Development of ovarian germline stem cells in Nile tilapia (Oreochromis niloticus) reared under different temperature regimes

Keimzellen entwickeln sich aus den sogenannten Urkeimzellen, die auch als primordiale Keimzellen (PGC) bezeichnet werden. PGC entwickeln sich während der Embryonalentwicklung und wandern dann in die Gonadenanlagen, wo sie sich vermehren und bei getrenntgeschlechtlichen Arten in Spermien in Männchen und Oozyten bei Weibchen differenzieren. Während der Geschlechtsdifferenzierung sind die Gonaden anfällig für den Einfluss externer Faktoren, wie z. B. der Wassertemperatur. Eine Erhöhung der Wassertemperatur von 28°C auf 36°C während der kritischen Phase der Geschlechtsdifferenzierung, vom 10. bis zum 20. Tag nach der Befruchtung kann zu einer Vermännlichung genetisch-weiblicher Tilapien führen. In der ersten Studie führte eine entsprechende Temperaturbehandlung bei genetisch weiblichen Tilapien zu einem Anteil funktioneller Männchen von 37%. Makromorphologisch konnten die Gonaden 90 Tage alter Weibchen aus Kontroll- und Behandlungsgruppen als unreife Ovarien klassifiziert werden. Erste Reifungsprozesse bis hin zur Oogenese begannen 120 Tage nach der Befruchtung. Die Oogenese konnte mikro-morphologisch weiterhin in folgende Stadien eingeteilt werden: Chromatin Nukleolus, Peri-Nukleolus, kortikale Alveolus, Vitellogenese und reife Eizelle. Oozyten in den Phasen des Chromatin Nukleolus und des Peri-Nukleolus, welche auch die primäre Wachstumsphase darstellen, wurden bei weiblichen Fischen aller Altersgruppen festgestellt. Während weiter fortgeschrittenen Oozytenstadien erst ab einem Alter von 120 Tagen festgestellt werden konnten. Oozyten in der Phase des kortikalen Alveolus wurden demnach frühestens am 120. Lebenstag gefunden. In der Vitellogenese befindliche Oozyten traten erst nach 150 Tagen auf. Reife Eizellen wurden ab einem Alter von 180 dpf festgestellt. Es konnten keine signifikanten Unterschiede in der Eizellentwicklungsstadien zwischen Kontroll- und Behandlungstieren festgestellt werden. Das Ziel der zweiten Studie war die Identifikation von Keimbahn-Stammzellen bei Tilapien, die während der Geschlechtsdifferenzierung verschiedenen Aufzuchttemperaturen ausgesetzt waren. Die Identifizierung der Keimbahn-Stammzellen erfolgte anhand von Immunohistochemie mittels Vasa und PCNA (Proliferierendes Cell Nuclear Antigen) Antikörperfärbung. Es wurden zunächst histologische Schnitte von in Paraffin eingebettetem Ovargewebe hergestellt. Keimbahn-Stammzellen wurden im Keimepithel der Ovarien identifiziert, wobei diese in einzelner, isolierter oder in Clusterform vorlagen. Keimbahn-Stammzellen wurden sowohl bei weiblichen Tieren aus Kontroll- als auch Behandlungsgruppen identifiziert. Zusammenfassend, konnten erstmalig Keimbahn-Stammzellen und ihre Lage in den Gonaden genetisch weiblicher Tilapien, aus Kontroll- und Behandlungsgruppen, mittels Vasa und PCNA Antikörperfärbung charakterisiert werden.

Germ cells originate from progenitor cells, denominated as primordial germ cells (PGC). PGC are of extragonadal origin and migrate toward the gonad primordia where they proliferate and, in gonochoristic species, differentiate into sperm cells in males and oocytes in females. At the time of sex differentiation gonads are prone to the influence of external factors, such as the water temperature. Elevation of temperature from 28oC to 36oC during the critical time of gonadal differentiation i.e. 10 days post fertilization until 20 days post fertilization (dpf) is known to bring about masculinization in genetically female Nile tilapia. The first study aimed at the characterization of the micro-morphology of temperature-treated but no masculinized genetic females. A temperature treatment leads to masculinization in 37% of genetic females. Macro-morphologically at 90 dpf in both, the treatment and the control group immature ovaries were found. Maturation commenced at 120 dpf. Micro-morphologically five oocyte stages were found; chromatin nucleolus phase, peri-nucleolus phase, cortical alveolus stage, vitellogenic stage and mature oocyte stage. Chromatin nucleolus phase and the peri-nucleolus phase, being the primary growth phases, were represented at all age groups, whereas the advanced stages surfaced later. The cortical alveolus stage developed at 120 dpf; the vitellogenic stage at 150 dpf; mature stage at 180 dpf. There were slight individual differences in oocyte development. The second study was conducted to identify and monitor the germline stem cells of Nile tilapia raised under different temperature regimes. They were identified with the aid of vasa and PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen). Samples were sectioned after paraffin-embedding and Polly-freeze-tissue-freezing-medium-embedding. For producing sample sections the paraffin-embedding method was preferable. Ovarian germline stem cells of Nile tilapia were identified located at the germinal epithelium of ovigerous lamellae. Ovarian germline stem cells are occurring either singly or in clutches, and were found in both females that had not been masculinized by temperature treatment and untreated control females. The identification of ovarian germline stem cells was easy at a young age but, due to development of ovigerous lamella, it was tedious in mature ovaries. In summary, this study revealed the existence of germline stem cells and their location in non-masculinized temperature-treated females and control females using immunostaining with vasa and PCNA.