Transplante de espermatogônias tronco em peixes teleósteos, utilizando como modelo experimental a carpa comum (Cyprinus carpio)

Abstract

Nos vertebrados, a espermatogênese é um processo de desenvolvimento celular altamente conservado e organizado, no qual uma pequena população de espermatogônias tronco produz continuamente milhões de espermatozóides, os quais são os responsáveis pela propagação do genótipo dos machos. Este processo é sustentado pelas espermatogônias tronco através da sua capacidade de auto-renovação e diferenciação. Vários aspectos relacionados com a regulação da atividade e fisiologia das espermatogônias tronco são ainda desconhecidos nos peixes teleósteos. Portanto, a técnica de transplante de células germinativas torna-se uma poderosa abordagem para melhorar o conhecimento da biologia das espermatogônias tronco e da espermatogênese. Resumidamente, a técnica envolve a transferência de células germinativas isoladas de um doador fértil para os testículos de um receptor estéril, e as células transplantadas são capazes de restaurar a gametogênese do receptor. Neste contexto, realizamos uma caracterização morfológica e estereológica dos diferentes tipos de células encontradas na espermatogênese da carpa comum (Cyprinus carpio). Também caracterizamos fenotipicamente as potenciais espermatogônias tronco. Portanto, descrevemos cinco tipos espermatogôniais na carpa comum: espermatogônias indiferenciadas do tipo A (Aund* - Aund), espermatogônias diferenciadas do tipo A (Adiff) e espermatogônias do tipo B (inicial e final). Nesta espécie, o processo espermatogênico durou aproximadamente uma semana. Nossos resultados demonstraram que a população espermatogonial expressa as proteínas c-Kit, Gfrα-1 e POU2. Neste estudo, também foi padronizada a técnica de transplante de espermatogônias na carpa comum. Assim, células germinativas isoladas de kinguios sexualmente maduros foram transplantadas através da papila urogenital de carpas macho quimicamente esterilizadas. As células germinativas derivadas dos doadores foram capazes de colonizar e se desenvolver nos testículos dos receptores. Em geral, nossos resultados reforçam a compreensão da biologia das células germinativas, em especial das potenciais células tronco. Além disso, o transplante, padronizado aqui, é uma abordagem com implicações significativas para a conservação e manejo das espécies valiosas e/ou ameaçadas de extinção.

In vertebrates, spermatogenesis is a highly conserved and organized developmental process, in which a small population of spermatogonial stem cells (SSC) continuosly produce millions of spermatozoa, which are responsible for spreading the male genotype. Likewise other stem cells, SSC are capable of either self-renew or differentiate. Several aspects related to the regulation of SSC activity and physiology are still unknown in teleost fish. Thus, the germ cell transplantation technique becomes a powerful approach to improve the knowledge of SSC biology and spermatogenesis. Briefly, the technique involves the transfer of germ cells isolated from a fertile donor into the testes of a sterile recipient, and transplanted donor germ cells are able to restore the recipient gametogenesis. Taking advantage of this background, we performed morphological and stereological characterization of the different cell types found in the common carp (Cyprinus carpio) spermatogenesis. We also characterized the putative SSC candidates by morphology. Therefore, we described five spermatogonial types in common carp: type A undifferentiated spermatogonia (Aund* - Aund), type A differentiated spermatogonia (Adiff) and type B spermatogonia (early and late). In this species, the spermatogenic process lasted approximately one week. Our findings demonstrated that the spermatogonial population expressed the c-Kit, Gfrα1 and POU2 proteins. Donor germ cells isolated from goldfish were transplanted non-surgically through urogenital papilla into the sexually mature cytoablated common carp recipients. Donor transplanted germ cells were able to colonize and develop in recipients’ testes. Overall, our results strengthens the knowledge of germ cell biology, focusing on stem cells. Finally, transplantation, standardized here, is an approach with significant implications for the conservation and management of endangered and valuable fish species.