Caractérisation moléculaire du rôle de Lhx2 dans le développement de l'oeil et du cerveau

Le développement du système nerveux central (SNC) chez les vertébrés est un processus d'une extrême complexité qui nécessite une orchestration moléculaire très précise. Certains gènes exprimés très tôt lors du développement embryonnaire sont d'une importance capitale pour la formation du SNC. Parmi ces gènes, on retrouve le facteur de transcription à Lim homéodomaine Lhx2. Les embryons de souris mutants pour Lhx2 (Lhx2-/-) souffre d'une hypoplasie du cortex cérébral, sont anophtalmiques et ont un foie de volume réduit. Ces embryons mutants meurent in utero au jour embryonnaire 16 (e16) dû à une déficience en érythrocytes matures. L'objectif principal de cette thèse est de caractériser le rôle moléculaire de Lhx2 dans le développement des yeux et du cortex cérébral. Lhx2 fait partie des facteurs de transcription à homéodomaine exprimé dans la portion antérieure de la plaque neurale avec Rx, Pax6, Six3. Le développement de l'oeil débute par une évagination bilatérale de cette région. Nous démontrons que l'expression de Lhx2 est cruciale pour les premières étapes de la formation de l'oeil. En effet, en absence de Lhx2, l'expression de Rx, Six3 et Pax6 est retardée dans la plaque neurale antérieure. Au stade de la formation de la vésicule optique, l'absence de Lhx2 empêche l'activation de Six6 (un facteur de transcription également essentiel au développement de l'œil). Nous démontrons que Lhx2 et Pax6 coopèrent en s'associant au promoteur de Six6 afin de promouvoir sa trans-activation. Donc, Lhx2 est un gène essentiel pour la détermination de l'identité rétinienne au niveau de la plaque neurale. Plus tard, il collabore avec Pax6 pour établir l'identité rétinienne définitive et promouvoir la prolifération cellulaire. De plus, Lhx2 est fortement exprimé dans le télencéphale, région qui donnera naissance au cortex cérébral. L'absence de Lhx2 entraîne une diminution de la prolifération des cellules progénitrices neurales dans cette région à e12.5. Nous démontrons qu'en absence de Lhx2, les cellules progénitrices neurales (cellules de glie radiale) se différencient prématurément en cellules progénitrices intermédiaires et en neurones post-mitotiques. Ces phénotypes sont corrélés à une baisse d'activité de la voie Notch. En absence de Lhx2, DNER (un ligand atypique de la voie Notch) est fortement surexprimé dans le télencéphale. De plus, Lhx2 et des co-répresseurs s'associent à la chromatine de la région promotrice de DNER. Nous concluons que Lhx2 permet l'activation de la voie Notch dans le cortex cérébral en développement en inhibant la transcription de DNER, qui est un inhibiteur de la voie Notch dans ce contexte particulier. Lhx2 permet ainsi la maintenance et la prolifération des cellules progénitrices neurales.

Écologie saisonnière des parasitoïdes des oeufs de l'arpenteuse de la pruche

Cette étude porte sur l’écologie saisonnière des parasitoïdes des œufs de l’arpenteuse de la pruche (Lepidoptera : Geometridae), un important défoliateur du Québec (Canada). Premièrement, nous décrivons les patrons saisonniers de parasitisme d’hôtes sentinelles par Telenomus coloradensis, T. droozi, T. flavotibiae (Hymenoptera : Scelionidae), et Trichogramma spp., dans la région du Bas-Saint-Laurent. Telenomus flavotibiae et Trichogramma spp. parasitent rarement les œufs de l’arpenteuse de la pruche alors que T. coloradensis et T. droozi sont très abondants au printemps. En laboratoire, la convenance des hôtes pour T. coloradensis diminue rapidement avec leur développement embryonnaire au printemps, affectant négativement les niveaux de parasitisme, ainsi que la survie, la taille, le temps de développement et la longévité de la progéniture. Telenomus coloradensis et T. droozi sont actifs très tôt en saison, alors que les températures sont froides (4°C) pour profiter du développement embryonnaire peu avancé de l’hôte. À partir de paramètres empiriques, nous estimons que la progéniture de T. coloradensis issue du parasitisme printanier émerge au milieu de l’été, alors que l’hôte est totalement absent de l’environnement forestier. La nouvelle génération de femelles serait donc susceptible d’entrer précocement en diapause reproductive. D’ailleurs, nos résultats de laboratoire démontrent qu’une période de privation d’hôtes affecte négativement l’activité parasitaire de T. coloradensis. Ce phénomène pourrait expliquer les niveaux très faibles de parasitisme des œufs de l’arpenteuse de la pruche à l’automne. Étonnamment toutefois, les hôtes en début de diapause (à l’automne) sont de meilleure qualité énergétique que les hôtes en post-diapause (au printemps). Alors que des études précédentes ont démontré que T. coloradensis peut survivre à l’hiver en tant qu’immature à l’intérieur des hôtes, nos résultats indiquent que ce sont principalement les femelles fertilisés qui passent l’hiver en diapause reproductive, avec un point de surfusion automnal moyen de -30,6°C.

Heteroplasmy in mammal mitochondrial deoxyribonucleic acid

La nature a développé diverses stratégies afin d’assurer le commencement de la vie dans des conditions d’homoplasmie, c’est-à-dire des conditions telles que les cellules sont dotées du même ADN mitochondrial. Toutefois, des nouveaux haplotypes de l’acide désoxyribonucléique mitochondrial (ADNmt) peuvent apparaitre et croître de plusieurs façons tout au long de la durée d’une vie menant à l’hétéroplasmie. Par exemple, l’hétéroplasmie de l’ADNmt peut être créée artificiellement par des technologies reproductives assistées, ainsi que naturellement par le processus de vieillissement. De ce fait, la thèse de ce doctorat fut divisée en deux principaux objectifs. Le premier étant celui d’analyser les changements survenus dans l’hétéroplasmie de l’ADNmt produit par le transfert nucléaire des cellules somatiques (SCNT) lors du développement de l’embryon jusqu’au fœtus et aux tissus adultes de bovins clonés. En ce qui concerne le second objectif, il s’agit d’analyser les changements survenus dans l’hétéroplasmie de l’ADNmt causés par le vieillissement dans une cellule somatique adulte et dans des tissus germinaux durant l’ovogénèse, ainsi qu’au début de l’embryogenèse et dans la procédure de culture in vitro sur des souris. Dans la première série d’expériences sur des bovins, des fibroblastes fœtaux transportant une mutation d’ADNmt (insertion de 66 pb) furent fusionnés avec des ovocytes receveurs transportant l’ADNmt du type sauvage. La présence d’ADNmt venant de la cellule donneuse a été analysée à différents stades de développement, soit sur des embryons âgés de 17 jours (n=17), des fœtus âgés de 40 jours (n=3), des fœtus âgés de 60 jours (n=3), un fœtus âgé de 240 jours et 3 clones post-nataux âgés de 18 à 24 mois. Chaque individu s’est avéré être hétéroplasmique et 99 % (103/104) des échantillons de tissus analysés étaient également hétéroplasmiques. Cependant, l’ovaire venant du fœtus de 240 jours fut le seul à être homoplasmique pour l’ADNmt de l’ovocyte receveur. Dans la plupart des échantillons analysés (95,2 %, soit 99/104) la moyenne d’hétéroplasmie était de 1,46 %. Par contre, un fœtus âgé de 40 jours a présenté un niveau élevé d’hétéroplasmie (20,9 %), indiquant ainsi que des évènements rares d’augmentation de l’ADNmt des cellules donneuses peuvent survenir. Étant donné que la majorité des clones SCNT montrait de l’hétéroplasmie de l’ADNmt à des proportions comparables à celles des cellules donneuses au moment de la reconstruction de l’embryon, on a pu conclure que l’hétéroplasmie produite par des techniques de transfert nucléaire utilisant des cellules somatiques est due à une ségrégation neutre de l’ADNmt. Dans la seconde série d’expériences sur des souris, des femelles de différents âges, c.à.d. jeunes (0 – 8 mois), moyennes (8 – 16 mois) et vieilles (16 – 24 mois), ont été synchronisées (gonadotrophines) et sacrifiées dans le but d’obtenir des ovocytes au stade de vésicule germinal, et des ovocytes au stade métaphase-II produits in vivo et in vitro. De plus, des embryons in vivo et in vitro au stade de deux-cellules et des embryons au stade de blastocystes ont été obtenus de femelles jeunes. Différents tissus somatiques, venant de femelles des trois stades d’âge ont été obtenus : cerveau, foie, muscle et du cumulus ovocytaire. De plus, l’effet du vieillissement a été mesuré selon la fertilité de la femelle. En effet, les effets sur l’hétéroplasmie du vieillissement, du stade de développement et de la culture in vitro ont été mesurés dans des ovocytes et dans des embryons. Les effets du vieillissement sur les mitochondries ont été mesurés par rapport au nombre total de copies de l’ADNmt, au pourcentage des délétions communes et sur l’expression de trois gènes : Ndufs4, Mt-nd2 and Mt-nd4. Il a été possible d’observer que la fertilité des femelles dans la colonie de souris diminuait avec l’âge. En fait, le vieillissement affectait l’ADNmt dans les tissus somatiques, cependant il n’avait pas d’effet sur le cumulus, les ovocytes et les embryons. Le nombre de délétions de l’ADNmt augmentait pendant la reprise de la méiose et celui-ci diminuait au début du développement embryonnaire. La culture in vitro n’affectait pas la quantité d’ADNmt dans la plupart des tissus germinaux. Puisque nous n’avons pas trouvé d’effet de l’âge dans la majorité des paramètres mitochondriaux analysés dans les ovocytes et les embryons, il est suggéré que la délétion commune de l’ADNmt dans les tissus germinaux est davantage reliée au statut cellulaire de la production d’énergie qu’au processus de vieillissement. Deux sources différentes de mutations de l’ADNmt produites dans les ovocytes normaux ou reconstitués ont produit différents résultats d’hétéroplasmie au début de l’embryogénèse. Chez les bovins, l’hétéroplasmie artificielle impliquant une petite insertion (66 pb) dans la région non codante (D-loop) de l’ADNmt a été vraisemblablement non nocive pour l’embryon, tolérant la persistance de l’ADNmt étranger pendant les différents stades du développement des clones. Chez les souris, l’hétéroplasmie naturelle produite par une grande délétion (4974 pb délétion commune) dans la région codante de l’ADNmt a été vraisemblablement nocive pour l’embryon et par conséquent éliminée pour assurer l’homoplasmie au début du développement embryonnaire.

The role of Ken&Barbie in JAK/STAT signalling during development of Drosophila melanogaster

Cell-cell interactions during embryonic development are crucial in the co-ordination of growth, differentiation and maintenance of many different cell types. To achieve this co-ordination each cell must properly translate signals received from neighbouring cells, into spatially and temporally appropriate developmental responses. A surprisingly limited number of signal pathways are responsible for the differentiation of enormous variety of cell types. As a result, pathways are frequently 'reused' during development. Thus, in mammals the JAK/STAT pathway is required during early embryogenesis, mammary gland formation, hematopoiesis and, finally, plays a pivotal role in immune response. In the canonical way, the JAK/STAT pathway is represented by a transmembrane receptor associated with a Janus kinase (JAK), which upon stimulation by an extra-cellular ligand, phosphorylates itself, the receptor and, finally, the signal transducer and activator of transcription (STAT) molecules. Phosphorylated STATs dimerise and translocate to the nucleus where they activate transcription of target genes. The JAK/STAT pathway has been conserved throughout evolution, and all known components are present in the genome of Drosophila melanogaster. Besides hematopoietic and immunity functions, the pathway is also required during development for processes including embryonic segmentation, tracheal morphogenesis, posterior spiracle formation etc. This study describes Drosophila Ken&Barbie (Ken) as a selective regulator of JAK/STAT signalling. ken mutations identified in a screen for modulators of an eye overgrowth phenotype, caused by over-expression of the pathway ligand unpaired, also interact genetically with the pathway receptor domeless (dome) and the transcription factor stat92E. Over-expression of Ken can phenocopy developmental defects known to be caused by the loss of JAK/STAT signalling. These genetic interactions suggest that Ken may function as a negative regulator of the pathway. Ken has C-terminal Zn-finger domain, presumably for DNA binding, and N-terminal BTB/POZ domain, often found in transcriptional repressors. Using EGFP-fused construct expressed in vivo revealed nuclear accumulation of Ken. Therefore, it is proposed that Ken may act as a suppresser of STAT92E target genes. An in vitro assay, termed SELEX, determined that Ken specifically binds to a DNA sequence, with the essential for DNA recognition core overlapping that of STAT92E. This interesting observation suggests that not all STAT92E sites may also allow Ken binding. Strikingly, when effects of ectopic Ken on the expression of putative JAK/STAT pathway target genes were examined, only a subset of the genes tested, namely vvl, trh and kni, were down-regulated by Ken, whereas some others, such as eve and fj, appeared to be unresponsive. Further analysis of vvl, one of the genes susceptible to ectopic Ken, was undertaken. In the developing hindgut, expression of vvl is JAK/STAT pathway dependent, but remains repressed in the posterior spiracles, despite the stimulation of STAT92E by Upd in their primordia. Importantly, ken is also expressed in the developing posterior spiracles. Strikingly, up-regulation of vvl is observed in these tissues in ken mutant embryos. These imply that while ectopic Ken is sufficient to repress the expression of vvl in the hindgut, endogenous Ken is also necessary to prevent its activation in the posterior spiracles. It is therefore conceivable that ectopic vvl expression in the posterior spiracles of the ken mutants may be the result of de-repression of endogenous STAT92E activity. Another consequence of these observations is a fine balance that must exist between STAT92E and Ken activities. Apparently, endogenous level of Ken is sufficient to repress vvl, but not other, as yet unidentified, JAK/STAT pathway targets, whose presumable activation by STAT92E is required for posterior spiracle development as the embryos mutant for dome, the receptor of the pathway, show severe spiracle defects. These defects are also observed in the embryos mis-expressing Ken. Though it is possible that the posterior spiracle phenotype caused by higher levels of Ken results from a JAK/STAT pathway independent activity, it seems to be more likely that Ken acts in a dosage dependent manner, and extra Ken is able to further antagonise JAK/STAT pathway target genes. While STAT92E binding sites required for target gene expression have been poorly characterised, the existence of genome data allows the prediction of candidate STAT92E sites present in target genes promoters to be attempted. When a 6kb region containing the putative regulatory domains flanking the vvl locus are examined, only a single potential STAT92E binding site located 825bp upstream of the translational start can be detected. Strikingly, this site also includes a perfect Ken binding sequence. Such an in silico observation, though consistent with both Ken DNA binding assay in vitro and regulation of STAT92E target genes in vivo, however, requires further analysis. The JAK/STAT pathway is implicated in a variety of processes during embryonic and larval development as well as in imago. In each case, stimulation of the same transcription factor results in different developmental outcomes. While many potential mechanisms have been proposed and demonstrated to explain such pleiotropy, the present study indicates that Ken may represent another mechanism, with which signal transduction pathways are controlled. Ken selectively down-regulates a subset of potential target genes and so modifies the transcriptional profile generated by activated STAT92E - a mechanism, which may be partially responsible for differences in the morphogenetic processes elicited by JAK/STAT signalling during development.

Equine conceptus development : a mini review

Many aspects of early embryonic development in the horse are unusual or unique; this is of scientific interest and, in some cases, considerable practical significance. During early development the number of different cell types increases rapidly and the organization of these increasingly differentiated cells becomes increasingly intricate as a result of various inter-related processes that occur step-wise or simultaneously in different parts of the conceptus (i.e., the embryo proper and its associated membranes and fluid). Equine conceptus development is of practical interest for many reasons. Most significantly, following a high rate of successful fertilization (71-96%) (Ball, 1988), as many as 30-40% of developing embryos fail to survive beyond the first two weeks of gestation (Ball, 1988), the time at which gastrulation begins. Indeed, despite considerable progress in the development of treatments for common causes of sub-fertility and of assisted reproductive techniques to enhance reproductive efficiency, the need to monitor and rebreed mares that lose a pregnancy or the failure to produce a foal, remain sources of considerable economic loss to the equine breeding industry. Of course, the potential causes of early embryonic death are numerous and varied (e.g. persistent mating induced endometritis, endometrial gland insufficiency, cervical incompetence, corpus luteum (CL) failure, chromosomal, genetic and other unknown factors (LeBlanc, 2004). However, the problem is especially acute in aged mares with a history of poor fertility in which the incidence of embryonic loss between days 2 and 14 after ovulation has been reported to reach 62-73%, and in which embryonic death is due primarily to embryonic defects rather than to uterine pathology (Ball et al., 1989; Carnevale & Ginther, 1995; Ball, 2000).

The effect of impaired thyroid function during development on the mechanical properties of avian bone

Thyroid hormones show fluctuating levels during the post-hatching development of birds. In this paper we report the results of the first mechanical tests to quantify the effect of hypothyroidism, during post-natal development, on the skeletal properties of a precocial bird, the barnacle goose, as determined by microhardness testing. The effect of hypothyroidism is tissue-specific; bone from the femora of birds is not significantly affected by induced hypothyroidism, however, there is a strong positive relationship between the levels of circulating thyroid hormones and the mechanical properties of bone from humeri. In the barnacle goose the development of the wing skeleton and musculature depends on an increase in circulating thyroid hormones and our analysis shows that, in its absence, the mechanical competence of the bone mineral itself is reduced in addition to the decreased bone length and muscle development previously reported in the literature. (C) 2004 Wiley-Liss, Inc.

Oocyte activation and preimplantation development of bovine embryos obtained by specific inhibition of cyclin-dependent kinases

Realizaram-se dois experimentos para avaliar a eficiência da bohemina e roscovitina associadas à ionomicina para ativação partenogenética e desenvolvimento embrionário inicial de bovinos. No primeiro, foram testadas diferentes concentrações (0, 50, 75 ou 100µM) e diferentes tempos de exposição (2, 4 ou 6 horas) à bohemina ou à roscovitina na ativação de oócitos bovinos maturados in vitro (MIV) pré-expostos à ionomicina. Os melhores tratamentos, bohemina 75µM e roscovitina 50µM, ambos por seis horas, foram utilizados no segundo experimento, no qual oócitos bovinos MIV foram expostos à ionomicina seguido ou não pelo tratamento com inibidores específicos das quinases dependentes de ciclina (CDKI), e avaliados quanto à configuração nuclear, taxa de ativação e desenvolvimento até blastocisto. Os tratamentos combinados (ionomicina+CDKI) apresentaram melhor taxa de ativação (77,3%) e desenvolvimento embrionário inicial (35,2%) do que a ionomicina sozinha (69,4% e 21,9%, respectivamente), e também promoveram ativação mais uniforme (aproximadamente 90% de formação de um pronúcleo). Estes resultados demonstram que os CDKIs potencializam o efeito da ionomicina na ativação e desenvolvimento embrionário inicial e podem auxiliar na obtenção de protocolos de ativação mais eficientes, aumentando a capacidade de desenvolvimento de embriões produzidos por meio de biotécnicas reprodutivas.

The effects of macromolecular and serum supplements and oxygen tension during bovine in vitro procedures on kinetics of oocyte maturation and embryo development

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Caracterização comportamental e distribuição de neurônios inibitórios em um modelo animal de autismo induzido por ácido valpróico

Autism comprises a heterogeneous group of neurodevelopmental disorders that affects the brain maturation and produces sensorial, motor, language and social interaction deficits in early childhood. Several studies have shown a major involvement of genetic factors leading to a predisposition to autism, which are possibly affected by environmental modulators during embryonic and post-natal life. Recent studies in animal models indicate that alterations in epigenetic control during development can generate neuronal maturation disturbances and produce a hyper-excitable circuit, resulting in typical symptoms of autism. In the animal model of autism induced by valproic acid (VPA) during rat pregnancy, behavioral, electrophysiological and cellular alterations have been reported which can also be observed in patients with autism. However, only a few studies have correlated behavioral alterations with the supposed neuronal hyper-excitability in this model. The aim of this project was to generate an animal model of autism by pre-natal exposure to VPA and evaluate the early post-natal development and pre-puberal (PND30) behavior in the offspring. Furthermore, we quantified the parvalbumin-positive neuronal distribution in the medial prefrontal cortex and Purkinje cells in the cerebellum of VPA animals. Our results show that VPA treatment induced developmental alterations, which were observed in behavioral changes as compared to vehicle-treated controls. VPA animals showed clear behavioral abnormalities such as hyperlocomotion, prolonged stereotipies and reduced social interaction with an unfamiliar mate. Cellular quantification revealed a decrease in the number of parvalbumin-positive interneurons in the anterior cingulate cortex and in the prelimbic cortex of the mPFC, suggesting an excitatory/inhibitory unbalance in this animal model of autism. Moreover, we also observed that the neuronal reduction occurred mainly in the cortical layers II/III and V/VI. We did not detect any change in the density of Purkinje neurons in the Crus I region of the cerebellar cortex. Together, our results strengthens the face validity of the VPA model in rats and shed light on specific changes in the inhibitory circuitry of the prefrontal cortex in this autism model. Further studies should address the challenges to clarify particular electrophysiological correlates of the cellular alterations in order to better understand the behavioral dysfunctions

Plasma concentrations and placental immunostaining of interleukin-10 and tumor necrosis factor-alpha as predictors of alterations in the embryo-fetal organism and the placental development of diabetic rats

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Parthenogenetic development of domestic cat oocytes treated with ionomycin, cycloheximide, roscovitine and strontium

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

The Mechanism of Oocyte Activation Influences the Cell Cycle-Related Genes Expression During Bovine Preimplantation Development

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Juvenile development and growth patterns in the mud crab Eurytium limosum (Say, 1818) (Decapoda, Brachyura, Xanthidae) under laboratory conditions

The post-larval development of the mud crab Eurytium limosum was studied under laboratory conditions by using the offspring of ovigerous females collected at the Comprido River mangrove, SP, Brazil. The first crab stage is fully described and the juvenile development, until crab stage 10, is examined with emphasis on morphological change, sexual differentiation and growth patterns. The carapace of the first crab stage is nearly square as observed in other xanthids, becoming similar to adults only at stage 15. The sexes can be distinguished from stage four, based on the number of pleopods and their morphology. While the intermoult period increases, the moult percentage decreases at each stage. The abdominal allometric growth is sex-dependent, with males showing a negative (b=0.71) and females an isometric (b=0.95) relative growth pattern. Male gonopods undergo a positive allometric growth, and their shape changes remarkably until sexual maturity. The cheliped dentition can be observed after stage 4. Regardless of sex, most crabs have a molariform right cheliped, which is thought to aid the handling of asymmetric prey such as gastropods.

Desenvolvimento pós-seminal de espécies de Poaceae (Poales)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Perspectivas para a criação massal de Iphiseiodes zuluagai Denmark & Muma (Acari: Phytoseiidae)

Iphiseiodes zuluagai Denmark & Muma é um importante predador de Brevipalpus phoenicis (Geijskes) em citros no Brasil. O emprego de Tyrophagus putrescentiae (Schrank) como fonte de alimento para I. zuluagai em criações de laboratório foi investigado a 25,5 ± 0,5ºC, 88 ± 7% UR e fotofase de 12h. Inicialmente os níveis de oviposição do predador alimentado com ovos, estágios pós-embrionários mortos ou estágios pós-embrionários vivos de T. putrescentiae foram avaliados durante 10 dias. A taxa diária de oviposição foi de 1,3 ovo/ fêmea quando estas foram alimentadas com ovos de T. putrecentiae; 0,7 ovo/ fêmea quando estas foram alimentadas com estágios pós-embrionários mortos e cerca de 0,2 ovo/ fêmea quando alimentadas com estágios pós-embrionários vivos. Posteriormente, elaborou-se a tabela de vida de I. zuluagai, oferecendo-se como alimento ovos de T. putrescentiae. Os estágios imaturos foram observados a cada 8h, para determinar a duração correspondente. Na fase adulta, os ácaros foram observados a cada 24h, para se determinar os parâmetros reprodutivos. A capacidade de aumento populacional (r m) foi de 0,11 fêmea/ fêmea/ dia; resultando em uma razão finita de aumento de 1,11 (l). A taxa líquida de reprodução (R0) foi de 7,1 fêmeas/geração, com um tempo de geração de 18,6 dias. Os resultados obtidos mostram que T. putrescentiae é uma fonte de alimento favorável ao desenvolvimento de I. zuluagai.