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.

Caractérisation structurale et fonctionnelle des interactions impliquant TFIIH et les domaines de transactivation viraux

Le facteur de transcription IIH (TFIIH) joue un rôle crucial dans la transcription et dans la réparation de l’ADN. La sous-unité Tfb1/p62 (levure et humain) de TFIIH interagit avec de nombreux facteurs de transcription (p53, NFκB, TFIIEα) et de réparation (Rad2/XPG and Rad4/XPC) (1). La majorité des interactions avec Tfb1/p62 requiert le domaine d’homologie à la Pleckstrin (PH) localisé dans la région N-terminal de la protéine (2, 3). Ce domaine PH forme des complexes avec des domaines de transactivation acide provenant de protéines cibles impliquées dans la transcription et la réparation de l’ADN. De récentes études ont montré que Tfb1/p62 est une cible pour les protéines virales telles que la protéine VP16 du virus de l’herpès simplex (HSV) de type 1, la protéine E1 du virus du papillome humain (VPH) et la protéine EBNA-2 du virus Epstein-Barr (EBV) (4, 5). Ces protéines virales interagissent avec la sous-unité Tfb1/p62 par un domaine de transactivation acide suggérant une interaction similaire à ce qui est observé chez les facteurs de transcription humains comme p53. Ce mémoire présente une caractérisation structurelle et fonctionnelle du complexe formé par la protéine virale EBNA2 et la protéine humaine Tfb1/p62. L’analyse est faite en utilisant le titrage calorimétrique isotherme (ITC), la résonance magnétique nucléaire (RMN) et une expérience de transactivation chez la levure. Cette étude amène une plus grande compréhension des protéines impliquées dans les maladies comme le lymphome de Burkitt et le lymphome de Hodgkin qui sont souvent associées à l’infection à l’EBV (revue dans (6)) et caractérise une cible potentielle pour un antiviral.

Dérivation de cellules souches pluripotentes induites autologues à partir du clonage somatique équin

Le recours aux cellules souches pour améliorer la réparation et guérison des blessures et maladies musculosquelettiques chez le cheval est de plus en plus fréquent. Les développements récents dans la reprogrammation cellulaire ont permis le développement de nouvelles sources de cellules souches pour ces thérapies régénératives. Des cellules souches pluripotentes induites (iPS) autologues peuvent être dérivées de cellules adultes par la reprogrammation directe à travers l'expression induite des gènes de pluripotence. Le clonage par transfert nucléaire (SCNT) suivi de la dérivation de cellules souches embryonnaires (ES) permet la reprogrammation indirecte des cellules adultes. Cependant, l’efficacité de ces deux méthodes pour la dérivation de cellules pluripotentes génétiquement stables est faible. Nous avons donc combiné les techniques SCNT et iPS dans le but de développer un protocole efficace de dérivation de cellules iPS autologues à partir de fibroblastes de la peau équine. Quatre facteurs de reprogrammation ont été introduits dans les cellules fibroblastes de fœtus clonés (ntFF) ainsi que les cellules ES provenant d’embryons clonés (ntES) pour induire leur reprogrammation en cellules iPS autologues. Les cellules ntFF-iPS et ntES-iPS ont des capacités prolifératives avancées et expriment des marqueurs de pluripotence importants. Par contre, les cellules ntES ont une efficacité de reprogrammation significativement supérieure aux cellules nt-FF et forment des colonies trois fois plus rapidement. Contrairement aux cellules ntES, les cellules ntES-iPS démontrent une augmentation de l’expression des marqueurs de pluripotence et survivent à la culture cellulaire prolongée. Les résultats présentés dans ce mémoire attestent que l’utilisation de la reprogrammation secondaire de cellules FF et ES clonées permet la production de cellules souches pluripotentes autologues stables chez le cheval.

Effets de la reprogrammation sur le gène empreinté H19 chez les équins

Lors de la fécondation, le génome subit des transformations épigénétiques qui vont guider le développement et le phénotype de l’embryon. L'avènement des techniques de reprogrammation cellulaire, permettant la dédifférenciation d'une cellule somatique adulte, ouvre la porte à de nouvelles thérapies régénératives. Par exemple, les procédures de transfert nucléaire de cellules somatique (SCNT) ainsi que la pluripotence par induction (IP) visent à reprogrammer une cellule somatique adulte différentiée à un état pluripotent similaire à celui trouvé durant la fécondation chez l'embryon sans en impacter l'expression génique vitale au fonctionnement cellulaire. Cependant, la reprogrammation partielle est souvent associée à une mauvaise méthylation de séquences géniques responsables de la régulation des empreintes géniques. Ces gènes, étudiés chez la souris, le bovin et l'humain, sont exprimés de manière monoallélique, parent spécifique et sont vitaux pour le développement embryonnaire. Ainsi, nous avons voulu définir le statut épigénétique du gène empreinté H19 chez l'équin, autant chez le gamètes que les embryons dérivés de manière in vivo, SCNT ainsi que les cellules pluripotentes induites (iPSC). Une région contrôle empreinté (ICR) riche en îlots CpG a été observée en amont du promoteur. Couplé avec une analyse de transcrit parent spécifique du gène H19, nous avons confirmé que l'empreinte du gène H19 suit le modèle insulaire décrit chez les autres mammifères étudiés et résiste à la reprogrammation induite par SCNT ou IP. La déméthylation partielle de l'ICR observée chez certains échantillons reprogrammés n'était pas suffisante pour induire une expression biallélique, suggérant un contrôle des empreintes chez les équins durant la reprogrammation.

Structural characterization and distribution of zebrafish germ plasm during interphase and mitosis

In zebrafish, germ cells are responsible for transmitting the genetic information from one generation to the next. During the first cleavages of zebrafish embryonic development, a specialized part of the cytoplasm known as germ plasm, is responsible of committing four blastomeres to become the progenitors of all germ cells in the forming embryo. Much is known about how the germ plasm is spatially distributed in early stages of primordial germ cell development, a process described to be dependant on microtubules and actin. However, little is known about how the material is inherited after it reorganizes into a perinuclear location, or how is the symmetrical distribution regulated in order to ensure proper inheritance of the material by both daughter cells. It is also not clear whether there is a controlled mechanism that regulates the number of granules inherited by the daughter cells, or whether it is a random process. We describe the distribution of germ plasm material from 4hpf to 24hpf in zebrafish primordial germ cells using Vasa protein as marker. Vasa positive material appears to be conglomerate into 3 to 4 big spherical structures at 4hpf. While development progresses, these big structures become smaller perinuclear granules that reach a total number of approximately 30 at 24hpf. We investigated how this transformation occurs and how the minus-end microtubule dependent motor protein Dynein plays a role in this process. Additionally, we describe specific colocalization of microtubules and perinuclear granules during interphase and more interestingly, during all different stages of cell division. We show that distribution of granules follow what seems to be a regulated distribution: during cells division, daughter cells inherit an equal number of granules. We propose that due to the permanent colocalization of microtubular structures with germinal granules during interphase and cell division, a coordinated mechanism between these structures may ensure proper distribution of the material among daughter cells. Furthermore, we show that exposure to the microtubule-depolymerizing drug nocodazole leads to disassembly of the germ cell nuclear lamin matrix, chromatin condensation, and fusion of granules to a big conglomerate, revealing dependence of granular distribution on microtubules and proper nuclear structure.

Fatty acids and immune function: new insights into mechanisms

Fatty acids are known to play diverse roles in immune cells. They are important as a source of energy, as structural components of cell membranes, as signaling molecules and as precursors for the synthesis of eicosanoids and similar mediators. Recent research has suggested that the localization and organisation of fatty acids into distinct cellular pools has a direct influence on the behaviour of a number of proteins involved in immune cell activation, including those associated with T cell responses, antigen presentation and fatty acid-derived inflammatory mediator production. This article reviews these studies and places them in the context of existing literature in the field. These studies indicate the existence of several novel mechanisms by which altered fatty acid availability can modulate immune responses and impact upon clinical outcomes

Delivery of cloned offspring: experience in Zebu cattle (Bos indicus)

The production of a healthy cloned calf is dependent on a multitude of successful steps, including reprogramming mediated by the oocyte, the development of a functional placenta, adequate maternal-fetal interaction, the establishment of a physiological metabolic setting and the formation of a complete set of well-differentiated cells that will eventually result in well-characterised and fully competent tissues and organs. Although the efficiency of nuclear transfer has improved significantly since the first report of a somatic cell nuclear transfer-derived animal, there are many descriptions of anomalies concerning cloned calves leading to high perinatal morbidity and mortality. The present article discusses some our experience regarding perinatal and neonatal procedures for cloned Zebu cattle (B. indicus) that has led to improved survival rates in Nellore cloned calves following the application of such `labour-intensive technology`.

Xenooplasmic Transfer between Buffalo and Bovine Enables Development of Homoplasmic Offspring

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

Estabilidade do antígeno de célula total de Brucella abortus para uso no diagnóstico sorológico da brucelose bovina pela reação de fixação de complemento

A reação de fixação de complemento é um dos testes usados no diagnóstico confirmatório da brucelose bovina, e para sua realização emprega-se o mesmo antígeno usado na prova de soroaglutinação lenta, porém não foi possível encontrar na literatura estudos sobre a estabilidade desse antígeno para uso na prova de fixação de complemento, de modo a estabelecer um prazo de validade para o mesmo. Por isso, esta investigação teve por objetivo avaliar a estabilidade do antígeno de célula total de Brucella conservado sob refrigeração, para uso na reação de fixação de complemento. Analisaram-se 14 partidas de antígeno, preparado com Brucella abortus amostra 1119/3 e padronizado para uso na prova de soroaglutinação lenta, com tempo de fabricação variando de 9 meses a 23 anos e 11 meses. Testaram-se 167 soros bovinos com títulos variáveis de anticorpos contra Brucella, adotando-se a técnica com incubação a 37ºC nas duas fases da reação e 5 unidades hemolíticas 50% de complemento. Considerou-se como positivo o soro com pelo menos 25% de fixação de complemento na diluição 1:4. Compararam-se os resultados obtidos com as 13 partidas de antígeno com aqueles obtidos com a partida com 9 meses de fabricação, usando o teste de chi2 de McNemar e o coeficiente kappa. A grande maioria dos soros apresentou resultados muito próximos quando testados com as diversas partidas de antígeno, e não se observou relação entre tempo de fabricação do antígeno e diferenças nos resultados obtidos.

Abdominopelvic sarcoma of perivascular epithelioid cells. Report of four cases in young women, one with tuberous sclerosis

The perivascular epithelioid cell has been proposed to be the unifying proliferating cell type in a number of lesions such as angiomyolipoma, lymphangiomyomatosis, clear cell sugar tumor and renal capsuloma. With the exception of rare examples of angiomyolipoma, they are non-metastasizing. We report four examples of a new member of this family of perivascular epithelioid cell neoplasms that occur in abdominopelvic location and show metastatic properties. The patients, all women, were aged 19 to 41 years (mean, 32), and presented with a tumor mass involving the serosa of the ileum, uterus or pelvic cavity. Morphologically, the tumors were composed of sheets of large polygonal cells with glycogen-rich clear or eosinophilic cytoplasm and moderately pleomorphic nuclei, traversed by a delicate vasculature, mimicking clear cell carcinoma. There were areas of coagulative necrosis and occasional mitotic figures. Intracytoplasmic brown pigment was present in two cases. Spindly cells, smooth muscle and fat were absent. Lymphovascular invasion was present in all, lymph node metastasis was documented in two and metastasis to the ovary was present in one case. Two patients developed widespread metastatic disease after 10 and 28 months from diagnosis. One patient showed the clinical signs of tuberous sclerosis. In spite of the epithelial-like appearance, the tumor cells were negative for epithelial markers but were strongly positive with the melanogenesis-related marker HMB45. Another melanogenesis marker (MART-1) was positive in two cases. Other markers including S-100 protein, vimentin, muscle-specific actin, desmin and chromogranin A were negative. Thus, these tumors are not readily classifiable in the existing schema of known entities, and show over-lapping morpho-phenotypic features of clear cell sugar tumor of the lung and epithelioid angiomyolipoma. We consider them as sarcomas composed of a pure population of uncommitted perivascular epithelioid cell, that lack modulation toward smooth muscle or adipose cells.

Human bcl-2 expression, cleaved caspase-3, and KSHV LANA-1 in Kaposi sarcoma lesions

We aimed to evaluate the frequency of Kaposi sarcoma (KS)-associated herpesvirus (KSHV) infection in KS lesions in patients from Brazil. In addition, expression of human bcl-2, cleaved caspase-3, and KSHV latency-associated nuclear antigen (LANA)-1 in tumors was evaluated using inummohistochemical analysis. We studied 64 KS cases, classified as follows: classical, 20 (31 %); iatrogenic, 2 (3 %); AIDS-associated, 25 (39%); and not otherwise specified (lack of information about HIV status), 17 (27%). KSHV was detected by polymerase chain reaction (PCR) in 61 cases (95%); 40 cases (63%) were KSHV+ by PCR and immunohistochemical analysis for LANA-L Immunoexpression of bcl-2 was detected in 47 cases (73%). Only a few cells in 15 cases (23%) of KS had demonstrable immunostaining for cleaved caspase-3. These results further support the association of KSHV with all KS forms. Cleaved caspase-3 in KS tumors was infrequent, which may reflect the inhibition of apoptosis owing to bcl-2 overexpression observed in the majority of KS tumors.

EBNA-1 gene sequences in Brazilian and American patients with Hodgkin's disease

We examined the types of Epstein-Barr virus-associated nuclear antigen-1 (EBNA-1) gene carboxy (C)-terminal mutations occurring in Hodgkin's disease (HD) and reactive tissues from two different geographic regions. Previously reported EBNA-1 C-terminal region amino acid sequence variants, based on the amino acid at codon 487, include Prototype (P)-ala, which is found in the B95.8-derived prototype virus, P-thr, Variant (V)-leu, V-val, and V-pro. Using polymerase chain reaction (PCR) to amplify portions of the EBNA-1 gene, followed by DNA sequencing, we found a single EBNA-1 gene sequence variant in each tissue, whether reactive or neoplastic and whether from Brazil or the United States. Variant EBNA-1 gene sequences were more common in both neoplastic and non-neoplastic tissues from different geographic areas than the so-called prototype sequence. In the 17 Brazilian HD cases, 4 cases had P-thr variants and 13 had V-leu variants. In the six reactive tissues from Brazil, one had a P-ala variant, two had P-thr variants, and three had V-leu variants. In the 12 American HD cases, 2 had P-ala variants, 6 had P-thr variants, and 4 had V-leu variants. The 11 American reactive tissues included 2 P ala variants, 5 P-thr variants, and 4 V-leu variants. In both countries, there were similar variant EBNA-1 sequences present in normal tissues and HD cases. Compared with the P ala and P-thr cases, the V-leu cases were more likely to have the 30-bp latent membrane protein 1 (LMP1) gene deletion (P = 0.0075). In addition, cases of HD with the V-leu were statistically associated with a substitution of asparagine for glutamine at codon 322 of the C-terminal portion of the LMP1 gene. Our results suggest that any variation in EBNA-1 gene sequence is caused by a polymorphism present in pre-existing viral strains in the underlying population, and not a mutation occurring during oncogenesis. (C) 1999 by the American Society of Hematology.

Indigofera suffruticosa Mill as new source of healing agent: Involvement of prostaglandin and mucus and heat shock proteins

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

Proliferation and apoptotic rates and increased frequency of p63-positive cells in the prostate acinar epithelium of alloxan-induced diabetic rats

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Influência do fator de crescimento semelhante à insulina I (IGF-I) adicionado ao meio fluido sintético de tuba uterina (SOF) sobre a maturação in vitro de oócitos caninos (Canis familiaris)

The follicular growth and oocyte maturation knowledge are very important to the development and improvement of new biotechnologies such as in vitro fertilization and somatic cell nuclear transfer. In order to the necessity of clarify the basic mechanisms related to canine oocyte maturation, this investigation focuses on the evaluation of the effect of insulin-like growth factor-i (IGF-I), added to synthetic oviductal fluid medium (SOF) on the in vitro maturation of domestic dog oocytes. Thirty-seven bitches undergoing ovariohysterectomy for castration or due to pathological conditions of the uterus were selected as oocytes' donors (n=875). The oocytes were allocated in the following groups: MO (stained in the collection's time), Control (72h in SOF) and Experimental (72h in SOF plus 100 ng IGF-I). After 72 hours of maturation the oocytes' nuclear status were assessed by Hoechst 33342 dye. The best results in terms of oocyte harvest were observed in those juvenile donors,, females in estrus, nuliparous and pure breeds. No significant differences were observed between treatments control (SOF) or experimental (IGF-I).