An evaluation of the performance of cDNA microarrays for detecting changes in global mRNA expression

The cDNA microarray is one technological approach that has the potential to accurately measure changes in global mRNA expression levels. We report an assessment of an optimized cDNA microarray platform to generate accurate, precise and reliable data consistent with the objective of using microarrays as an acquisition platform to populate gene expression databases. The study design consisted of two independent evaluations with 70 arrays from two different manufactured lots and used three human tissue sources as samples: placenta, brain and heart. Overall signal response was linear over three orders of magnitude and the sensitivity for any element was estimated to be 2 pg mRNA. The calculated coefficient of variation for differential expression for all non-differentiated elements was 12–14% across the entire signal range and did not vary with array batch or tissue source. The minimum detectable fold change for differential expression was 1.4. Accuracy, in terms of bias (observed minus expected differential expression ratio), was less than 1 part in 10 000 for all non-differentiated elements. The results presented in this report demonstrate the reproducible performance of the cDNA microarray technology platform and the methods provide a useful framework for evaluating other technologies that monitor changes in global mRNA expression.

Roles for genomic imprinting and the zygotic genome in placental development

The placenta contains several types of feto-maternal interfaces where zygote-derived cells interact with maternal cells or maternal blood for the promotion of fetal growth and viability. The genetic factors regulating the interactions between different cell types within feto-maternal interfaces and the relative contributions of the maternal and zygotic genomes are poorly understood. Genomic imprinting, the epigenetic process responsible for parental origin-dependent functional differences between homologous chromosomes, has been proposed to contribute to these events. Previous studies showed that mouse conceptuses with an absence of imprinted differences between the two copies of chromosome 12 (upon paternal inheritance of both copies) die late in gestation and have a variety of defects, including placentomegaly. Here we examined the role of chromosome 12 imprinting in these placentae in more detail. We show that the spatial interactions between different cell types within feto-maternal interfaces are defective and identify abnormal behaviors in both zygote-derived and maternal cells that are attributed to the genome of the zygote but not the mother. These include compromised invasion of the maternal decidualized endometrium and the central maternal artery situated within it by zygote-derived trophoblast, abnormalities in the wall of the central maternal artery, and defects within the zygote-derived cellular layer of the labyrinth, which is in direct contact with maternal blood. These findings demonstrate multiple roles for chromosome 12 imprinting in the placenta that have not previously been associated with imprinting effects. They provide insights into the function of imprinting in placental development and have evolutionary and clinical implications.

Alternative splicing of exon 3 of the human growth hormone receptor is the result of an unusual genetic polymorphism.

Two isoforms of the human growth hormone receptor (hGHR), which differ in the presence (hGHRwt) or absence (hGHRd3) of exon 3, are expressed in the placenta. Specifically, three expression patterns are observed: only hGHRwt, only hGHRd3, or an approximately 1:1 combination of both isoforms. We investigated several potential regulatory mechanisms which might account for the expression of the hGHR isoforms. The frequency of hGHRd3 expression did not change when placentas from differing stages of gestation were examined, suggesting splicing was not developmentally regulated. However, when hGHR isoform expression patterns were examined in each component of a given placenta, it was evident that alternative splicing of exon 3 is individual-specific. Surprisingly, the individual-specific regulation of hGHR isoforms appears to be the result of a polymorphism in the hGHR gene. We analyzed hGHRwt and hGHRd3 expression in Hutterite pedigrees, and our results are consistent with a simple Mendelian inheritance of two differing alleles in which exon 3 is spliced in an "all-or-none" fashion. We conclude the alternative splicing of exon 3 in hGHR transcripts is the result of an unusual polymorphism which significantly alters splicing of the hGHR transcript and that the relatively high frequency (approximately 10%) of homozygous hGHRd3 expression suggests the possibility it may play a role in polygenic determined events.

Provirus integration into a gene encoding a ubiquitin-conjugating enzyme results in a placental defect and embryonic lethality.

Ubiquitin-conjugating enzymes (E2 or Ubc) constitute a family of conserved proteins that play a key role in ubiquitin-dependent degradation of proteins in eukaryotes. We describe here a transgenic mouse strain where retrovirus integration into an Ubc gene, designated UbcM4, results in a recessive-lethal mutation. UbcM4 is the mouse homologue of the previously described human UbcH7 that is involved in the in vitro ubiquitination of several proteins including the tumor suppressor protein p53. The provirus is located in the first intron of the gene. When both alleles are mutated the level of steady-state mRNA is reduced by about 70%. About a third of homozygous mutant embryos die around day 11.5 of gestation. Embryos that survive that stage are growth retarded and die perinatally. The lethal phenotype is most likely caused by impairment of placenta development as this is the only organ that consistently showed pathological defects. The placental labyrinth is drastically reduced in size and vascularization is disturbed. The UbcM4 mouse mutant represents the first example in mammals of a mutation in a gene involved in ubiquitin conjugation. Its recessive-lethal phenotype demonstrates that the ubiquitin system plays an essential role during mouse development.

Megalin-mediated endocytosis of transcobalamin-vitamin-B12 complexes suggests a role of the receptor in vitamin-B12 homeostasis.

Kidney cortex is a main target for circulating vitamin B12 (cobalamin) in complex with transcobalamin (TC). Ligand blotting of rabbit kidney cortex with rabbit 125I-TC-B12 and human TC-57Co-B12 revealed an exclusive binding to megalin, a 600-kDa endocytic receptor present in renal proximal tubule epithelium and other absorptive epithelia. The binding was Ca2+ dependent and inhibited by receptor-associated protein (RAP). Surface plasmon resonance analysis demonstrated a high-affinity interaction between purified rabbit megalin and rabbit TC-B12 but no measurable affinity of the vitamin complex for the homologous alpha 2-macroglobulin receptor (alpha 2MR)/low density lipoprotein receptor related protein (LRP). 125I-TC-B12 was efficiently endocytosed in a RAP-inhibitable manner in megalin-expressing rat yolk sac carcinoma cells and in vivo microperfused rat proximal tubules. The radioactivity in the tubules localized to the endocytic compartments and a similar apical distribution in the proximal tubules was demonstrated after intravenous injection of 125I-TC-B12. The TC-B12 binding sites in the proximal tubule epithelium colocalized with megalin as shown by ligand binding to cryosections of rat kidney cortex, and the binding was inhibited by anti-megalin polyclonal antibody, EDTA, and RAP. These data show a novel nutritional dimension of megalin as a receptor involved in the cellular uptake of vitamin B12. The expression of megalin in absorptive epithelia in the kidney and other tissues including yolk sac and placenta suggests a role of the receptor in vitamin B12 homeostasis and fetal vitamin B12 supply.

Aberrant platelet-derived growth factor alpha-receptor transcript as a diagnostic marker for early human germ cell tumors of the adult testis.

Testicular germ cell tumors are the most common form of cancer in young adult males. They result from a derangement of primordial germ cells, and they grow out from a noninvasive carcinoma-in-situ precursor. Since carcinoma in situ can readily be cured by low-dose irradiation, there is a great incentive for non- or minimally invasive methods for detection of carcinoma in situ. We have recently shown that human Tera-2 embryonal carcinoma cells, obtained from a nonseminomatous testicular germ cell tumor, show alternative splicing and alternative promoter use of the platelet-derived growth factor alpha-receptor gene, giving rise to a unique 1.5-kb transcript. In this study we have set up a reverse transcriptase-polymerase chain reaction strategy for characterization of the various transcripts for this receptor. Using this technique, we show that a panel of 18 seminomas and II nonseminomatous testicular germ cell tumors all express the 1.5-kb transcript. In addition, a panel of 27 samples of testis parenchyma with established carcinoma in situ were all found to be positive for the 1.5-kb transcript, while parenchyma lacking carcinoma in situ, placenta, and control semen were all negative. These data show that the 1.5-kb platelet-derived growth factor alpha-receptor transcript can be used as a highly selective marker for detection of early stages of human testicular germ cell tumors.

Vascular endothelial growth factor B, a novel growth factor for endothelial cells.

We have isolated and characterized a novel growth factor for endothelial cells, vascular endothelial growth factor B (VEGF-B), with structural similarities to vascular endothelial growth factor (VEGF) and placenta growth factor. VEGF-B was particularly abundant in heart and skeletal muscle and was coexpressed with VEGF in these and other tissues. VEGF-B formed cell-surface-associated disulfide-linked homodimers and heterodimerized with VEGF when coexpressed. Conditioned medium from transfected 293EBNA cells expressing VEGF-B stimulated DNA synthesis in endothelial cells. Our results suggest that VEGF-B has a role in angiogenesis and endothelial cell growth, particularly in muscle.

Vascular endothelial growth factor-related protein: a ligand and specific activator of the tyrosine kinase receptor Flt4.

The tyrosine kinases Flt4, Flt1, and Flk1 (or KDR) constitute a family of endothelial cell-specific receptors with seven immunoglobulin-like domains and a split kinase domain. Flt1 and Flk1 have been shown to play key roles in vascular development; these two receptors bind and are activated by vascular endothelial growth factor (VEGF). No ligand has been identified for Flt4, whose expression becomes restricted during development to the lymphatic endothelium. We have identified cDNA clones from a human glioma cell line that encode a secreted protein with 32% amino acid identity to VEGF. This protein, designated VEGF-related protein (VRP), specifically binds to the extracellular domain of Flt4, stimulates the tyrosine phosphorylation of Flt4 expressed in mammalian cells, and promotes the mitogenesis of human lung endothelial cells. VRP fails to bind appreciably to the extracellular domain of Flt1 or Flk1. The protein contains a C-terminal, cysteine-rich region of about 180 amino acids that is not found in VEGF. A 2.4-kb VRP mRNA is found in several human tissues including adult heart, placenta, ovary, and small intestine and in fetal lung and kidney.

A pregnancy-specific glycoprotein is expressed in the brain and serves as a receptor for mouse hepatitis virus.

Mouse hepatitis virus (MHV), a murine coronavirus known to cause encephalitis and demyelination, uses murine homologues of carcinoembryonic antigens as receptors. However, the expression of these receptors is extremely low in the brain. By low-stringency screening of a mouse brain cDNA library, we have identified a member of the pregnancy-specific glycoprotein (PSG) subgroup of the carcinoembryonic antigen gene family. Unlike other PSG that are expressed in the placenta, it is expressed predominantly in the brain. Transfection of the cDNA into COS-7 cells, which lack a functional MHV receptor, conferred susceptibility to infection by some MHV strains, including A59, MHV-2, and MHV-3, but not JHM. Thus, this is a virus strain-specific receptor. The detection of multiple receptors for MHV suggests the flexibility of this virus in receptor utilization. The identification of this virus in receptor utilization. The identification of a PSG predominantly expressed in the brain also expands the potential functions of these molecules.

GAIP, a protein that specifically interacts with the trimeric G protein G alpha i3, is a member of a protein family with a highly conserved core domain.

Using the yeast two-hybrid system we have identified a human protein, GAIP (G Alpha Interacting Protein), that specifically interacts with the heterotrimeric GTP-binding protein G alpha i3. Interaction was verified by specific binding of in vitro-translated G alpha i3 with a GAIP-glutathione S-transferase fusion protein. GAIP is a small protein (217 amino acids, 24 kDa) that contains two potential phosphorylation sites for protein kinase C and seven for casein kinase 2. GAIP shows high homology to two previously identified human proteins, GOS8 and 1R20, two Caenorhabditis elegans proteins, CO5B5.7 and C29H12.3, and the FLBA gene product in Aspergillus nidulans--all of unknown function. Significant homology was also found to the SST2 gene product in Saccharomyces cerevisiae that is known to interact with a yeast G alpha subunit (Gpa1). A highly conserved core domain of 125 amino acids characterizes this family of proteins. Analysis of deletion mutants demonstrated that the core domain is the site of GAIP's interaction with G alpha i3. GAIP is likely to be an early inducible phosphoprotein, as its cDNA contains the TTTTGT sequence characteristic of early response genes in its 3'-untranslated region. By Northern analysis GAIP's 1.6-kb mRNA is most abundant in lung, heart, placenta, and liver and is very low in brain, skeletal muscle, pancreas, and kidney. GAIP appears to interact exclusively with G alpha i3, as it did not interact with G alpha i2 and G alpha q. The fact that GAIP and Sst2 interact with G alpha subunits and share a common domain suggests that other members of the GAIP family also interact with G alpha subunits through the 125-amino-acid core domain.

4-Hydroxylation of estradiol by human uterine myometrium and myoma microsomes: implications for the mechanism of uterine tumorigenesis.

Estradiol is converted to catechol estrogens via 2- and 4-hydroxylation by cytochrome P450 enzymes. 4-Hydroxyestradiol elicits biological activities distinct from estradiol, most notably an oxidant stress response induced by free radicals generated by metabolic redox cycling reactions. In this study, we have examined 2- and 4-hydroxylation of estradiol by microsomes of human uterine myometrium and of associated myomata. In all eight cases studied, estradiol 4-hydroxylation by myoma has been substantially elevated relative to surrounding myometrial tissue (minimum, 2-fold; mean, 5-fold). Estradiol 2-hydroxylation in myomata occurs at much lower rates than 4-hydroxylation (ratio of 4-hydroxyestradiol/2-hydroxyestradiol, 7.9 +/- 1.4) and does not significantly differ from rates in surrounding myometrial tissue. Rates of myometrial 2-hydroxylation of estradiol were also not significantly different from values in patients without myomata. We have used various inhibitors to establish that 4-hydroxylation is catalyzed by a completely different cytochrome P450 than 2-hydroxylation. In myoma, alpha-naphthoflavone and a set of ethynyl polycyclic hydrocarbon inhibitors (5 microM) each inhibited 4-hydroxylation more efficiently (up to 90%) than 2-hydroxylation (up to 40%), indicating > 10-fold differences in Ki (<0.5 microM vs. > 5 microM). These activities were clearly distinguished from the selective 2-hydroxylation of estradiol in placenta by aromatase reported previously (low Km, inhibition by Fadrozole hydrochloride or ICI D1033). 4-Hydroxylation was also selectively inhibited relative to 2-hydroxylation by antibodies raised against cytochrome P450 IB1 (rat) (53 vs. 17%). These data indicate that specific 4-hydroxylation of estradiol in human uterine tissues is catalyzed by a form(s) of cytochrome P450 related to P450 IB1, which contribute(s) little to 2-hydroxylation. This enzyme(s) is therefore a marker for uterine myomata and may play a role in the etiology of the tumor.

Human steroidogenic acute regulatory protein: functional activity in COS-1 cells, tissue-specific expression, and mapping of the structural gene to 8p11.2 and a pseudogene to chromosome 13.

Steroidogenic acute regulatory protein (StAR) appears to mediate the rapid increase in pregnenolone synthesis stimulated by tropic hormones. cDNAs encoding StAR were isolated from a human adrenal cortex library. Human StAR, coexpressed in COS-1 cells with cytochrome P450scc and adrenodoxin, increased pregnenolone synthesis > 4-fold. A major StAR transcript of 1.6 kb and less abundant transcripts of 4.4 and 7.5 kb were detected in ovary and testis. Kidney had a lower amount of the 1.6-kb message. StAR mRNA was not detected in other tissues including placenta. Treatment of granulosa cells with 8-bromo-adenosine 3',5'-cyclic monophosphate for 24 hr increased StAR mRNA 3-fold or more. The structural gene encoding StAR was mapped using somatic cell hybrid mapping panels to chromosome 8p. Fluorescence in situ hybridization placed the StAR locus in the region 8p11.2. A StAR pseudogene was mapped to chromosome 13. We conclude that StAR expression is restricted to tissues that carry out mitochondrial sterol oxidations subject to acute regulation by cAMP and that StAR mRNA levels are regulated by cAMP.

La riproduzione nei rettili: nuove prospettive e sviluppi futuri

L’allevamento in cattività dei rettili è in costante crescita negli ultimi anni e richiede conoscenze mediche sempre più specialistiche per far fronte ai numerosi problemi legati a questi animali. Il corretto approccio medico prevede una profonda conoscenza delle specie prese in esame dal momento che la maggior parte delle problematiche riproduttive di questi animali sono legate ad una non corretta gestione dei riproduttori. L’apparato riproduttore dei rettili è estremamente vario a seconda delle specie prese in considerazione. Sauri ed ofidi possiedono due organi copulatori denominati emipeni e posizionati alla base della coda caudalmente alla cloaca che vengono estroflessi alternativamente durante l’accoppiamento per veicolare lo spera all’interno della cloaca della femmina. In questi animali il segmento posteriore renale è chiamato segmento sessuale, perché contribuisce alla formazione del fluido seminale. Tale porzione, durante la stagione dell’accoppiamento, diventa più voluminosa e cambia drasticamente colore, tanto che può essere confusa con una manifestazione patologica. I cheloni al contrario possiedono un unico pene che non viene coinvolto nella minzione. In questi animali. I testicoli sono due e sono situati all’interno della cavità celomatica in posizione cranioventrale rispetto ai reni. I testicoli possono variare notevolmente sia come forma che come dimensione a seconda del periodo dell’anno. Il ciclo estrale dei rettili è regolato, come pure nei mammiferi, dagli ormoni steroidei. La variazione di questi ormoni a livello ematico è stata studiato da diversi autori con il risultato di aver dimostrato come la variazione dei dosaggi degli stessi determini l’alternanza delle varie fasi del ciclo riproduttivo. La relazione tra presenza di uova (anche placentari) ed alti livelli di progesterone suggerisce che questo ormone gioca un ruolo importante nelle riproduzione delle specie ovipare per esempio stimolando la vascolarizzazione degli ovidutti durante i tre mesi in cui si ha lo sviluppo delle uova. Il 17-beta estradiolo è stato descritto come un ormone vitellogenico grazie alla sua capacità di promuovere lo sviluppo dei follicoli e la formazione di strati protettivi dell’uovo. L’aumento del livello di estradiolo osservato esclusivamente nelle femmine in fase vitellogenica è direttamente responsabile della mobilizzazione delle riserve materne in questa fase del ciclo. Va sottolineato come il progesterone sia in effetti un antagonista dell’estradiolo, riducendo la vitellogenesi e intensificando gli scambi materno fetali a livello di ovidutto. Le prostaglandine (PG) costituiscono un gruppo di molecole di origine lipidica biologicamente attive, sintetizzate sotto varie forme chimiche. Sono noti numerosi gruppi di prostaglandine ed è risputo che pesci, anfibi, rettili e mammiferi sintetizzano una o più prostaglandine partendo da acidi grassi precursori. Queste sostanze anche nei rettili agiscono sulla mucosa dell’utero aumentandone le contrazioni e sui corpi lutei determinandone la lisi. La maturità sessuale dei rettili, dipende principalmente dalla taglia piuttosto che dall’età effettiva dell’animale. In cattività, l’alimentazione e le cure dell’allevatore, possono giocare un ruolo fondamentale nel raggiungimento della taglia necessaria all’animale per maturare sessualmente. Spesso, un animale d’allevamento raggiunge prima la maturità sessuale rispetto ai suoi simili in natura. La maggior parte dei rettili sono ovipari, ovvero depongono uova con guscio sulla sabbia o in nidi creati appositamente. La condizione di ovoviviparità è riscontrabile in alcuni rettili. Le uova, in questo caso, vengono ritenute all’interno del corpo, fino alla nascita della progenie. Questa può essere considerata una strategia evolutiva di alcuni animali, che in condizioni climatiche favorevoli effettuano l’ovo deposizione, ma se il clima non lo permette, ritengono le uova fino alla nascita della prole. Alcuni serpenti e lucertole sono vivipari, ciò significa che l’embrione si sviluppa all’interno del corpo dell’animale e che è presente una placenta. I piccoli fuoriescono dal corpo dell’animale vivi e reattivi. La partenogenesi è una modalità di riproduzione asessuata, in cui si ha lo sviluppo dell’uovo senza che sia avvenuta la fecondazione. Trenta specie di lucertole e alcuni serpenti possono riprodursi con questo metodo. Cnemidophorus uniparens, C. velox e C. teselatus alternano la partenogenesi a una riproduzione sessuata, a seconda della disponibilità del maschio. La maggior parte dei rettili non mostra alcuna cura materna per le uova o per i piccoli che vengono abbandonati al momento della nascita. Esistono tuttavia eccezioni a questa regola generale infatti alcune specie di pitoni covano le uova fino al momento della schiusa proteggendole dai predatori e garantendo la giusta temperatura e umidità. Comportamenti di guardia al nido sono poi stati documentati in numerosi rettili, sia cheloni che sauri che ofidi. Nella maggior parte delle tartarughe, la riproduzione è legata alla stagione. Condizioni favorevoli, possono essere la stagione primaverile nelle zone temperate o la stagione umida nelle aree tropicali. In cattività, per riprodurre queste condizioni, è necessario fornire, dopo un periodo di ibernazione, un aumento del fotoperiodo e della temperatura. L’ atteggiamento del maschio durante il corteggiamento è di notevole aggressività, sia nei confronti degli altri maschi, con i quali combatte copiosamente, colpendoli con la corazza e cercando di rovesciare sul dorso l’avversario, sia nei confronti della femmina. Infatti prima della copulazione, il maschio insegue la femmina, la sperona, la morde alla testa e alle zampe e infine la immobilizza contro un ostacolo. Il comportamento durante la gravidanza è facilmente riconoscibile. La femmina tende ad essere molto agitata, è aggressiva nei confronti delle altre femmine e inizia a scavare buche due settimane prima della deposizione. La femmina gravida costruisce il nido in diverse ore. Scava, con gli arti anteriori, buche nel terreno e vi depone le uova, ricoprendole di terriccio e foglie con gli arti posteriori. A volte, le tartarughe possono trattenere le uova, arrestando lo sviluppo embrionale della prole per anni quando non trovano le condizioni adatte a nidificare. Lo sperma, inoltre, può essere immagazzinato nell’ovidotto fino a sei anni, quindi la deposizione di uova fertilizzate può verificarsi senza che sia avvenuto l’accoppiamento durante quel ciclo riproduttivo. I comportamenti riproduttivi di tutte le specie di lucertole dipendono principalmente dalla variazione stagionale, correlata al cambiamento di temperatura e del fotoperiodo. Per questo, se si vuole far riprodurre questi animali in cattività, è necessario valutare per ogni specie una temperatura e un’illuminazione adeguata. Durante il periodo riproduttivo, un atteggiamento caratteristico di diverse specie di lucertole è quello di riprodurre particolari danze e movimenti ritmici della testa. In alcune specie, possiamo notare il gesto di estendere e retrarre il gozzo per mettere in evidenza la sua brillante colorazione e richiamare l’attenzione della femmina. L’aggressività dei maschi, durante la stagione dell’accoppiamento, è molto evidente, in alcuni casi però, anche le femmine tendono ad essere aggressive nei confronti delle altre femmine, specialmente durante l’ovo deposizione. La fertilizzazione è interna e durante la copulazione, gli spermatozoi sono depositati nella porzione anteriore della cloaca femminile, si spostano successivamente verso l’alto, dirigendosi nell’ovidotto, in circa 24-48 ore; qui, fertilizzano le uova che sono rilasciate nell’ovidotto dall’ovario. Negli ofidi il corteggiamento è molto importante e i comportamenti durante questa fase possono essere diversi da specie a specie. I feromoni specie specifici giocano un ruolo fondamentale nell’attrazione del partner, in particolar modo in colubridi e crotalidi. La femmina di queste specie emette una traccia odorifera, percepita e seguita dal maschio. Prima dell’accoppiamento, inoltre, il maschio si avvicina alla femmina e con la sua lingua bifida o con il mento, ne percorre tutto il corpo per captare i feromoni. Dopo tale comportamento, avviene la copulazione vera e propria con la apposizione delle cloache; gli emipeni vengono utilizzati alternativamente e volontariamente dal maschio. Durante l’ovulazione, il serpente aumenterà di volume nella sua metà posteriore e contrazioni muscolari favoriranno lo spostamento delle uova negli ovidotti. In generale, se l’animale è oviparo, avverrà una muta precedente alla ovo deposizione, che avviene prevalentemente di notte. Gli spermatozoi dei rettili sono morfologicamente simili a quelli di forme superiori di invertebrati. La fecondazione delle uova, da parte di spermatozoi immagazzinati nel tratto riproduttivo femminile, è solitamente possibile anche dopo mesi o perfino anni dall’accoppiamento. La ritenzione dei gameti maschili vitali è detta amphigonia retardata e si ritiene che questa caratteristica offra molti benefici per la sopravvivenza delle specie essendo un adattamento molto utile alle condizioni ambientali quando c’è una relativa scarsità di maschi conspecifici disponibili. Nell’allevamento dei rettili in cattività un accurato monitoraggio dei riproduttori presenta una duplice importanza. Permette di sopperire ad eventuali errori di management nel caso di mancata fertilizzazione e inoltre permette di capire quale sia il grado di sviluppo del prodotto del concepimento e quindi di stabilire quale sia il giorno previsto per la deposizione. Le moderne tecniche di monitoraggio e l’esperienza acquisita in questi ultimi anni permettono inoltre di valutare in modo preciso lo sviluppo follicolare e quindi di stabilire quale sia il periodo migliore per l’accoppiamento. Il dimorfismo sessuale nei serpenti è raro e anche quando presente è poco evidente. Solitamente nei maschi, la coda risulta essere più larga rispetto a quella della femmina in quanto nel segmento post-cloacale vi sono alloggiati gli emipeni. Il maschio inoltre, è generalmente più piccolo della femmina a parità di età. Molti cheloni sono sessualmente dimorfici sebbene i caratteri sessuali secondari siano poco apprezzabili nei soggetti giovani e diventino più evidenti dopo la pubertà. In alcune specie si deve aspettare per più di 10 anni prima che il dimorfismo sia evidente. Le tartarughe di sesso maschile tendono ad avere un pene di grosse dimensioni che può essere estroflesso in caso di situazioni particolarmente stressanti. I maschi sessualmente maturi di molte specie di tartarughe inoltre tendono ad avere una coda più lunga e più spessa rispetto alle femmine di pari dimensioni e la distanza tra il margine caudale del piastrone e l’apertura cloacale è maggiore rispetto alle femmine. Sebbene la determinazione del sesso sia spesso difficile nei soggetti giovani molti sauri adulti hanno dimorfismo sessuale evidente. Nonostante tutto comunque anche tra i sauri esistono molte specie come per esempio Tiliqua scincoides, Tiliqua intermedia, Gerrhosaurus major e Pogona vitticeps che anche in età adulta non mostrano alcun carattere sessuale secondario evidente rendendone molto difficile il riconoscimento del sesso. Per garantire un riconoscimento del sesso degli animali sono state messe a punto diverse tecniche di sessaggio che variano a seconda della specie presa in esame. L’eversione manuale degli emipeni è la più comune metodica utilizzata per il sessaggio dei giovani ofidi ed in particolare dei colubridi. I limiti di questa tecnica sono legati al fatto che può essere considerata attendibile al 100% solo nel caso di maschi riconosciuti positivi. L’eversione idrostatica degli emipeni esattamente come l’eversione manuale degli emipeni si basa sull’estroflessione di questi organi dalla base della coda, pertanto può essere utilizzata solo negli ofidi e in alcuni sauri. La procedura prevede l’iniezione di fluido sterile (preferibilmente soluzione salina isotonica) nella coda caudalmente all’eventuale posizione degli emipeni. Questa tecnica deve essere eseguita solo in casi eccezionali in quanto non è scevra da rischi. L’utilizzo di sonde cloacali è il principale metodo di sessaggio per gli ofidi adulti e per i sauri di grosse dimensioni. Per questa metodica si utilizzano sonde metalliche dello spessore adeguato al paziente e con punta smussa. Nei soggetti di genere maschile la sonda penetra agevolmente al contrario di quello che accade nelle femmine. Anche gli esami radiografici possono rendersi utili per il sessaggio di alcune specie di Varani (Varanus achanturus, V. komodoensis, V. olivaceus, V. gouldi, V. salvadorii ecc.) in quanto questi animali possiedono zone di mineralizzazione dei tessuti molli (“hemibacula”) che possono essere facilmente individuate nei maschi. Diversi studi riportano come il rapporto tra estradiolo e androgeni nel plasma o nel liquido amniotico sia un possibile metodo per identificare il genere sessuale delle tartarughe. Per effettuare il dosaggio ormonale, è necessario prelevare un campione di sangue di almeno 1 ml ad animale aspetto che rende praticamente impossibile utilizzare questo metodo di sessaggio nelle tartarughe molto piccole e nei neonati. L’ecografia, volta al ritrovamento degli emipeni, sembra essere un metodo molto preciso, per la determinazione del sesso nei serpenti. Uno studio compiuto presso il dipartimento di Scienze Medico Veterinarie dell’Università di Parma, ha dimostrato come questo metodo abbia una sensibilità, una specificità e un valore predittivo positivo e negativo pari al 100%. La radiografia con mezzo di contrasto e la tomografia computerizzata possono essere utilizzate nel sessaggio dei sauri, con buoni risultati. Uno studio, compiuto dal dipartimento di Scienze Medico Veterinarie, dell’Università di Parma, ha voluto mettere a confronto diverse tecniche di sessaggio nei sauri, tra cui l’ecografia, la radiografia con e senza mezzo di contrasto e la tomografia computerizzata con e senza mezzo di contrasto. I risultati ottenuti, hanno dimostrato come l’ecografia non sia il mezzo più affidabile per il riconoscimento degli emipeni e quindi del sesso dell’animale, mentre la radiografia e la tomografia computerizza con mezzo di contrasto siano tecniche affidabili e accurate in queste specie. Un metodo valido e facilmente realizzabile per il sessaggio dei cheloni anche prepuberi è la cistoscopia. In un recente studio la cistoscopia è stata effettuata su quindici cheloni deceduti e venticinque cheloni vivi, anestetizzati. In generale, questo metodo si è dimostrato non invasivo per le tartarughe, facilmente ripetibile in diversi tipi di tartarughe e di breve durata. Tra le principali patologie riproduttive dei rettili le distocie sono sicuramente quelle che presentano una maggior frequenza. Quando si parla di distocia nei rettili, si intendono tutte quelle situazioni in cui si ha una mancata espulsione e deposizione del prodotto del concepimento entro tempi fisiologici. Questa patologia è complessa e può dipendere da diverse cause. Inoltre può sfociare in malattie sistemiche a volte molto severe. Le distocie possono essere classificate in ostruttive e non ostruttive in base alle cause. Si parla di distocia ostruttiva quando si verificano delle condizioni per cui viene impedito il corretto passaggio delle uova lungo il tratto riproduttivo (Fig.13). Le cause possono dipendere dalla madre o dalle caratteristiche delle uova. Nel caso di distocia non ostruttiva le uova rinvenute sono solitamente di dimensioni normali e la conformazione anatomica della madre è fisiologica. L’eziologia è da ricercare in difetti comportamentali, ambientali e patologici. Non esistono sintomi specifici e patognomonici di distocia. La malattia diviene evidente e conclamata solamente in presenza di complicazioni. Gli approcci terapeutici possibili sono vari a seconda della specie animale e della situazione. Fornire un’area adeguata per la nidiata: se la distocia non è ostruttiva si può cercare di incoraggiare l’animale a deporre autonomamente le uova creando un idoneo luogo di deposizione. Il trattamento medico prevede la stimolazione della deposizione delle uova ritenute mediante l’induzione con ossitocina. L’ossitocina viene somministrata alle dosi di 1/3 UI/kg per via intramuscolare. Uno studio condotto presso l’Università veterinaria di Parma ha comparato le somministrazioni di ossitocina per via intramuscolare e per via intravenosa, confrontando le tempistiche con le quali incominciano le contrazioni e avviene la completa ovodeposizione e dimostrando come per via intravenosa sia possibile somministrare dosi più basse rispetto a quelle riportate solitamente in letteratura ottenendo comunque un ottimo risultato. Nel caso in cui il trattamento farmacologico dovesse fallire o non fosse attuabile, oppure in casi di distocia ostruttiva è possibile ricorrere alla chirurgia. Per stasi follicolare si intende la incapacità di produrre sufficiente quantità di progesterone da corpi lutei perfettamente funzionanti. Come per la distocia, l’eziologia della stasi follicolare è variegata e molto ampia: le cause possono essere sia ambientali che patologiche. La diagnosi clinica viene fatta essenzialmente per esclusione. Come per la distocia, anche in questo caso l’anamnesi e la raccolta del maggior quantitativo di informazioni è fondamentale per indirizzarsi verso il riconoscimento della patologia. Per prolasso si intende la fuoriuscita di un organo attraverso un orifizio del corpo. Nei rettili, diversi organi possono prolassare attraverso la cloaca: la porzione terminale dell’apparato gastroenterico, la vescica urinaria, il pene nel maschio (cheloni) e gli ovidutti nella femmina. In sauri e ofidi gli emipeni possono prolassare dalle rispettive tasche in seguito ad eccesiva attività sessuale97. La corretta identificazione del viscere prolassato è estremamente importante e deve essere effettuata prima di decidere qualsiasi tipologia di trattamento ed intervento. Nei casi acuti e non complicati è possibile la riduzione manuale dell’organo, dopo un accurato lavaggio e attenta pulizia. Se questo non dovesse essere possibile, l’utilizzo di lubrificanti e pomate antibiotiche garantisce all’organo una protezione efficiente. Nel caso in cui non si sia potuto intervenire celermente e l’organo sia andato incontro a infezione e congestione venosa prolungata con conseguente necrosi, l’unica soluzione è l’amputazione

Produção e caracterização de biomateriais acelulares bioativos obtidos a partir da decelularização de placentas

A bioengenharia de tecidos baseia-se no uso de moléculas bioativas, células-tronco e biomateriais para reparação de tecidos e/ou órgãos. Biomateriais podem ser classificados de acordo com sua origem em sintéticos ou biológicos. Biomateriais biológicos podem ser produzidos por decelularização, que visa a remoção de células da matriz extracelular (MEC), a qual deve manter sua integridade química e física. Placentas são órgãos de grande interesse na bioengenharia de tecidos visto que são descartadas após o parto e possuem grande volume de matriz extracelular. Métodos de decelularização podem ser classificados em químicos, físicos e enzimáticos. Todos conhecidamente causam alterações na MEC, sendo que a associação deles é comumente utilizada. Este trabalho comparou diferentes protocolos e estabeleceu um método mais favorável para a decelularização de placentas caninas, visando a produção de um biomaterial para futuras aplicações clínicas. Inicialmente ambas as porções - materna e fetal - das placentas foram submetidas à 10 protocolos, que avaliaram variáveis como concentração e tempo de incubação em detergentes, diferentes gradientes de temperatura e a influência da perfusão versus imersão das soluções, na MEC remanescente. Com base na transparência do tecido e na ausência de núcleo celular em cortes histológicos, dois protocolos foram selecionados (I e II). Além dos critérios já mencionados, ambos os protocolos foram comparados quanto à quantidade de DNA remanescente na MEC decelularizada e à permanência e distribuição de algumas das proteínas da matriz. O detergente SDS foi o mais eficaz na remoção de células, embora não tenha sido suficiente para promover uma decelularização tecidual completa. O congelamento prévio das placentas requereu um maior tempo de incubação posterior das amostras nos distintos detergentes. Ambos métodos de perfusão e imersão foram eficazes na remoção das células, embora grande concentração de proteínas do citoesqueleto tenham permanecido retidas na matriz. As amostras processadas pelo protocolo I (SDS 1%, 5mM EDTA + 50mM TRIS + 0,5% antibiótico, e Triton X-100 1%) apresentaram maior preservação da organização estrutural da MEC quando comparadas àquelas processadas de acordo com o protocolo II (que diferiu do anterior pela utilização de solução contendo 0,05% tripsina ao invés de 50mM TRIS), esse último método entretanto foi o que melhor removeu as células das placentas, conforme observado em lâminas histológicas e demonstrado pela menor concentração de DNA. Tanto as porções materna quanto fetal submetidas à ambos protocolos, mantiveram as proteínas laminina, fibronectina e colágeno tipo I. O colágeno tipo III foi observado somente na porção fetal. Conclui-se que o protocolo II foi o mais eficaz no processo de decelularização de placentas caninas tendo promovido a remoção do conteúdo celular e diminuição da concentração de DNA na MEC remanescente. No entanto é necessário otimizar o tempo de incubação das placentas em soluções enzimáticas visando maior conservação do arranjo da matriz decelularizada. A análise da capacidade da MEC decelularizada por tal método para ser utilizada em bioengenharia de tecidos ainda deve ser avaliada in vitro e in vivo

Avaliação do volume e índices vasculares placentários pela ultrassonografia tridimensional em gestações com restrição grave de crescimento fetal

INTRODUÇÃO: A restrição de crescimento fetal (RCF) representa uma das principais complicações da gravidez e está associada a elevadas taxas de morbimortalidade perinatal. A frequência de desfechos desfavoráveis neonatais está diretamente relacionada à gravidade da RCF, sendo que os casos de pior evolução estão relacionados com peso abaixo do percentil 3. O mecanismo do crescimento fetal não está totalmente esclarecido, mas resulta da interação entre potencial genético de crescimento e fatores placentários, maternos e ambientais. Dentre os fatores etiológicos, o desenvolvimento anormal da placenta e a diminuição da perfusão uteroplacentária são as principais causas de RCF. Este estudo teve por objetivo avaliar volume e índices de vascularização placentários, por meio da ultrassonografia tridimensional (US3D), em gestações com RCF grave, e as correlações dos parâmetros placentários com valores de normalidade e dopplervelocimetria materno-fetal. MÉTODOS: Foram avaliadas 27 gestantes cujos fetos apresentavam peso estimado abaixo do percentil 3 para a idade gestacional. Por meio da US3D, utilizando-se a técnica VOCAL, foram mensurados o volume placentário (VP) e os índices vasculares: índice de vascularização (IV), índice de fluxo (IF) e índice de vascularização e fluxo (IVF). Os dados foram comparados com a curva de normalidade para a idade gestacional e peso fetal descrita por De Paula e cols. (2008, 2009). Desde que os volumes placentários variam durante a gravidez, os valores observados foram comparados com os valores esperados para a idade gestacional e peso fetal. Foram criados os índices volume observado/ esperado para a idade gestacional (Vo/e IG) e volume placentário observado/ esperado para o peso fetal (Vo/e PF). Os parâmetros placentários foram correlacionados com índice de pulsatilidade (IP) médio de (AUt) e IP de artéria umbilical (AU), e avaliados segundo a presença de incisura protodiastólica bilateral em AUt. RESULTADOS: Quando comparadas à curva de normalidade, as placentas de gestação com RCF grave apresentaram VP, IV, IF e IVF significativamente menores (p < 0,0001 para todos os parâmetros). Houve correlação inversa estatisticamente significante da média do PI de AUt com o Vo/e IG (r= -0,461, p= 0,018), IV (r= -0,401, p= 0,042) e IVF (r= -0,421, p= 0,048). No grupo de gestantes que apresentavam incisura protodiastólica bilateral de artérias uterinas, Vo/e IG (p= 0,014), Vo/e PF (p= 0,02) e IV (p= 0,044) foram significativamente mais baixos. Nenhum dos parâmetros placentários apresentou correlação significativa com IP de AU. CONCLUSÕES: Observou-se que o volume e os índices de vascularização placentários apresentam-se diminuídos nos fetos com RCF grave. IP médio de AUT apresenta correlação negativa com Vo/e IG, IV e IVF, e Vo/e IG, Vo/e PF e IV apresentaram-se reduzidos nos casos de incisura bilateral. Não houve correlação significativa dos parâmetros placentários com IP de AU