Sildenafil citrate (Viagra) impairs fertilization and early embryo development in mice

Objective: To determine the effects of sildenafil citrate, a cyclic monophosphate-specific type 5 phosphodiesterase inhibitor known to affect sperm function, on fertilization and early embryo cleavage.

Speciation in Red Algae: Members of the Ceramiales as Model Organisms

Red algae (Rhodophyta) are an ancient group with unusual morphological, biochemical, and life-history features including a complete absence of flagella. Although the red algae present many opportunities for studying speciation, this has rarely been explicitly addressed. Here, we examine an aspect of paternal gene flow by determining fertilization success of female Neosiphonia harveyi (Ceramiales), which retains a morphological record of all successful and unsuccessful female gametes. High fertilization rates were observed except when there were no males at all within the tidepool, or in a submerged marina environment. Small numbers of reproductive males were able to saturate fertilization rates, suggesting that limited availability of sperm may be less significant in red algae than previously thought. In another member of the Ceramiales, Antithamnion, relatively large chromosomes permit karyological identification of polyploids. The Western Pacific species Antithamnion sparsum is closely related to the diploid species Antithamnion defectum, known only from the Eastern Pacific, and appears to have evolved from it. Molecular evidence suggests that A. sparsum is an autopolyploid, and that the European species known as Antithamnion densum is divergent from the A. sparsum/defectum complex.

Long Term Use of HU210 Adversely Affects Spermatogenesis in Rats by modulating the Endocannabinoid System

Recent societal acceptance of cannabinoids as recreational and therapeutic drugs has posed a potential hazard to male reproductive health. Mammals have a highly sophisticated endogenous cannabinoid (ECS) system that regulates male (and female) reproduction and exo-cannabinoids may influence it adversely. Therefore it is imperative to determine their effects on male reproduction so that men can make informed choices as to their use. Here, an animal model was used to administer HU210, a synthetic analogue of ?9-tetrahydrocannabinol (THC) and potent cannabinoid receptor (CB) agonist to determine its effects on reproductive organ weights, spermatogenesis, testicular histology and sperm motility. Its effects on the physiological endocannabinoid system were also investigated. Spermatogenesis was markedly impaired with reductions in total sperm count after 2 weeks of exposure. Spermatogenic efficiency was depleted, and Sertoli cell number decreased as exposure time increased with seminiferous tubules showing germ cell depletion developing into atrophy in some cases. Sperm motility was also adversely affected with marked reductions from 2 weeks on. HU210 also acted on the sperm’s endocannabinoid system. Long term use of exo-cannabinoids has adverse effects on both spermatogenesis and sperm function. These findings highlight the urgent need for studies evaluating the fertility potential of male recreational drug users.

Kinship, parentage and temporal stability in nursery colonies of Leisler’s bat (Nyctalus leisleri)

Levels of genetic relatedness within bat colonies are often unknown, and consequently the reasons for group formation and social organization are unclear. The Leisler's bat (Nyctalus leisleri), like most temperate bat species, forms nursery colonies in summer. We used microsatellite markers to examine identity and to attempt to estimate relatedness among females within a nursery colony, over 2 consecutive years, to ascertain whether females show kinship and natal philopatry, testing the hypothesis that this is the basis of colony formation. Parentage and relatedness of young born within a colony was assessed to investigate mating patterns via male reproductive skew and whether males achieve mating success within their natal colony. While there was evidence for female philopatry, levels of genetic relatedness within colonies were low. This suggests that kinship is not a major determinant in group formation, as roosts also comprise a large number of distant relatives or non-kin. Roost switching and gene flow are likely to be high. Both sexes reproduced in their first year, whereas males appear to be the more dispersive sex. We argue that the physical environment as well as information sharing provided by communal roosting are likely to be important factors for the formation of these large natal colonies in N. leisleri and possibly other lineages of bats. © 2012 The Author.

Where are all the men? The marginalization of men in social scientific research on infertility

There is a wealth of research exploring the psychological consequences of infertility and assisted reproduction technology: a substantial body of sociological and anthropological work on ‘reproductive disruptions’ of many kinds and a small but growing literature on patient perspectives of the quality of care in assisted reproduction. In all these fields, research studies are far more likely to be focused on the understandings and experiences of women than those of men. This paper discusses reasons for the relative exclusion of men in what has been called the ‘psycho-social’ literature on infertility, comments on research on men from psychological and social perspectives and recent work on the quality of patient care, and makes suggestions for a reframing of the research agenda on men and assisted reproduction. Further research is needed in all areas, including: perceptions of infertility and infertility treatment seeking; experiences of treatment; information and support needs; decisions to end treatment; fatherhood post assisted conception; and the motivation and experiences of sperm donors and men who seek fatherhood through surrogacy or co-parenting. This paper argues for multimethod, interdisciplinary research that includes broader populations of men which can contribute to improved clinical practice and support for users of assisted reproduction treatment

Relative Effects of Gamete Compatibility and Hydrodynamics on Fertilization in the Green Sea Urchin Strongylocentrotus droebachiensis

Intraspecific variation in gamete compatibility among male/female pairs causes variation in the concentration of sperm required to achieve equivalent fertilization levels. Gamete compatibility is therefore potentially an important factor controlling mating success. Many broadcast-spawning marine invertebrates, however, also live in a dynamic environment where hydrodynamic conditions can affect the concentration of sperm reaching eggs during spawning. Thus flow conditions may moderate the effects of gamete compatibility on fertilization. Using the green sea urchin Strongylocentrotus droebachiensis as a model system, we assessed the relative effects of gamete compatibility (the concentration of sperm required to fertilize 50% of the eggs in specific male/female pairs; F50) and the root-mean-square of total velocity (urms; 0.01-0.11 m s(-1)) on fertilization in four locations near a spawning female (water column, wake eddy, substratum, and aboral surface) in both unidirectional and oscillatory flows. Percent fertilization decreased significantly with increasing urms at all locations and both flow regimes. However, although gamete compatibility varied by almost 1.5 orders of magnitude, it was not a significant predictor of fertilization for most combinations of position and flow. The notable exception was a significant effect of gamete compatibility on fertilization on the aboral surface under unidirectional flow. Our results suggest that selection on variation in gamete compatibility may be strongest in eggs fertilized on the aboral surface of sea urchins and that hydrodynamic conditions may add environmental noise to selection outcomes.

Disruption of vitellogenesis and spermatogenesis by triclabendazole (TCBZ) in a TCBZ-resistant isolate of Fasciola hepatica following incubation in vitro with a P-glycoprotein inhibitor

A study has been carried out to investigate whether the action of triclabendazole (TCBZ) against Fasciola hepatica is altered by inhibition of P-glycoprotein (Pgp)-linked drug efflux pumps. The Sligo TCBZ-resistant fluke isolate was used for these experiments and the Pgp inhibitor selected was R(+)-verapamil [R(+)-VPL]. In the first experiment, flukes were initially incubated for 2 h in R(+)-VPL (100 μ m), then incubated in R(+)-VPL+triclabendazole sulphoxide (TCBZ.SO) (50 μg mL-1, or 133·1 μ m) until flukes ceased movement (at 9 h post-treatment). In a second experiment, flukes were incubated in TCBZ.SO alone and removed from the incubation medium following cessation of motility (after 15 h). In the third experiment, flukes were incubated for 24 h in R(+)-VPL on its own. Changes to the testis tubules and vitelline follicles following drug treatment and following Pgp inhibition were assessed by means of light microscope histology and transmission electron microscopy. Incubation of the Sligo isolate in either R(+)-VPL or TCBZ.SO on their own had a limited impact on the morphology of the two tissues. Greater disruption was observed when the drugs were combined, in terms of the block in development of the spermatogenic and vitelline cells and the apoptotic breakdown of the remaining cells. Sperm formation was severely affected and abnormal. Large spaces appeared in the vitelline follicles and synthesis of shell protein was disrupted. The results of this study support the concept of altered drug efflux in TCBZ-resistant flukes and indicate that drug transporters may play a role in the development of drug resistance.

Fasciola hepatica from naturally infected sheep and cattle in Great Britain are diploid

Diploid (2n = 2x = 20) and triploid (2n = 3x = 30) Fasciola hepatica have been reported in the UK, and in Asia diploid, triploid and mixoploid (2x/3x) Fasciola spp. exist but there is little information to indicate how common triploidy is, particularly in UK fluke. Here the ploidy of 565 adult F. hepatica from 66 naturally infected British sheep and 150 adult F. hepatica from 35 naturally infected British cattle was determined. All 715 of these parasites were diploid, based on observation of 10 bivalent chromosomes and sperm (n = 335) or, since triploids are aspermic, sperm alone (n = 380). This constitutes the first extensive analysis of the ploidy of F. hepatica field isolates from Great Britain and shows that most F. hepatica isolated from cattle and sheep are diploid and have the capacity to sexually reproduce. These data suggest that triploidy, and by extension parthenogenesis, is rare or non-existent in wild British F. hepatica populations. Given that F. hepatica is the only species of Fasciola present in Britain our results indicate that the parasite is predominantly diploid in areas where F. hepatica exists in isolation and suggests that triploidy may only originate in natural populations where co-infection of F. hepatica and its sister species Fasciola gigantica commonly occurs.

In vitro bioassay investigations of the endocrine disrupting potential of steviol glycosides and their metabolite steviol, components of the natural sweetener Stevia

The food industry is moving towards the use of natural sweeteners such as those produced by Stevia rebaudiana due to the number of health and safety concerns surrounding artificial sweeteners. Despite the fact that these sweeteners are natural; they cannot be assumed safe. Steviol glycosides have a steroidal structure and therefore may have the potential to act as an endocrine disruptor in the body. Reporter gene assays (RGAs), H295R steroidogenesis assay and Ca(2+) fluorimetry based assays using human sperm cells have been used to assess the endocrine disrupting potential of two steviol glycosides: stevioside and rebaudioside A, and their metabolite steviol. A decrease in transcriptional activity of the progestagen receptor was seen following treatment with 25,000 ng/ml steviol in the presence of progesterone (157 ng/ml) resulting in a 31% decrease in progestagen response (p=<0.01). At the level of steroidogenesis, the metabolite steviol (500-25,000 ng/ml) increased progesterone production significantly by 2.3 fold when exposed to 10,000 ng/ml (p=<0.05) and 5 fold when exposed to 25,000 ng/ml (p=<0.001). Additionally, steviol was found to induce an agonistic response on CatSper, a progesterone receptor of sperm, causing a rapid influx of Ca(2+). The response was fully inhibited using a specific CatSper inhibitor. These findings highlight the potential for steviol to act as a potential endocrine disruptor.

Chromosome structure and behaviour in Bursaphelenchus xylophilus (Nematoda: Parasitaphelenchidae) germ cells and early embryo

Chromosome structure and behaviour in both meiosis of the germ cells and mitosis of the embryo from fertilisation to the two-cell stage in Bursaphelenchus xylophilus were examined by DAPI staining and three-dimensional reconstruction of serial-section images from confocal laser-scanning microscopy. By this method, each chromosome’s shape and behaviour were clearly visible in early embryogenesis from fertilisation through the formation and fusion of the male and female pronuclei to the first mitotic division. The male pronucleus was bigger than that of the female, although the oocyte is larger and richer in nutrients than the sperm. From the shape of the separating chromosomes at anaphase, the mitotic chromosomes appeared to be polycentric or holocentric rather than monocentric. Each chromosome was clearly distinguishable in the male and female germ cells, pronuclei of the one-cell stage embryo, and the early embryonic nuclei. The haploid number of chromosomes (N) was six (2n = 12), and all chromosomes appeared similar. The chromosome pair containing the ribosomal RNA-coding site was visualised by fluorescence in situ hybridisation. Unlike the sex determination system in Caenorhabditis elegans (XX in hermaphrodite and XO in male), the system for B. xylophilus may consist of an XX female and an XY male.

Developmental biology and cytogenetics of B. xylophilus

The pine wood nematode Bursaphelenchus xylophilus reproduces bisexually: a haploid sperm fertilizes a haploid oocyte, and the two pronuclei rearrange, move together, fuse, and begin diploid development. Early embryonic events taking place in the B. xylophilus embryo are similar to those of Caenorhabditis elegans, although the anterior-posterior axis appeares to be determined oppositely to that observed for C. elegans. Thai is, in the B. xylophilus embryo, the male pronucleus emerges at the future anterior end, whereas the female pronucleus appeares laterally. To understand the evolution of nematode developmental systems, we cloned the full length of Bx-tbb-1 (beta tubulin) from B. xylophilus cDNA and attempted to apply reverse genetics analysis to B. xylophilus. Several lengths of double stranded RNA (dsRNA) for the Bx-tbb-1 gene were synthesized by in vitro transcription, and both B. xylophilus and C. elegans were soaked in dsRNA for RNAi. Both nematodes could suck up the dsRNA, and we could detect the abnormal phenotypes caused by Bx-tbb-1 dsRNA in C. elegans, but not in B. xylophilus. We suspect that systemic RNAi might be suppressed in B. xylophilus and are attempting to establish other methods for functionally analyzing B. xylophilus genes.

Determinant factors for the use of imposex in TBT pollution monitoring

Os compostos de tributilestanho (TBT) foram utilizados como biocidas em tintas antivegetativas (AV) e amplamente aplicados, durante décadas, de forma a evitar a bioincrustação em superfícies submersas, principalmente em cascos de embarcações. Os seus efeitos deletérios em organismos não-alvo tornaram-se evidentes após o aparecimento de gastrópodes prosobrâquios com imposex – sobreposição de caracteres sexuais masculinos sobre o tracto reprodutivo das fêmeas. Desde então, a expressão do imposex em prosobrânquios tem sido amplamente utilizada como biomarcador da poluição por TBT. Um dos objectivos da presente tese é avaliar se as mais recentes restrições legais na utilização das tintas AV com compostos organoestânicos (OTs) resultaram numa redução da poluição pelos mesmos na costa continental Portuguesa. Para tal, foi levada a cabo a análise da variação temporal do imposex como biomarcador dos níveis ambientais de TBT e a validação de procedimentos, de modo a seguir de forma precisa a evolução da intensidade deste fenómeno ao longo do tempo. O trabalho de investigação teve início no momento em que a ineficácia da legislação anterior (Directiva 89/677/CEE) na redução da poluição por TBT no litoral Português era reportada na literatura e quando estavam já agendados instrumentos decisivos para a diminuição definitiva deste tipo de poluição: o Regulamento (CE) N.º 782/2003 do Parlamento e do Conselho da União Europeia (UE) que bania as tintas AV baseadas em TBT na sua frota a partir de 1 de Julho de 2003; a "Convenção Internacional sobre o Controlo de Sistemas Antivegetativos Nocivos em Navios” (Convenção AFS), adoptada em 2001 pela Organização Marítima Internacional (OMI), que procurava erradicar os OTs da frota mundial até 2008. Os níveis de imposex e as concentrações de OTs nos tecidos de fêmeas de Nucella lapillus foram medidos em 17 locais de amostragem ao longo da costa Portuguesa em 2003, a fim de se avaliarem os impactos do TBT nas populações desta espécie e de se criar uma base de dados para seguir a sua evolução futura. O índice da sequência do vaso deferente (VDSI), o índice do tamanho relativo do pénis (RPSI) e a percentagem de fêmeas afectadas por imposex (%I) foram utilizados na medição da intensidade deste fenómeno em cada local de amostragem e os seus valores variaram entre 0,20-4,04, 0,0- 42,2% e 16,7-100,0%, respectivamente. Foram encontradas fêmeas estéreis em 3 locais de amostragem, com percentagens a variar entre 4,0 e 6,2%. As concentrações de TBT e dibutilestanho (DBT) nas fêmeas variaram respectivamente entre 23-138 e <10-62 ng Sn.g-1 de peso seco, e o conteúdo em TBT nos tecidos revelou-se significativamente correlacionado com o imposex (nomeadamente com o RPSI e o VDSI). Os níveis de expressão do fenómeno e o conteúdo em OTs nos tecidos, foram superiores na proximidade de portos, confirmando as conclusões obtidas anteriormente por outros autores de que os navios e a actividade dos estaleiros são as principais fontes destes compostos no litoral Português. As infra-estruturas associadas ás principais fontes de OTs – portos, estaleiros e marinas – estão geralmente localizadas no interior de estuários, motivo pelo qual estas áreas têm vindo a ser descritas como as mais afectadas por estes poluentes. Por esta razão, foi levado a cabo o estudo pormenorizado da poluição por TBT na Ria de Aveiro, como caso de estudo representativo da poluição por estes compostos num sistema estuarino em Portugal continental. N. lapillus foi usada como bioindicador para avaliar a tendência temporal da poluição por TBT nesta área entre 1997 e 2007. Foi registada uma diminuição da intensidade do imposex após 2003, embora as melhorias mais evidentes tenham sido observadas entre 2005 e 2007, provavelmente devido à implementação do Regulamento (CE) N.º 782/2003 que proibiu a aplicação de tintas AV com TBT em navios com a bandeira da UE. Apesar desses progressos, as análises ao conteúdo em OTs nos tecidos de fêmeas de N. lapillus e em amostras de água colhidas em 2006 indicaram contaminação recente por TBT na área de estudo, evidenciando assim a permanência de fontes de poluição. A utilização de N. lapillus como bioindicador da poluição por TBT na Ria de Aveiro apresenta algumas limitações uma vez que a espécie não ocorre nas áreas mais interiores da Ria e não vive em contacto com sedimentos. Assim, a informação obtida a partir da sua utilização como bioindicador é fundamentalmente relativa aos níveis de TBT na coluna de água. Foi então necessário recorrer a um bioindicador complementar – Hydrobia ulvae – para melhor avaliar a evolução temporal da poluição por TBT no interior deste sistema estuarino e estudar a persistência de TBT nos sedimentos. Não foi registada uma diminuição dos níveis de imposex em H. ulvae na Ria de Aveiro entre 1998 e 2007, apesar da aplicação do Regulamento (CE) N.º 782/2003. Pelo contrário, houve um aumento global significativo da percentagem de fêmeas afectadas por imposex e um ligeiro aumento do VDSI, contrastando com o que tem sido descrito para outros bioindicadores na Ria de Aveiro no mesmo período. Estes resultados mostram que a diferente biologia/ecologia das espécies indicadoras determina vias distintas de acumulação de TBT, apontando a importância da escolha do bioindicador dependendo do compartimento a ser monitorizado (sedimento versus água). A ingestão de sedimento como hábito alimentar em H. ulvae foi discutida como sendo a razão para a escolha da espécie como indicadora da contaminação dos sedimentos por TBT. Foram também estudados os métodos mais fiáveis para reduzir a influência de variáveis críticas na medição dos níveis de imposex em H. ulvae. As comparações de parâmetros do imposex baseados em medições do pénis devem ser sempre realizadas sob condições de narcotização bem standardizadas uma vez que este procedimento provoca um aumento significativo do comprimento do pénis (PL) em ambos os sexos. O VDSI, a % e o PL em ambos os sexos revelaram ser fortemente influenciados pelo tamanho dos espécimes: a utilização de fêmeas mais pequenas conduz à subestimação do VDSI, da %I e do PL, enquanto que diferenças no tamanho dos machos provocam variações no índice do comprimento relativo do pénis (RPLI), independentemente dos níveis de poluição por TBT. Existe, portanto, a necessidade de controlar algumas variáveis envolvidas na análise do imposex que mostraram afectar a fiabilidade dos resultados. Uma vez que N. lapillus é o principal bioindicador dos efeitos biológicos específicos do TBT para a área da OSPAR, foi também estudada a influência de algumas variáveis na avaliação dos níveis de imposex nesta espécie, especificamente as relacionadas com o ciclo reprodutor e o tamanho dos espécimes. O estudo do ciclo reprodutor e a variação sazonal/espacial do comprimento do pénis do macho (MPL) incidiu num único local no litoral Português (Areão – região de Aveiro) de forma a avaliar se o RPSI varia sazonal e espacialmente na mesma estação de amostragem e se tais variações influenciam os resultados obtidos em programas de monitorização do imposex. Nos meses de Dezembro de 2005 a Junho de 2007, foram encontrados espécimes de N. lapillus sexualmente maturos e potencialmente aptos para a reprodução. Contudo, foi também evidente um padrão sazonal do ciclo reprodutor – o estado de desenvolvimento da gametogénese nas fêmeas variou sazonalmente e ocorreu uma diminuição do volume da glândula da cápsula e do factor de condição no final do Verão / início do Outono. Contrariamente, a gametogénese nos machos não apresentou variação sazonal significativa, embora os valores mais baixos do factor de condição, do comprimento do pénis e dos volumes de esperma e da próstata tenham também sido registados no final do Verão / início do Outono. Além disso, o MPL mostrou variar, no mesmo local de amostragem, inversamente com a distância aos ninhos de cápsulas ovígeras; um aumento dos valores do MPL foi também observado em espécimes de maior tamanho. Todas estas variações no MPL introduzem desvios nos resultados da avaliação do imposex quando é usado o RPSI. A magnitude do erro envolvido foi quantificada e revelou-se superior em locais com níveis mais elevados de poluição por TBT. Apesar do RPSI ser um índice que fornece informação importante sobre os níveis de poluição por TBT, a sua interpretação deve ser cuidadosa e realizada complementarmente com os outros índices, destacando-se o VDSI como índice mais fiável e com significado biológico mais expressivo. Novas campanhas de monitorização do imposex em N. lapillus foram realizadas ao longo da costa Portuguesa em 2006 e 2008, e os resultados subsequentemente comparados com a base de dados criada em 2003,de forma a avaliar a evolução da poluição por TBT no litoral Português naquele período. Nestes estudos foram aplicados novos procedimentos na monitorização e tratamento dos dados, de forma a minimizar a variação nos índices de avaliação do imposex induzida pelos factores acima descritos, para seguir com maior consistência a tendência da poluição por TBT entre 2003 e 2008. Foi observado um declínio global significativo na intensidade de imposex na área de estudo durante o referido período e a qualidade ecológica da costa Portuguesa, segundo os termos definidos pela Comissão OSPAR, revelou melhorias notáveis após 2003 confirmando a eficácia do Regulamento (CE) N.º 782/2003. Não obstante, as populações de N. lapillus revelaram-se ainda amplamente afectadas por imposex, tendo sido detectadas emissões de TBT na água do mar ao longo da costa em 2006, apesar da restrição anteriormente referida. Estes inputs foram atribuídos principalmente aos navios que à data ainda circulavam com tintas AV com TBT aplicadas antes de 2003, uma vez que a sua utilização nas embarcações foi apenas proibida em 2008. Considerando que o Regulamento (CE) N.º 782/2003 constitui uma antecipação da proibição global da OMI que entrou em vigor em Setembro de 2008, prevê-se, por analogia, que haja uma rápida diminuição da poluição por TBT à escala mundial num futuro próximo. Na sequência desta previsão, é apresentada uma discussão teórica preliminar relativamente ás possíveis estratégias usadas por N. lapillus na recolonização de locais onde, no passado, as populações terão aparentemente sido extintas devido a níveis extremamente elevados de TBT. Estes locais são tipicamente zonas abrigadas junto de infra-estruturas portuárias, cuja recolonização por esta espécie será provavelmente muito lenta dada a mobilidade reduzida dos adultos e o ciclo de vida não apresentar fase larvar pelágica. Foram então equacionadas duas hipotéticas vias de recolonização de zonas abrigadas por espécimes provenientes de populações de costa aberta/exposta: a migração de adultos e/ou a dispersão de juvenis. No entanto, em ambos os casos, estaria implicada a transposição de um problema amplamente descrito na bibliografia: as populações de N. lapillus de costa aberta podem apresentar um fenótipo muito diferente das de zonas abrigadas, podendo inclusivamente variar no número de cromossomas. A recolonização pode portanto não ter sucesso pelo simples facto dos novos recrutas não estarem bem adaptados aos locais a recolonizar. Para analisar este problema, foram estudados tanto a forma da concha de espécimes de N. lapillus ao longo da costa Portuguesa como o respectivo número de cromossomas. Embora a forma da concha tenha revelado diferenças, de acordo com o grau de hidrodinamismo entre as populações de N. lapillus avaliadas, o cariótipo 2n = 26, típico de zonas expostas, foi registado em todos os locais amostrados. Por outro lado, foi também testada em laboratório a possível mortalidade de juvenis em dispersão no interior menos salino dos estuários. Foi então verificada a ocorrência de mortalidade elevada de juvenis expostos a salinidades baixas (=100% após 1 hora a salinidades ≤9 psu), o que também pode comprometer a recolonização de zonas estuarinas menos salinas por esta via. Mesmo assim, os juvenis mostraram um comportamento de flutuação à superfície da água em condições laboratoriais, que pode ser considerado um benefício específico na colonização de áreas mais internas dos estuários, se tal facto vier a ser confirmado em estudos de campo. As conclusões deste estudo contribuem certamente para a descrição do final da “história do TBT” dado que, uma vez controlados alguns factores determinantes no uso do imposex como biomarcador, a avaliação do declínio da poluição por estes compostos, agora esperado à escala global, se torna mais rigorosa.

Avaliação do efeito de metais pesados na fertilidade do ratinho

A infertilidade é um problema actual que afecta cerca de 8 a 12% dos casais em idade fértil, sendo 50% dos casos atribuídos ao factor masculino. A exposição ocupacional e/ou ambiental a metais pesados representa uma das suas principais causas. O chumbo, o cádmio e o crómio são metais com elevada utilização industrial e muito persistentes no ambiente, sendo motivo de grande preocupação devido aos seus efeitos na saúde reprodutiva dos trabalhadores e da população em geral. Neste trabalho estudaram-se os efeitos do cloreto de chumbo (PbCl2), cloreto de cádmio (CdCl2) e cromato de potássio (K2CrO4) na fertilidade, usando como modelo ratinhos machos ICR-CD1. Os ratinhos foram injectados subcutaneamente com 74 e 100 mg de PbCl2/kg pc ou com 5 e 10 mg de K2CrO4/kg pc, respectivamente, durante 4 dias consecutivos ou com 1, 2 e 3 mg de CdCl2/kg pc numa única injecção. Nos ensaios com PbCl2 e K2CrO4 os animais foram sacrificados 5 e 35 dias após o início da exposição, enquanto que nos ensaios com CdCl2 os animais foram sacrificados após 24 horas e 35 dias. O cloreto de chumbo não alterou a histologia do testículo nem do epidídimo, mas induziu um aumento da percentagem de células em fase S no testículo. O cloreto de chumbo alterou também alguns parâmetros dos espermatozóides, tais como a motilidade, morfologia e integridade do acrossoma. Contudo, não foram observados efeitos na integridade do DNA ou na estrutura da cromatina. O cloreto de cádmio induziu lesões severas e não reversíveis nos testículos que, após 35 dias, reverteram em necrose testicular. O cloreto de cádmio alterou ainda as subpopulações de células testiculares após 24 horas e induziu IMS no testículo após 35 dias. Em consequência das lesões no testículo, a densidade espermática foi severamente afectada após 35 dias. A exposição ao cloreto de cádmio afectou também a morfologia, a motilidade e a integridade acrossómica nos espermatozóides. O cloreto de cádmio induziu ainda fragmentação do DNA nestas células após 35 dias. O cromato de potássio alterou a morfologia dos espermatozóides e a integridade do acrossoma, sobretudo nos animais sacrificados após 35 dias. Verificou-se ainda uma redução da motilidade dos espermatozóides. Não foram detectados efeitos genotóxicos nos espermatozóides, devido à acção do K2CrO4 nas doses testadas. Dos parâmetros avaliados neste trabalho, destacam-se duas novas abordagens, nomeadamente o programa informático Snakes e a análise do conteúdo em DNA de células de testículo, a partir de material incluído em parafina. O Snakes permitiu fazer medições rigorosas do diâmetro dos tubos seminíferos, enquanto que a fixação de amostras de testículo de ratinhos em formol tamponado e inclusão em parafina resultou numa boa preservação do DNA, possibilitando assim a quantificação das subpopulações de células testiculares por citometria de fluxo. Os resultados obtidos para os diferentes parâmetros testados indicam que a motilidade dos espermatozóides e a integridade do acrossoma sejam parâmetros sensíveis à toxicidade de metais. O acrossoma aparenta ser um dos principais alvos da toxicidade dos metais e cuja reacção acrossómica prematura pode reduzir a capacidade do espermatozóide para fertilizar o oócito. Assim, este trabalho representa uma contribuição para uma melhor compreensão dos efeitos do chumbo, cádmio e crómio na fertilidade masculina.

Characterization of PPP1 interacting proteins in male reproduction

A fosforilação reversível de proteínas é um importante mecanismo de controlo em eucariotas. A fosfoproteína fosfatase 1 (PPP1) é uma fosfatase de serina/treonina envolvida em vários processos celulares. Existem três isoformas da subunidade catalítica (α/CA, δ/β/CB e γ/CC) com pequenas diferenças nos terminais amino e carboxílico. O gene PPP1CC sofre ainda splicing alternativo para produzir duas isoformas, a PPP1CC1 ubíqua e a PPP1CC2 enriquecida em testículo e específica de esperma. A localização e especificidade de substratos da PPP1 está dependente da formação de complexos oligoméricos com proteínas que interagem com a PPP1 (PIPs). O objetivo principal desta tese foi estudar novas PIPs, específicas de testículo e esperma, a fim de melhor caracterizar o papel desta fosfatase e dos respetivos complexos na reprodução em mamíferos. Com este fim, estudou-se a presença, localização e possíveis funções de uma PIP previamente conhecida, PPP1R2, e de duas novas PIPs, PPP1R2P3 e Tctex1d4. PPP1R2 e PPP1R2P3 estão presentes em esperma humano colocalizando com a PPP1CC2, na cabeça e na cauda. A hipótese é que as holoenzimas localizadas na cabeça terão um papel na reação acrossómica, enquanto que as holoenzimas presentes no axonema são relevantes para o controlo da motilidade flagelar. De seguida foram estudados os pseudogenes da PPP1R2, em termos de história evolutiva e de possíveis funções. Na espécie humana, a PPP1R2 tem 10 pseudogenes, 7 deles específicos de primatas. Estudos de bioinformática e dados de expressão mostram que os PPP1R2P1/P3/P9 são os pseudogenes com maior probabilidade de serem transcritos e traduzidos. Também identificámos o PPP1R2P9 em esperma humano e mostrámos que alguns pseudogenes poderão estar associados a estados fisiopatológicos. Isto indica que o processo de evolução poderá estar ligado á formação de novos genes ou ao controlo do mRNA da PPP1R2. A sobre-expressão da PPP1R2 ou PPP1R2P3 em testículo de ratinho também foi realizada, para caracterizar os mecanismos envolvidas na função dos complexos PPP1R2/PPP1R2P3-PPP1CC2 na espermatogénese e fisiologia dos espermatozoides. A dineína de cadeia leve, Tctex1d4, foi encontrada como interagindo com a PPP1C e como estando presente em testículo de ratinho e em esperma humano. Demonstrámos que a Tctex1d4 e a PPP1 colocalizam no centro organizador de microtúbulos e nos microtúbulos e que o motivo de ligação à PPP1 presente na Tctex1d4 parece ser importante para manter a PPP1 no centro organizador de microtúbulos e/ou para disromper ou atrasar o seu movimento ao longo dos microtúbulos emergentes. Estes resultados abrem novos caminhos para os possíveis papéis do complexo Tctex1d4-PPP1 na dinâmica dos microtúbulos, motilidade do esperma, reação acrossómica e na regulação da barreira hemato-testicular, provavelmente, através da via de sinalização do TGFß. A análise do motivo de ligação à PPP1 mostra que este é altamente conservado entre os mamíferos, com exceção das Pikas, sugerindo que esta perda aconteceu antes da radiação das Pikas, há 6-20 milhões de anos atrás. Através de um rastreio por mutações demonstrámos que a capacidade da Tctex1d4 se ligar à PPP1 é mantida nas Pikas, embora o motivo de ligação à PPP1 esteja disrompido. Este estudo abre portas para novas descobertas na área da reprodução mostrando o papel da PPP1CC2 na espermatogénese e fisiologia do esperma.

Gorgonians of the South of Portugal: biology, ecology and conservation

O papel ecológico das gorgónias (Octocorallia: Alcyonacea) nos fundos marinhos rochosos é mundialmente reconhecido. Contudo, a informação acerca da ecologia e biologia das espécies de gorgónias nas zonas temperadas do NE Atlântico é manifestamente escassa, especialmente tendo em consideração as actuais perturbações globais, regionais e locais. Nos fundos rochosos da costa algarvia até aos 30 m, verificouse que várias espécies de gorgónias são abundantes e frequentes, nomeadamente Eunicella labiata, Eunicella gazella, Eunicella verrucosa, Leptogorgia lusitanica e Leptogorgia sarmentosa. As populações de gorgónias são co-dominadas por diferentes espécies que apresentaram elevados índices de associação, indicando reduzidos níveis de competição entre elas. Em todo o caso, a estrutura dos povoamentos diferiu com as condições locais. Todas as espécies evidenciaram padrões de distribuição semelhantes ao longo do gradiente de profundidade, i.e. a abundância aumenta significamente com a profundidade após os 15 m. A profundidades mais baixas (até aos 15 m), a distribuição das gorgónias parece ser condicionada por factores abióticos e pela competição com algas. Com efeito, os padrões de distribuição espacial das espécies de gorgónias na costa algarvia são determinados pela interacção de pressões naturais e antropogénicas (ex. pesca). Ainda que as colónias de maior tamanho não tenham sido restritas a áreas menos pescadas, em áreas mais perturbadas pela pesca, a distribuição dos tamanhos das colónias estava maioritariamente desviada para tamanhos mais pequenos. Os efeitos das perturbações naturais nas populações de gorgónias foram evidenciados pela ocorrência de padrões demográficos distintos em áreas vizinhas sujeitas a níveis semelhantes de pressões antropogénicas. Estes estudos demonstraram, ainda, que os efeitos na distribuição de frequências de tamanho das colónias são dependentes das espécies de gorgónias em causa: Eunicella labiata não parece ser afectada; Leptogorgia sarmentosa é tendencialmente afectada por pressões antropogénicas; Eunicella gazella e Leptogorgia lusitanica aparentam ser afectadas, quer por pressões naturais, quer por pressões antropogénicas. Os efeitos verificados nos padrões da distribuição de frequências de tamanho, particularmente a tendência para o desvio destas frequências para tamanhos mais pequenos em áreas sujeitas a perturbações, poderão ter consequências para a biodiversidade dos fundos sublitorais rochosos na costa algarvia. Com efeito, o presente estudo apoia o paradigma geral de que os corais são habitats que suportam comunidades de elevada biodiversidade e abundância. Num dos poucos estudos que examinam a relação entre as gorgónias e as suas comunidades de invertebrados epibentónicos, foi verificado que as gorgónias (Eunicella gazella e Leptogorgia lusitanica) sustentam comunidades ricas (11 phyla, 181 taxa) e abundantes (7284 indivíduos). Estas comunidades são dominadas por anfípodes, mas os poliquetas tiveram um grande contributo para os níveis elevados de biodiversidade. Verificou-se, igualmente, que o tamanho da colónia desempenha um papel fundamental na biodiversidade, na medida em que as colónias de menor tamanho apresentaram um contributo mais baixo, comparativamente às médias e grandes. Ainda que ambas as gorgónias partilhem a maioria das espécies amostradas, 11 e 18 taxa foram exclusivos de Eunicella gazella e Leptogorgia lusitanica, respectivamente (excluindo indivíduos com presenças únicas). No entanto, a maioria destes taxa eram ou pouco abundantes ou pouco frequentes. A excepção foi a presença de planárias (Turbellaria) de coloração branca nas colónias de Eunicella gazella, provavelmente beneficiando do efeito de camuflagem proporcionado pelos ramos com a mesma coloração. Com efeito, a complementaridade entre as comunidades epibentónicas associadas a ambas as gorgónias diminuiu quando usados os dados de presença/ausência, sugerindo que os padrões de biodiversidade são mais afectados pelas alterações na abundância relativa das espécies dominantes do que pela composição faunística. As comunidades de epifauna bentónica associadas a estas gorgónias não só apresentaram valores elevados de ®-diversidade, como de ¯- diversidade, resultantes de padrões intrincados de variabilidade na sua composição e estrutura. Ainda que o conjunto de espécies disponíveis para colonização seja, na generalidade, o mesmo para ambos os locais, cada colónia apresenta uma parte deste conjunto. Na sua totalidade, as colónias de gorgónias poderão funcionar como uma metacomunidade, mas a estrutura das comunidades associadas a cada colónia (ex. número total de espécies e abundância) parecem depender dos atributos da colónia, nomeadamente superfície disponível para colonização (altura, largura e área), complexidade e heterogeneidade (dimensão fractal e lacunaridade, respectivamente) e cobertura epibentónica “colonial” (ex. fauna colonial e algas macroscópicas; CEC). Numa primeira tentativa para quantificar a relação entre as gorgónias e os invertebrados epibentónicos a elas associados (em termos de abundância e riqueza específica), verificou-se que a natureza e a intensidade destas relações dependem da espécie hospedeira e variam para os grupos taxonómicos principais. No entanto, independentemente do grupo taxonómico, a riqueza específica e a abundância estão significativamente correlacionadas com a CEC. Com efeito, a CEC provavelmente devido a um efeito trófico (aumento da disponibilidade alimentar directo ou indirecto), combinado com a superfície disponível para colonização (efeito espécies-área) foram as variáveis mais relacionadas com os padrões de abundância e riqueza específica. Por outro lado, ainda que a complexidade estrutural seja frequentemente indicada como um dos factores responsáveis pela elevada diversidade e abundância das comunidades bentónicas associadas a corais, a dimensão fractal e a lacunaridade apenas foram relevantes nas comunidades associadas a Leptogorgia lusitanica. A validade do paradigma que defende que a complexidade estrutural promove a biodiversidade poderá ser, então, dependente da escala a que se realizam os estudos. No caso das gorgónias, o efeito da complexidade ao nível dos agregados de gorgónias poderá ser muito mais relevante do que ao nível da colónia individual, reforçando a importância da sua conservação como um todo, por forma a preservar a diversidade de espécies hospedeiras, o seu tamanho e estrutura. Actividades antropogénicas como a pesca, podem, ainda, ter efeitos negativos ao nível da reprodução de espécies marinhas. Analogamente ao verificado para os padrões de distribuição espacial das populações de gorgónias na costa algarvia, a informação relativa à sua reprodução é igualmente escassa. Os estudos realizados em populações de Eunicella gazella a 16m de profundidade, demonstraram que o desenvolvimento anual das estruturas reprodutivas é altamente sincronizado entre os sexos. A razão entre sexos na população foi de 1.09 (F:M), encontrando-se perto da paridade. A espermatogénese estende-se por 6 a 8 meses, enquanto que a oogénese é mais demorada, levando mais de um ano para que os oócitos se desenvolvam até estarem maduros. Antes da libertação dos gâmetas, foi observada uma elevada fecundidade nas fêmeas (27.30§13.24 oócitos pólipo−1) e nos machos (49.30§31.14 sacos espermáticos pólipo−1). Estes valores encontram-se entre os mais elevados reportados à data para zonas temperadas. A libertação dos gâmetas (não há evidência de desenvolvimento larvar, nem à superfície da colónia, nem no seu interior) occorre em Setembro/ Outubro, após um período de elevada temperatura da água do mar. As fêmeas emitem oócitos maduros de elevadas dimensões, retendo, todavia, os oócitos imaturos que se desenvolvem apenas na época seguinte. Ainda que o efeito da pesca nas populações de gorgónias da costa do Algarve seja perceptível, às taxas actuais, o mergulho recreativo não aparenta afectar seriamente estas populações. Contudo, sendo uma indústria em expansão e conhecendo-se a preferência de mergulhadores por áreas rochosas naturais ricas em espécies bentónicas, futuramente poderá vir a afectar estes habitats. A monitorização de mergulhadores na costa algarvia mostrou que a sua maioria (88.6 %) apresenta comportamentos que podem impactar o habitat, com uma taxa média de contactos de 0.340§0.028 contactos min−1. Esta taxa foi mais elevada em mergulhadores com moderada experiência e na fase inicial do mergulho (0–10 min). Os contactos com as barbatanas e mãos foram comuns, resultando, maioritariamente, na resuspensão do sedimento, mas geralmente apresentando um impacto reduzido. Todavia, a fauna também foi afectada, quer por danos físicos, quer pela interacção com os mergulhadores, e num cenário de expansão significativa desta actividade, os impactos na fauna local poderão aumentar, com consequências para os ecossistemas de fundos rochosos da costa sul de Portugal. Na sua globalidade, a informação recolhida nos estudos que contemplam esta tese, por ser em grande parte totalmente nova para a região, espera-se que contribua para a gestão da zona costeira do Algarve.