Dosage-dependent effects of Akt1/protein kinase Balpha (PKBalpha) and Akt3/PKBgamma on thymus, skin, and cardiovascular and nervous system development in mice.

Akt/protein kinase B (PKB) plays a critical role in the regulation of metabolism, transcription, cell migration, cell cycle progression, and cell survival. The existence of viable knockout mice for each of the three isoforms suggests functional redundancy. We generated mice with combined mutant alleles of Akt1 and Akt3 to study their effects on mouse development. Here we show that Akt1-/- Akt3+/- mice display multiple defects in the thymus, heart, and skin and die within several days after birth, while Akt1+/- Akt3-/- mice survive normally. Double knockout (Akt1-/-) Akt3-/-) causes embryonic lethality at around embryonic days 11 and 12, with more severe developmental defects in the cardiovascular and nervous systems. Increased apoptosis was found in the developing brain of double mutant embryos. These data indicate that the Akt1 gene is more essential than Akt3 for embryonic development and survival but that both are required for embryo development. Our results indicate isoform-specific and dosage-dependent effects of Akt on animal survival and development.

Reproductive efficiency of asymptomatic Theileria equi carriers mares submitted to an embryo transfer program

This study aimed to assess and evaluate the effects of Theileria equi infection on embryonic recovery, gestation and early embryonic loss. Thirteen Mangalarga Marchador Theileria equi positive donors (diagnosed through nested-PCR) and 40 embryos receptors were used. Donors were submitted to two embryo collections in two consecutive estrous cycles (GId); after, the same mares were treated with imidocarb dipropionate (1.2mg/kg IM.) in order to collect more embryos in two more estrous cycles (GIId). Receptors were divided into two groups (control and with treated) with 20 animals each, where one group was the control (GIr) and the other one (GIIr) treated with 1.2mg/kg IM of imidocarb dipropionate assessing the gestation rate at 15, 30, 45 and 60 days. After 52 embryo collections, the embryonic recovery rates were 53.84% (14/26) and 65.38% (17/26) (p> 0.05) for GId and GIId, respectively. The gestation rate was 70% (14/20) (p>0.05) at 15, 30, 45 and 60 days in group GIr and for GIIr was 85% (17/20) (p>0.05) at 15 days, 80% (16/20) (p>0.05) at 30, 45 and 60 days. The treatment with imidocarb dipropionate did not cause significant improvement in the reproductive efficiency at an ET program.

The interplay of JNK and SCG10 during cortical development and in excitotoxic responses in brain

Initially identified as stress activated protein kinases (SAPKs), the c-Jun Nterminal kinases (JNKs) are currently accepted as potent regulators of various physiologically important cellular events. Named after their competence to phosphorylate transcription factor c-Jun in response to UVtreatment, JNKs play a key role in cell proliferation, cell death or cell migration. Interestingly, these functions are crucial for proper brain formation. The family consists of three JNK isoforms, JNK1, JNK2 and JNK3. Unlike brain specific JNK3 isoform, JNK1 and JNK2 are ubiquitously expressed. It is estimated that ten splice variants exist. However, the detailed cellular functions of these remain undetermined. In addition, physiological conditions keep the activities of JNK2 and JNK3 low in comparison with JNK1, whereas cellular stress raises the activity of these isoforms dramatically. Importantly, JNK1 activity is constitutively high in neurons, yet it does not stimulate cell death. This suggests a valuable role for JNK1 in brain development, but also as an important mediator of cell wellbeing. The aim of this thesis was to characterize the functional relationship between JNK1 and SCG10. We found that SCG10 is a bona fide target for JNK. By employing differential centrifugation we showed that SCG10 co-localized with active JNK, MKK7 and JIP1 in a fraction containing endosomes and Golgi vesicles. Investigation of JNK knockout tissues using phosphospecific antibodies recognizing JNK-specific phosphorylation sites on SCG10 (Ser 62/Ser 73) showed that phosphorylation of endogenous SCG10 was dramatically decreased in Jnk1-/- brains. Moreover, we found that JNK and SCG10 co-express during early embryonic days in brain regions that undergo extensive neuronal migration. Our study revealed that selective inhibition of JNK in the cytoplasm significantly increased both the frequency of exit from the multipolar stage and radial migration rate. However, as a consequence, it led to ill-defined cellular organization. Furthermore, we found that multipolar exit and radial migration in Jnk1 deficient mice can be connected to changes in phosphorylation state of SCG10. Also, the expression of a pseudo-phosphorylated mutant form of SCG10, mimicking the JNK1- phopshorylated form, brings migration rate back to normal in Jnk1 knockout mouse embryos. Furthermore, we investigated the role of SCG10 and JNK in regulation of Golgi apparatus (GA) biogenesis and whether pathological JNK action could be discernible by its deregulation. We found that SCG10 maintains GA integrity as with the absence of SCG10 neurons present more compact fragmented GA structure, as shown by the knockdown approach. Interestingly, neurons isolated from Jnk1-/- mice show similar characteristics. Block of ER to GA is believed to be involved in development of Parkinson's disease. Hence, by using a pharmacological approach (Brefeldin A treatment), we showed that GA recovery is delayed upon removal of the drug in Jnk1-/- neurons to an extent similar to the shRNA SCG10-treated cells. Finally, we investigated the role of the JNK1-SCG10 duo in the maintenance of GA biogenesis following excitotoxic insult. Although the GA underwent fragmentation in response to NMDA treatment, we observed a substantial delay in GA disintegration in neurons lacking either JNK1 or SCG10.

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

Interleukin-10 (IL-10) appears to be the key cytokine for the maintenance of pregnancy and inhibits the secretion of inflammatory cytokines such as tumor necrosis factor-α (TNF-α). However, there are no studies evaluating the profile of these cytokines in diabetic rat models. Thus, our aim was to analyze IL-10 and TNF-α immunostaining in placental tissue and their respective concentrations in maternal plasma during pregnancy in diabetic rats in order to determine whether these cytokines can be used as predictors of alterations in the embryo-fetal organism and in placental development. These parameters were evaluated in non-diabetic (control; N = 15) and Wistar rats with streptozotocin (STZ)-induced diabetes (N = 15). At term, the dams (100 days of life) were killed under anesthesia and plasma and placental samples were collected for IL-10 and TNF-α determinations by ELISA and immunohistochemistry, respectively. The reproductive performance was analyzed. Plasma IL-10 concentrations were reduced in STZ rats compared to controls (7.6 ± 4.5 vs 20.9 ± 8.1 pg/mL). The placental scores of immunostaining intensity did not differ between groups (P > 0.05). Prevalence analysis showed that the IL-10 expression followed TNF-α expression, showing a balance between them. STZ rats also presented impaired reproductive performance and reduced plasma IL-10 levels related to damage during early embryonic development. However, the increased placental IL-10 as a compensatory mechanism for the deficit of maternal regulation permitted embryo development. Therefore, the data suggest that IL-10 can be used as a predictor of changes in the embryo-fetal organism and in placental development in pregnant diabetic rats.

Analyse fonctionnelle de la polycystine-1 et de son domaine intracellulaire dans le développement de la polykystose rénale autosomique dominante

La polykystose rénale autosomique dominante (PKRAD) est la maladie génétique rénale la plus commune touchant 1/500 personnes. Elle se caractérise principalement par la formation de kystes rénaux dans tous les segments du néphron, entraînant l’insuffisance rénale, et par des manifestations extrarénales kystiques (foie, pancréas, rate) et non-kystiques (anomalies cardiaques, vasculaires et cérébrales). Deux gènes, PKD1 et PKD2, sont responsables de 85 et 15% des cas respectivement. Ces gènes encodent les polycystine-1 (PC-1) et -2 (PC-2) qui forment un complexe à la membrane plasmique et ciliaire des cellules épithéliales rénales. PC-1 est une protéine transmembranaire de 4302 acides aminés possédant un court domaine intracellulaire incluant un motif coiled-coil impliqué dans l’interaction entre PC-1 et PC-2 in-vitro. L’importance du coiled-coil est démontrée par des mutations affectant spécifiquement ce motif chez des patients PKRAD. Le mécanisme pathogénétique responsable de la PKRAD est indéterminé. Chez la souris, la PKRAD se développe suite à l’ablation (Pkd1-/-) ou lors de la surexpression (SBPkd1TAG) de Pkd1, ce qui suggère un effet de dosage. Des anomalies ciliaires sont aussi souvent associées à PKRAD. Mon objectif était de déterminer in-vivo le mécanisme pathogénétique de la polycystine-1 dans le développement des symptômes PKRAD rénaux et extrarénaux et plus spécifiquement, le rôle du motif coiled-coil dans le mécanisme de kystogenèse. Pour ce faire, nous avons généré deux constructions, Pkd1 sauvage (Pkd1TAG) et Pkd1 tronquée de son motif coiled-coil (Pkd1ΔCoiled-coil), par recombinaison homologue à partir du BAC-Pkd1 sauvage comprenant la séquence murine entière de Pkd1. Trois lignées de souris Pkd1TAG générées par microinjection démontrent un niveau d’expression de Pkd1 qui corrèle avec le nombre de copie du transgène (2, 5 et 15 copies). Les souris Pkd1TAG reproduisent la PKRAD en développant des kystes rénaux dans toutes les parties du néphron et des cils primaires plus longs que les contrôles non transgéniques. Les analyses physiologiques supportent que les souris Pkd1TAG développent une insuffisance rénale et démontrent une augmentation du volume urinaire de même qu’une diminution de l’osmolalité, de la créatinine et des protéines urinaires. De plus, les souris Pkd1TAG développent des kystes hépatiques, des anomalies cardiaques associées à des dépôts de calcium et des anévrismes cérébraux. La sévérité du phénotype augmente avec l’expression de Pkd1 appuyant l’hypothèse d’un mécanisme de dosage. Nous avons aussi déterminé que l’expression du transgène Pkd1TAG complémente le phénotype létal-embryonnaire des souris Pkd1-/-. D’autre part, nous avons générés 4 lignées de souris Pkd1ΔCoiled-coil (2 et 15 copies du transgène) dont le nombre de copies corrèle avec le niveau d’expression du transgène. Ces souris Pkd1ΔCoiled-coil, contrairement aux Pkd1TAG de même âge, ne développent pas de kystes et possèdent des cils primaires de longueur normale. Afin d’évaluer le rôle du motif coiled-coil en absence de polycystine-1 endogène, nous avons croisé les souris Pkd1ΔCoiled-coil avec les souris Pkd1-/-. Contrairement aux souris Pkd1-/- qui meurent in-utéro, les souris Pkd1ΔCoiled-coil; Pkd1-/- survivent ~10 à 14 jours après la naissance. Elles démontrent des kystes rénaux et pancréatiques sévères, un retard de croissance et des anomalies pulmonaires. Tous les segments du néphron sont affectés. Mon projet démontre que la surexpression de Pkd1 est un mécanisme pathogénique de la PKRAD tant au niveau rénal qu’extrarénal. De plus, il démontre que le motif coiled-coil est un élément déterminant dans la kystogenèse/PKRAD in-vivo.

Expression of steroidogenic proteins and genes in bovine placenta from conventional and somatic cell nuclear transfer (SCNT) gestations

Pendant la grossesse, les hormones stéroïdes jouent un rôle indispensable dans la régulation des principales manifestations physiologiques telles que la reconnaissance maternelle de la gestation, la réceptivité de l'endomètre, le début du développement embryonnaire ainsi que le maintien de la gestation. Cependant, on sait très peu sur la production de ces hormones et les principaux facteurs des voies intracellulaires impliqués dans le processus de stéroïdogenèse dans le placenta bovin pendant les stades initiaux et plus avancés de la gestation. Par ailleurs, certaines anomalies du placenta chez les bovins suite à une mauvaise production de stéroïdes n'ont pas encore été démontrées. Les objectifs de cette thèse étaient donc de : 1) déterminer la présence et la localisation des principales protéines stéroïdiennes dans le placenta de bovins provenant de gestations de 50 à 120 jours, 2) comparer l'expression placentaire d'une série de gènes et de protéines stéroïdiennes entre une gestation impliquant un transfert de noyaux de cellules somatiques (SCNT) et une gestation non-clonale; 3) étudier l'impact des hormones trophiques et des seconds messagers sur la stéroïdogenèse dans le placenta bovin à 140 +10 jours de gestation. L’utilisation de techniques d’immunohistochimie, d’immunobuvardage et de PCR quantitatif nous a permis d’évaluer la présence d'un large éventail de gènes stéroïdiens (STAR, CYP11A1, HSD3B1, CYP17A1 et SCARB1) qui participent au transport du cholestérol et dans la production de différents types de stéroïdes. Dans cette thèse, nous avons démontré la capacité du placenta bovin d’initier la stéroïdogenèse au début de la gestation et nous avons également déterminé les principales cellules impliquées dans ce processus. Nous avons constaté que les tissus maternels expriment les principaux marqueurs de stéroïdogenèse suggérant une plus grande capacité stéroïdogénique que les tissus fœtaux. En outre, un modèle d'expression des protéines complémentaires stéroïdogéniques entre la caroncule et le cotylédon a été observé, indiquant que la stéroïdogenèse placentaire exige une communication cellule à cellule entre les cellules de la mère et du fœtus. Après avoir démontré les principales cellules impliquées dans la synthèse des hormones stéroïdiennes dans le placenta bovin en début de gestation, nous avons ensuite étudié les modifications possibles de la stéroïdogenèse dans les tissus SCNT cotylédonaires à 40 jours de gestation. Nous avons identifié d'importantes modifications dans l'expression des gènes STAR, CYP11A1, HSD3B1, CYP17A1, et SULT1E1. Conséquemment, nous postulons que l'expression réduite des gènes stéroïdiens peut provoquer une insuffisance de la biosynthèse des hormones stéroïdiennes, ce qui pourrait contribuer à un développement anormal du placenta et du fœtus dans les gestations SCNT à court ou long terme. Finalement, nous avons développé un modèle efficace de culture d’explants de placentome qui nous a permis d'explorer les mécanismes sous-jacents spécifiques à la stéroïdogenèse placentaire. Nous avons exploré l'effet stimulant des hormones trophiques et différents messagers secondaires sur l'expression de différentes protéines stéroïdogéniques ainsi que le taux de progestérone (P4) dans les explants de placentome. En utilisant les techniques de RIA et de PCR quantitatif, nous avons constaté que même si les analogues de l'hormone lutéinisante (hCG) ont un effet stimulant sur plusieurs gènes stéroïdiens, le calcium ionophore est le principal modulateur dans la synthèse de la P4. Ces résultats suggèrent que dans le placenta bovin, la synthèse de la P4 est modulée principalement par l'afflux de calcium intracellulaire, et apparemment les nucléotides cycliques ne semblent pas contrôler ce processus. En conclusion, cette étude contribue de manière significative à une meilleure compréhension des mécanismes d'entraînement de la synthèse des stéroïdes placentaires au début de la gestation et permet aussi d’apporter de nouveaux éclairages sur l'importance des stéroïdes placentaires dans la régulation du développement du placenta et du fœtus.

Régulation de la division asymétrique chez C. elegans

La division asymétrique est essentielle pour générer la diversité au cours du développement et permet aussi de réguler la balance entre renouvellement et différenciation des cellules souches chez l’adulte. Dans ces deux cas de figure, elle dépend respectivement d’une polarité intrinsèque ou d’une polarité extrinsèque. C. elegans est un excellent modèle pour étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires de la division asymétrique in vivo. Chez l’embryon, le maintien d’un axe de polarité antéro-postérieur dépend des protéines PAR conservées et localisées de façon asymétrique en deux groupes mutuellement exclusifs; le groupe antérieur avec PAR-3, PAR-6, PKC-3 et le groupe postérieur avec PAR-2 et PAR-1. L’absence d’une protéine PAR entraine une perte de polarité et une létalité embryonnaire. Lors d’un crible par ARN interférence mené par Jean-Claude Labbé pour identifier les suppresseurs de la létalité associée à la perte de PAR-2, deux cyclines de type B, CYB-2.1 et CYB-2.2 ont été trouvées. J’ai déterminé que CYB-2.1 et CYB-2.2 interviennent dans la polarité sans perturber le cycle cellulaire et agissent vraisemblablement avec leur kinase associée, CDK-1, pour stabiliser les niveaux protéiques de PAR-6. Ces travaux permettent de mieux définir les liens étroits entre polarité et cycle cellulaire. La lignée germinale de C. elegans est un excellent modèle pour étudier les divisions des cellules souches germinales in vivo. Par contre, l’absence d’orientation préférentielle de ces divisions laisse envisager que la complexité morphologique de la niche pourrait engendrer une diversité d’axe possible. J’ai étudié la régulation morphologique de cette niche, une unique cellule somatique appelée distal tip cell (DTC), qui arborise de longues extensions au stade adulte. Mes résultats préliminaires favorisent un modèle dans lequel les cellules souches et progéniteurs germinaux (CSPG) supportent la formation de ces extensions. Enfin, j’ai obtenu des conditions favorables à l’étude de la division asymétrique extrinsèque dans ce modèle, en simplifiant l’architecture de la niche dans des conditions qui préservent les divisions cellulaires des cellules souches. Mes travaux ont permis de mieux comprendre les liens unissant les différents processus biologiques impliqués dans la division asymétrique, d’une part par l’étude du rôle qu’y jouent des régulateurs clés du cycle cellulaire au cours du développement et d’autre part par la caractérisation d’une communication bidirectionnelle entre la niche et les cellules souches chez l’adulte.

Investigation du rôle de Myo9b dans la migration des interneurones GABAergiques corticaux

Les encéphalopathies épileptogènes sont des maladies graves de l’enfance associant une épilepsie, souvent réfractaire, et un retard de développement. Les mécanismes sous-tendant ces maladies sont peu connus. Cependant, nous postulons que ces épilepsies puissent être causées par une dysfonction du réseau inhibiteur. En effet, des défauts de migration ou de maturation des interneurones GABAergiques (INs) corticaux induisent l’épilepsie, tant chez l’humain que chez la souris. Dans le but d’étudier les causes génétiques des encéphalopathies épileptogènes sporadiques inexpliquées, le laboratoire de la Dre Rossignol a procédé au séquençage d’exome entier d’une cohorte d’enfants atteints. Cela a permis d’identifier, chez un patient, une nouvelle mutation de novo, possiblement pathogène, dans le gène MYO9b. MYO9b est impliqué dans la migration de cellules immunitaires et cancéreuses et est exprimée durant le développement cérébral. Nous émettons l’hypothèse voulant que MYO9b puisse être importante pour la migration des INs corticaux. Les résultats présentés dans ce mémoire démontrent que Myo9b est exprimé dès le stade embryonnaire par les progéniteurs des INs corticaux et que son expression se restreint aux INs dans le cortex mature. De plus, nous démontrons que la répression ex vivo de Myo9b sélectivement dans les INs au sein de tranches corticales organotypiques embryonnaires mène à des défauts morphologiques majeurs de ces cellules en migration. En effet, ces cellules présentent une morphologie multipolaire et des neurites rostraux plus longs et plus complexes. Ces changements morphologiques pourraient avoir un impact majeur sur la migration des INs et ainsi perturber le développement des réseaux inhibiteurs.

Equine conceptus development : a mini review

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

Karyoplast exchange between strontium- and 6-DMAP-parthenogenetically activated zygotes of cattle

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

First polymorphisms in JY-1 gene in cattle (Bos taurus indicus) and their association with sexual precocity and growth traits

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

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

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

Neonatally Induced Mild Diabetes in Rats and Its Effect on Maternal, Placental, and Fetal Parameters

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Efeito das células do cumulus e cisteamina durante o cultivo de maturação in vitro de oócitos bovinos sobre a maturação nuclear e aquisição da competência para desenvolvimento embrionário

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

Influência do momento da cobrição, em relação à ovulação, na fertilidade e na ocorrência de morte embrionária precoce em eqüinos

Verificou-se a influência do momento da cobrição, em relação à ovulação, na fertilidade e na ocorrência de morte embrionária precoce (MEP) em 405 éguas da raça Puro Sangue Inglês, acompanhadas por 629 ciclos estrais. As éguas foram divididas em cinco grupos, de acordo com o momento da cobrição: grupo I, composto por 79 éguas cobertas entre 48 e 36 horas antes da ovulação; grupo II, com 102 éguas cobertas 36 a 24 horas antes da ovulação; grupo III, com 166 éguas cobertas 24 a 12 horas antes da ovulação; grupo IV, com 185 éguas cobertas até 12 horas antes da ovulação; e grupo V, formado por 97 éguas cobertas até 12 horas após a ovulação. As ovulações foram determinadas por palpação retal e ultra-sonografia, realizadas a cada 12 horas. O diagnóstico de gestação foi feito 14 dias após a cobrição com auxílio de ultra-sonografia. Novo exame foi realizado aos 60 dias para verificar ocorrência de MEP. Maiores índices de prenhez foram observados nos grupos III e IV (P<0,06). Verificou-se comportamento quadrático da taxa de prenhez em função do momento da cobrição aos 14 dias (R²= 91,0%; P<0,05) e aos 60 dias de prenhez (R²= 89,2%; P<0,05). Não foi observada diferença entre os grupos para MEP pelo qui-quadrado, mas a análise de regressão revelou comportamento quadrático da variável (R²= 92,4%; P<0,05). O melhor momento para cobrição foram as 24 horas que antecederam a ovulação.