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 orphan nuclear receptor NR5A2 regulates peri-ovulatory events and their consequent luteinization in mice

Le récepteur nucléaire Nr5a2, également connu sous le nom de liver receptor homolog-1 (Lrh-1), est exprimé au niveau de l’ovaire chez la souris, exclusivement dans les cellules lutéales et de la granulosa. La perturbation de Nr5a2, spécifique aux cellules de la granulosa chez la souris à partir des follicules primaires dans la trajectoire du développement folliculaire a démontré que Nr5a2 est un régulateur clé de l’ovulation et de la fertilité chez la femelle. Notre hypothèse veut que Nr5a2 régule les évènements péri- et post-ovulatoires dans une séquence temporelle lors de la folliculogénèse. Afin d'étudier l’implication de Nr5a2 lors de l’ovulation et de la lutéinisation à différents stades du développement folliculaire, nous avons généré deux modèles de souris knockout spécifiques aux cellules de la granulosa pour Nr5a2: 1) Nr5a2Amhr2-/-, avec une réduction de Nr5a2 à partir des follicules primaires et subséquents; 2) Nr5a2Cyp19-/-, avec une réduction de Nr5a2 débutant au stade antral de développement en progressant. L’absence de Nr5a2 à partir des follicules antraux a résulté en une infertilité chez les femelles Nr5a2Cyp19-/-, de même qu’en des structures non-fonctionnelles similaires aux structures lutéales au niveau des ovaires, en une réduction des niveaux de progestérone synthétisée ainsi qu’en un échec dans le support d’une pseudo-gestation. La synthèse de progestérone a été entravée suite à l’absence de Nr5a2 par l’entremise d’une régulation à la baisse des gènes reliés au transport du cholestérol, Scarb1, StAR et Ldlr, démontré par qPCR. Les complexes cumulus-oocytes des femelles Nr5a2Cyp19-/- immatures super-stimulées ont subi une expansion in vivo, mais l’ovulation a été perturbée, possiblement par une régulation à la baisse du gène du récepteur de la progestérone (Pgr). Un essai d’expansion du cumulus in vitro a démontré une expansion défectueuse du cumulus chez les Nr5a2Amhr2-/-, associée à un dérèglement de la protéine des jonctions communicantes (Gja1; Cx43). Cependant, l’expansion du cumulus chez les Nr5a2Cyp19-/- n’a pas été autant affectée. Des résultats obtenus par qPCR ont démontré une régulation à la baisse dans l’expression des gènes Areg, Ereg, Btc et Tnfaip6 chez les deux modèles de cellules ovariennes knockout à 2h et 4h post hCG. Nous avons observé que 85% des oocytes, chez les deux génotypes mutants, peuvent subir une rupture de la vésicule germinative, confirmant leur capacité de maturation in vivo. La technique d’injection intra-cytoplasmique de spermatozoïdes a prouvé que les oocytes des deux génotypes mutants sont fertilisables et que 70% des embryons résultants ont poursuivi leur développement vers le stade de blastocyste, et ce, indépendamment du génotype. En conclusion, Nr5a2 régule la fertilité chez les femelles tout au long du processus du développement folliculaire. Il a été démontré que Nr5a2 est essentiel à la lutéinisation et que sa perturbation dans les cellules somatiques ovariennes ne compromet pas la capacité des oocytes à être fertilisés. En vue d’ensemble, nous avons fourni une investigation inédite et complète, utilisant de multiples modèles et techniques afin de déterminer les mécanismes par lesquels Nr5a2 régule les importants processus que sont l’expansion du cumulus, l’ovulation ainsi que la formation du corps jaune.

Cytoplasmic maturation of bovine oocytes: Structural and biochemical modifications and acquisition of developmental competence

Oocyte maturation is a long process during which oocytes acquire their intrinsic ability to support the subsequent stages of development in a stepwise manner, ultimately reaching activation of the embryonic genome. This process involves complex and distinct, although linked, events of nuclear and cytoplasmic maturation. Nuclear maturation mainly involves chromosomal segregation, whereas cytoplasmic maturation involves organelle reorganization and storage of mRNAs, proteins and transcription factors that act in the overall maturation process, fertilization and early embryogenesis. Thus, for didactic purposes, we subdivided cytoplasmic maturation into: (1) organelle redistribution, (2) cytoskeleton dynamics, and (3) molecular maturation. Ultrastructural analysis has shown that mitochondria, ribosomes, endoplasmic reticulum, cortical granules and the Golgi complex assume different positions during the transition from the germinal vesicle stage to metaphase II. The cytoskeletal microfilaments and microtubules present in the cytoplasm promote these movements and act on chromosome segregation. Molecular maturation consists of transcription, storage and processing of maternal mRNA, which is stored in a stable, inactive form until translational recruitment. Polyadenylation is the main mechanism that initiates protein translation and consists of the addition of adenosine residues to the 3` terminal portion of mRNA. Cell cycle regulators, proteins, cytoplasmic maturation markers and components of the enzymatic antioxidant system are mainly transcribed during this stage. Thus, the objective of this review is to focus on the cytoplasmic maturation process by analyzing the modifications in this compartment during the acquisition of meiotic competence for development. (c) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Induced spawning of hatchery-raised Brazilian catfish, cachara Pseudoplatystoma fasciatum (Linnaeus, 1766)

In the months of January 2001 and 2002, female cachara Pseudoplatystoma fasciatum were selected during their first and second gonadal maturation (2 years and 7 months old and 3 years and 7 months old, respectively) with an of oocyte diameter of 937.5 mum (82.5% with central nuclei and 17.5% with peripheral nuclei). Nine females in first maturation received two doses of carp pituitary extract (CPE), 0.5 mg/kg and 5.0 mg/kg; seven received two doses of human chorionic gonadotropin (hCG), 5 and 10 IU/g; five received doses of 0.5 CPE mg/kg and 5 hCG IU/g (CPE+hCG); and four received 0.9% saline (saline). Nine females from CPE and seven from hCG presented oocytes with the same diameter at the moment of oocyte release (100% with germinal vesicle breakdown and fertilization rate of 53.44 +/- 18.3 and 54.81 +/- 11.8%; larvae number of 165,330 +/- 94.1 and 158,570 +/- 20.6, respectively). The five females from CPE+hCG did not respond to the hormonal treatment. The four females from the saline group did not ovulate. In January 2002, 6 of 15 selected females that were going through the second reproductive cycle received CPE (five received hCG and four received saline), showing oocyte diameters similar to the ones in the first maturation. At stripping, CPE females had an oocyte diameter of 1062.5 mum (the hCG females had oocyte diameters ranging from 937.5 to 1125.0 mum; fertilization rates of 56.08 +/- 30.9 and 81.90 +/- 17.3%; 364,547 +/- 244 and 633,129 +/- 190, larvae, respectively). The fertilization rates and larvae number were higher in the second gonad maturation, both for CPE and hCG. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

The administration of exogenous prostaglandin may improve ovulation in pacu (Piaractus mesopotamicus)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

The effect of interaction between macromolecule supplement and oxygen tension on bovine oocytes and embryos cultured in vitro

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

Ovarian morphometric characterization and in vitro maturation of oocytes obtained from buffalo (Bubalus bubalis) ovaries - partial results

Buffalo ovaries were collected from a slaughterhouse (Frigol, Brazil) and transported to the laboratory in saline solution at 36 degrees C. The ovaries were dissected to realize the evaluations (weight, length, width and height of the ovary; corpus luteum and dominant follicle diameters). The Cumulus-oocyte complexes (COCs) were recovered by aspiration of 2-8 mm follicles. Selected COCs were matured in TCM 199 supplemented with 10% fetal bovine serum, sodium pyruvate, LH, FSH, estradiol and gentamicin. In vitro maturation was carried out at 38.5 degrees C for 22-24 h and 34-36 h. For the evaluation of the nuclear maturation the oocytes were placed in TCM 199 medium added with type v hialuronidase where the granulosa cells were extracted. The denuded oocytes were transferred to 10 mu l of Hoescht 33342 and the chromosomic configuration was evaluated. The oocytes were classified according to meiosis stage in: Germinal Vesicle, Germinal Vesicle Breakdown, Metaphase I, Metaphase II and Degenerated. The means of weight, length, width and height of the ovary were 3.83 g, 2.27 cm, 1.08 cm and 1.56 cm, respectively. The means of corpus luteum and dominant follicle diameters were 1.40 cm and 7.77 mm. The proportion of oocytes that reached metaphase II stage was: 36.68%.

Effect of follicle size on mRNA expression in cumulus cells and oocytes of Bos indicus: an approach to identify marker genes for developmental competence

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Inhibitory Action of Neem Aqueous Extract (Azadirachta indica A. Juss) on the Vitellogenesis of Rhipicephalus sanguineus (Latreille, 1806) (Acari: Ixodidae) Ticks

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

Accessory Nuclei in the Oocytes of Pachycondyla (Neoponera) villosa (Hymenoptera: Ponerinae) as a Source of Annulate Lamellae

In insects' oocytes, structures called accessory nuclei can be observed. They are similar to the nucleus of the oocyte and have been detected in Hymenoptera as well as in other groups, with their source and functions still under discussion (Cassidy & King 1972). Through the use of histochemical techniques as well as ultrastructural ones, it was possible to observe several accessory nuclei surrounding the oocyte nucleus in the immature oocytes of Pachycondyla (Neoponera) villosa ants. Morphologically they were seen to be round and smaller than the germinal vesicle. When using these histochemical techniques, the only positive reaction was for proteins. Ultrastructurally they have the same morphology as the oocyte nucleus and a fine and electrondense granulation was observed inside them. The function of accessory nuclei in P (Neoponera) villosa is probably as a source of anullate lamellae and as an RNA reservoir in the oocytes. In mature oocytes (stage III), these structures are not observed, suggesting that they disappeared before this stage by releasing their contents into the oocytes' cytoplasm, according to Camargo-Mathias and Caetano (1993).

Nuclear activity in Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apidae) queen ovary cells demonstrated by silver nitrate impregnation and ultrastructure

Este estudo mostra, por meio de microscopia convencional, impregnação por nitrato de prata e microscopia eletrônica de transmissão, as mudanças que ocorrem na atividade nuclear de células do ovário durante a vitelogênese de Apis mellifera (Linnaeus, 1758). Material impregnado por nitrato de prata foi detectado no núcleo de células nutridoras, na vesícula germinal do ovócito e no núcleo das células foliculares. As maiores quantidades de material impregnado pela prata foram observadas durante as fases de maior atividade dessas estruturas. A impregnação por prata permitiu demonstrar que a vesícula germinal sintetiza ribonucleoproteínas (RNP) durante o início da vitelogênese. A ultraestrutura mostrou que o material impregnado apresenta características morfológicas de nucléolos.

Role of roscovitine and IBMX on kinetics of nuclear and cytoplasmic maturation of bovine oocytes in vitro

The 3-isobutyl-1-methylxanthine (IBMX) is able to prevent resumption of meiosis by maintaining elevated cyclic AMP (cAMP) concentrations in the oocyte, and roscovitine, a purine known to specifically inhibit MPF kinase activity, maintains bovine oocytes at the germinal vesicle (GV) stage. The present study was conducted to analyze whether cytoplasmic maturation (examined by the pattern of cortical granule (CG) distribution) of bovine oocytes is improved during meiotic arrest with IBMX and roscovitine. Oocytes were matured in vitro in a 10% Knockout(SR) supplemented TCM-199 medium (Control) with either 0.5 mM IBMX or 25 mu M roscovitine (ROSC). Oocytes were stained with fluorescein isothiocyanate conjugated Lens culinaris agglutinin (FITC-LCA) for CG evaluation and with Hoechst 33342 for nuclear stage assessment. At 16 h of culture, the percentage of oocytes remaining in the GV stage was higher (P < 0.05) in the ROSC group (32.41%) compared with the Control and IBMX groups (8.61% and 9.73%, respectively). At 24h of culture, progression of meiosis to M II stage was retarded (P < 0.05) in the ROSC group (24.05%) compared to the Control (60.20%), whereas the IBMX group (33.88%) showed no significant difference to the other two groups. At 16h of maturation, the proportion of oocytes with CG in clusters (immature cytoplasm) was similar between the groups, as was the percentage of peripheral CG (mature) at 24h of maturation. The results of the present study demonstrated that the meiotic inhibitors IBMX and roscovitine delay the progression of nuclear maturation without affecting cytoplasmic maturation, assessed by the analysis of CG repositioning. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Protein diets promote the maturation of oocytes and spawning of Piaractus mesopotamicus kept in cages

The objective of this study was to evaluate the effects of balanced diets on the maturation of oocytes and the reproductive performance of P. mesopotamicus in cages. A completely random design with 224 fish in 16 cages measuring 5 m(3) was employed for this purpose. The treatments consisted of diets containing 18, 24, 30, and 36% crude protein (CP) provided ad libitum. The external and internal morphological characteristics of the specimens were examined, as well as: the position of the germinal vesicle, the distribution of oocyte diameters, the fertilization and hatching rates, the number of oocytes released, the total number of oocytes, the remaining weight and total weight of the ovaries, the gonadosomatic index, the condition factor (K), and the histology of the oocytes and ovaries post-spawning and during ovarian regression. The diameters of the oocytes collected before the first hormonal application displayed a unimodal distribution for the lowest protein content and a polymodal distribution for the other treatments. A similar situation was seen during spawning. The lowest fertilization and hatching rates were found as a consequence of the treatment with 30% CP (P < 0.05). The greatest hatching rate occurred in the females fed 18% CP. The greatest total oocyte weight was found in the specimens that received between 30 and 36% CP. The lowest K index was found in the females fed 36% CP. In conclusion, a diet containing 18% CP satisfies the reproductive requirements of females adapted to this system.

Vitrification of immature feline oocytes with a commercial kit for bovine embryo vitrification

The aim of this study was to evaluate the suitability of a commercial kit for bovine embryo vitrification for cryopreserving cat oocytes and to evaluate comparatively the effects of its use with slow freezing procedure on cryotolerance in terms of morphology and oocyte resumption of meiosis. Germinal vesicle stage oocytes isolated from cat ovaries were either vitrified (n=72) using a vitrification kit for bovine embryo or slow frozen (n=69) by exposing oocyte to ethylene glycol solution before being transferred to a programmable embryo freezer. After thawing and warming, oocytes were cultured for 48h and then were examined for meiosis resumption using bisbenzimide fluorescent staining (Hoechst 33342). Fresh immature oocytes (n=92) were used as the control group. The proportion of oocytes recovered in a morphologically normal state after thawing/warming was significantly higher in frozen oocytes (94.5%) than in the vitrified ones (75%, p<0.01). Morphological integrity after culture was similar in vitrified (73.6%) and slow frozen oocytes (76.8%); however, only 37.5% of the morphologically normal oocytes resumed meiosis after vitrification compared to 60.9% of those submitted to slow freezing procedure (p<0.01). Fresh oocytes showed higher morphological integrity (91.3%) and meiosis resumption rates (82.6%, p<0.002) than cryopreserved oocytes, irrespective of the procedure used. These results suggest that immature cat oocytes vitrified with a kit for bovine embryos retain their capacity to resume meiosis after warming and culture, albeit at lower rates than slow frozen oocytes. Vitrification and slow freezing methods show similar proportions of oocytes with normal morphology after culture, which demonstrate that thawed and warmed oocytes that resist to cryodamage have the same chances to maintain their integrity after 48h of culture. © 2012 Blackwell Verlag GmbH.

O papel do fator de crescimento semelhante à insulina-l sobre os efeitos deletérios do choque térmico em oócitos bovinos no estádio de vesícula germinativa

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)