSH ، 01/0 واحد بین المللی در میلی لیتر LH، 100 واحد بین المللی در میلیلیتر پنی سیلین و 100 واحد بین المللی در میلیلیتر استرپتومایسین بود. گروههای آزمایشی نیز به این صورت بود: گروه1: تنش اکسیداتیو (H2O2، 300 میکرومولار) ، گروه2: تنش اکسیداتیو + 1 میکرومولار ملاتونین، گروه3: تنش اکسیداتیو +10 میکرومولار ملاتونین، گروه4: کنترل.
برای ارزیابی مرحله بلوغ هستهای، بعد از بلوغ، اووسیتها با اسید استیک و اتانول به نسبت 1 به 3 بر روی اسلاید فیکس و با اورسئین 1 درصد رنگ آمیزی شد و سپس برای ارزیابی کروموزمهای متافاز میوز-2، از میکروسکوپ اینورت با بزرگ نمایی X 400 استفاده شد. دادههای بدست آمده پس از ارزیابی بلوغ هستهای، با آزمون کای اسکوار و با استفاده از رویه GENMOD در برنامه 1/9SAS مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
نتایج
اثر تنش اکسیداتیو و غلظتهای مختلف ملاتونین بر بلوغ هستهای اووسیتهای نابالغ گوسفند، پس از 27 ساعت کشت در جدول و شکل 1 نشان داده شده است.
در این مطالعه 447 تخمک نابالغ و سالم از تخمدانهای کشتارگاهی گوسفندان جمع آوری گردید و در سه گروه آزمایشی و گروه شاهد ارزیابی شدند. در گروه شاهد از 139 تخمک نابالغ که به مدت 27 ساعت در انکوباتور کشت شد 57/98 درصد از تخمک های نابالغ از سرگیری تقسیم میوز مشاهده شد. در حالیکه در 43/1 درصد تخمکها، پس از کشت هیچگونه علائمی از آغاز میوز رویت نشد که از نظر آماری نسبت به گروههای آزمایشی یک، دو و سه دارای اختلاف معنیداری بود (05/0P<). از بین این میزان 47/6 درصد هسته شکسته شده بود(GVBD) و 19/7 درصد در مرحله بین بلوغ و هسته شکستهها قرار داشت و 9/84 درصد تخمکها تا مرحله متافاز 2 پیشرفته و به مرحله بلوغ رسیده بودند.
GV GVBD
مرحله متافاز2 Intermediate
شکل 1: GV مرحله ایست که پس از طی مدت زمان کشت هیچگونه تغییری درهسته آن دیده نمی شود. مرحله GVBD که در این حالت غشای اطراف هسته شکسته شده است ولی به مرحله بلوغ نهایی نرسیده است. Intermediateمرحله ای است مابین هسته شکسته و بلوغ کامل و مرحله متافاز دو زمانی است که بلوغ اووسیت رخ داده و جسم قطبی در آن قابل مشاهده است.
جدول 1: اثر تنش اکسیداتیو و غلظت های مختلف ملاتونین بر بلوغ هسته ای اووسیت های نابالغ گوسفند، پس از 27 ساعت کشت
|
گروهها |
اووسیت نابالغ |
H2O2 |
ملاتونین (میکرو مولار) |
GV |
GVBD |
Intermediate |
M-II |
|
شاهد |
139 |
0 |
0 |
2(1/0±43/71)a |
9(6/0±47/34)a |
10(7/0±19/33)a |
118(84/0±9/24)a |
|
تیمار1 |
102 |
300 |
0 |
55(53/0±94/2)c |
20(19/0±6/25)b |
12(11/0±76/21)a |
15(14/0±7/28)c |
|
تیمار2 |
97 |
300 |
1 |
6(6/0±2/42)ab |
9(9/0±27/35)a |
40(41/0±24/21)b |
42(43/0±29/2)b |
|
تیمار3 |
109 |
300 |
10 |
7(6/42 0±/39)b |
11(10/0±09/32)ab |
32(29/0±36/21)b |
59(54/0±12/19)b |
a،b،c: اختلاف معنیداری بین تیمارها را در هر ستون در سطح 5 درصد (05/0=α) نشان میدهد. GV: اووسیتهایی که در مرحله کیسهی زاینده هستند. GVBD: اووسیتهایی که در مرحلهی ناپدید شدن کیسهی زاینده هستند. Intermediate: اووسیت هایی که در مرحلهی بین GVBDو M-II ماندهاند و M-II: اووسیتهایی که در مرحلهی متافاز-2 قرار دارند. نتایج به صورت Means±S.E در داخل پرانتز گزارش شده است.
میزان بلوغ در گروه شاهد نسبت به تیمارهای یک، دو و سه از نظر آماری دارای اختلاف معنی داری میباشد (05/0P<).
در گروه آزمایشی اول 102 تخمک نارس سالم کشت شد که پس از گذشت 27 ساعت در 94/53 درصد از تخمک ها هیچ تغییری مشاهده نشد و از سرگیری میوز در 06/46 درصد از تخمکهای نابالغ رویت گردید که 6/19 درصد آنها هسته شکسته بود و 76/11 درصد در مرحله بین هسته شکسته و بالغ (مرحله میانی) متوقف شده بودند همچنین 7/14 درصد به مرحله متافاز 2 رسیده و بالغ شده بودند که از نظر آماری با تیمارهای دو، سه و گروه شاهد دارای اختلاف معنیداری بود (05/0P<) .
در گروه آزمایشی دوم از 97 تخمک نارس سالم کشت شده، پس از گذشت 27 ساعت 2/6 درصد در مرحله نابالغ متوقف شده بودند و از سرگیری میوز در 08/93 درصد از تخمکهای نابالغ رویت گردید که 27/9 درصد آنها هسته شکسته بود و 24/41 درصد در مرحله بین هسته شکسته و بالغ متوقف شده بودند. همچنین 29/43 درصد به مرحله متافاز 2 رسیده و بالغ شده بودند که از نظر آماری با تیمارهای یک و گروه شاهد دارای اختلاف معنیداری بود (05/0P<) و با تیمار سه دارای اختلاف معنیداری نداشت.
در گروه آزمایشی سوم 109 تخمک نارس سالم کشت شد. پس از گذشت 27 ساعت 42/6 درصد در مرحله نابالغ متوقف شده بودند و از سرگیری میوز در 58/93 درصد از تخمکهای نابالغ رویت گردید که 09/10 درصد آنها هسته شکسته بود و 36/29 درصد در مرحله میانی متوقف شده بودند همچنین 12/54 درصد به مرحله متافاز 2 رسیده و بالغ شده که از نظر آماری با تیمارهای یک و گروه شاهد دارای اختلاف معنیداری بود (05/0P<) و با تیمار دو دارای اختلاف معنیداری نداشت.
تنش اکسیداتیو پس از 27 ساعت کشت، بلوغ هستهای اووسیتهای گوسفند را بطور معنی داری (05/0P<) نسبت به گروه کنترل کاهش داد (7/14در مقابل 9/84). غلظت ملاتونین در سطوح 1 و 10 میکرومولار توانست هنگام تنش اکسیداتیو بلوغ میوزی اووسیتهای گوسفندی را بطور معنیداری بهبود بخشد (به ترتیب 7/14در مقابل 29/43 و 12/54) و میزان اووسیتهایی را که به مرحله متافاز-2 میرسند را افزایش دهد (05/0P<). اما با افزایش غلظت ملاتونین از 1 به 10 میکرو مولار میزان بلوغ اووسیت تغییر نیافت. علیرغم پیشرفتهای زیاد در تکنولوژی تولید مثلی، کاهش کیفیت اووسیت به عنوان یک مشکل در ناباروری حیوانات ماده باقی مانده است.
بحث
ROS بویژهH2O2 ، در طول فرایند تخمکریزی در داخل فولیکول تولید میشود. استفاده از پراکسید هیدروژن به میزان 100 میکرو مولار، موجب مرگ سلولی اووسیتهای همستر و تخمک موش در محیط کشت in vitro شد )14 و 15.( غلظت داخل فولیکولی ملاتونین در فولیکولهای بالغ نسبت به فولیکولهای کوچک آترزیی شده بیشتر است که در فولیکولهای پیش از تخمکریزی تقریبا 3 برابر بیشتر از سطح سرمی آن است. ملاتونین به عنوان یک آنتی اکسیدانت نقش اساسی در حمایت از اووسیت در مقابل ROS دارد. ملاتونین آسیب DNA و پروتئین میتوکندریها را کاهش میدهد و فعالیت زنجیره انتقال الکترون را بهبود میبخشد. ملاتونین ممکن است بطور مستقیم از آسیب به میتوکندری در اووسیت جلوگیری کند که منجر به بهبود کیفیت اووسیت میشود (16). نتایج این مطالعه اثرات مضر H2O2 را روی بلوغ اووسیت گوسفند تایید کرد و ملاتونین اثرات مضرH2O2 را خنثی میکند که با یافتههای تامورا و همکارانش (16) مطابقت داشت.
تخمک بالغ پستانداران در مرحله متافاز IIآزاد میشود و تا زمان ورود اسپرم به داخل تخمک تحرکات لازم برای رهایی از این توقف و آزادسازی جسم قطبی به عنوان ادامه میوز صورت میپذیرد. در این مطالعه مشخص شد که ملاتونین با غلظت1 و 10 میکرومولار بلوغ آزمایشگاهی و از سرگیری میوز را در تخمکهای نارس گوسفند افزایش میدهد؛ به این ترتیب که میزان بلوغ آزمایشگاهی در گروه های آزمایشی دو و سه نسبت به گروه یک که فاقد این ماده هستند، افزایش قابل توجهی را نشان داد.
ملاتونین نقش مهمی را در حفاظت سلول از آسیب اکسیداتیو دارد که بواسطه افزایش آنزیمهای مانند گلوتاتیون ردوکتاز، گلوکز 6 فسفات دهیدروژناز میزان رادیکالهای آزاد یا ROS را کاهش میدهد.
احتمالا ملاتونین از عوامل کلیدی موثر در کاهش پراکسیدهای داخل سلولی است. در این مطالعه نیز مشخص شد که اضافه کردن ملاتونین به عنوان یک آنتی اکسیدانت به محیط کشت بلوغ تخمکهای نارس گوسفند، بلوغ آزمایشگاهی و از سرگیری میوز افزایش یافت و با افزایش غلظت ملاتونین در محیط کشت اثرات منفی تنش اکسیداتیو کاهش یافت.
ملاتونین بر فعالیت آنزیمهای آنتی اکسیدانت وآنزیمهای سطوح سلولی تاثیر میگذارد از طرفی ممکن است ملاتونین با تاثیر مستقیم از وارد شدن آسیب به میتوکندری تخمکها ممانعت نماید و سبب افزایش کیفیت تخمک گردد (17) که از اثرات ضد آپوپتوزی ملاتونین بر انواع سلولهای مختلف ناشی میشود (18 و 19).
برخی مطالعات نشان دادهاند که ملاتونین نرخ زنده مانی جنین و میزان باروری آزمایشگاهی را افزایش دهد (20). ملاتونین، فعالیت تخمدان و فولیکول سازی را توسعه میدهد (21) متابولیتهای ملاتونین، رادیکالهای آزاد را حذف میکنند و در افزایش تولید برخی از آنزیم آنتی اکسیدانتی نقش فراوانی ایفا مینماید (22).
نتایج این مطالعه نشان داد که تیمار محیط کشت با ملاتونین میزان بلوغ را در مقایسه با گروه شاهد افزایش میدهد که با نتایج وازکوز و همکاران (22) تاثیر مثبت ملاتونین بر بلوغ تخمکهای گوسفند را گزارش نمودند مطابقت مینماید.
نتیجه گیری
بطور کلی این پژوهش نشان داد که تنش اکسیداتیو سبب اثرات سمی در بلوغ آزمایشگاهی اووسیت شده و جنبه ممانعت کنندگی در بلوغ اووسیت دارد. از طرفی ملاتونین بلوغ آزمایشگاهی اووسیتهای نابالغ گوسفند را هنگام تنش اکسیداتیو بهبود میبخشد. بهبود بلوغ آزمایشگاهی اووسیتهای گوسفند هنگام تنش اکسیداتیو در این پژوهش را شاید بتوان به اثرات مفید و چندگانه ملاتونین ارتباط داد.
| Article View | 7,263 |
| PDF Download | 2,100 |