A C-type lectin associated and translocated with cortical granules during oocyte maturation and egg fertilization in fish

Oocyte maturation and egg fertilization in both vertebrates and invertebrates are marked by orchestrated cytoplasmic translocation of secretory vesicles known as cortical granules. It is thought that such redistribution of cellular content is critical for asymmetrical cell division during early development, but the mechanism and regulation of the process is poorly understood. Here we report the identification, purification and cDNA cloning of a C-type lectin from oocytes of a freshwater fish species gibel carp (Carassius auratus gibelio). The purified protein has been demonstrated to have lectin activity and to be a Ca2+-dependent C-type lectin by hemagglutination activity assay. Immunocytochemistry revealed that the lectin is associated with cortical granules, gradually translocated to the cell surface during oocyte maturation, and discharged to the egg envelope upon fertilization. Interestingly, the lectin becomes phosphorylated on threonine residues upon induction of exocytosis by fertilization and returns to its original state after morula stage of embryonic development, suggesting that this posttranslational modification may represent a critical molecular switch for early embryonic development. (C) 2003 Elsevier Inc. All rights reserved.

Why are egg fertilization rates not correlated with hatching success in sea turtles?

[EN] The relative number of developing eggs is directly affected by fertilization rate, and unfertile eggs may indirectly negatively affect development of viable eggs within the nest. Thus, the number of viable eggs at laying should influence hatching success. We have studied both parameters in a nesting population of loggerhead turtles from Boavista Island (Republic of Cabo Verde). Fertility was estimated based on eggs excavated from nests within the first 96 hours after deposition. Our results confirm a high egg fertilization rate for the species, which exceeded an average of 94% fertility (95% confidence limits: 91.9 and 96.2%, N=43 nests).

Structural analysis of fertilization in the fish Brycon orbignyanus

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Using drift nets to capture early life stages and monitor spawning of the Yangtze River Chinese sturgeon (Acipenser sinensis)

P>A sampling system for capturing sturgeon eggs using a D-shaped bottom anchored drift net was used to capture early life stages (ELS) of Chinese sturgeon, Acipenser sinensis, and monitor annual spawning success at Yichang on the Yangtze River, 1996-2004, before and just after the Three Gorges Dam began operation. Captured were 96 875 ELS (early life stages: eggs, yolk-sac larvae = eleuthero embryos, and larvae); most were eggs and only 2477 were yolk-sac larvae. Most ELS were captured in the main river channel and inside the bend at the Yichang spawning reach. Yolk-sac larvae were captured for a maximum of 3 days after hatching began, indicating quick dispersal downstream. The back-calculated day of egg fertilization over the eight years indicated a maximum spawning window of 23 days (20 October-10 November). Spawning in all years was restricted temporally, occurred mostly at night and during one or two spawning periods, each lasting several days. The brief temporal spawning window may reduce egg predation by opportunistic predators by flooding the river bottom with millions of eggs. During 1996-2002, the percentage of fertilized eggs in an annual 20-egg sample was between 63.5 to 94.1%; however, in 2003 the percentage fertilized was only 23.8%. This sudden decline may be related to the altered environmental conditions at Yichang caused by operation of the Three Gorges Dam. Further studies are needed to monitor spawning and changes in egg fertilization in this threatened population.

Identification of a Spindlin homolog in gibel carp (Carassius auratus gibelio)

Spindlin has been suggested to play an important role during the transition from oocyte maturation to embryo development in mouse, but its homolog similar to the mouse Spindlin in molecular and expression characterization has not been identified up to now in other vertebrates. In this study, a full length of cDNA sequence is cloned and sequenced from the gibel carp (Carassius auratus gibelio). It contains 1240 nucleotides with an open reading frame of 771 nt encoding 257 amino acids. Based on its amino acid sequence alignment and comparison analysis with the known Spin family proteins, the newly cloned Spin is named Carassius auratus gibelio Spindlin (CagSpin). Its product could be detected from mature eggs to blastula embryos, but its content decreased from the two-cell stage, and could not be detected after the gastrula stage. It suggests that the CagSpin should be a maternal protein that is expressed during oocyte maturation, and plays a crucial role in early cleavage of embryogenesis. CagSpin is the first homolog similar to mouse spindlin identified in fish, and also in other vertebrates. GST pull-down assay reveals the first biochemical evidence for the association of CagSpin and p-tubulin, the microtubule component. Therefore, CagSpin may play important functions by interacting with beta-tubulin and other spindle proteins during oocyte maturation and egg fertilization. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

The Chinese rare minnow (Gobiocypris rarus) as an in vivo model for endocrine disruption in freshwater teleosts: a full life-cycle test with diethylstilbestrol

Chinese rare minnow (Gobiocypris rarus), a freshwater teleost,. was exposed to diethylstilbestrol (DES) at 0.05, 0.5, 1 and 5 mug/L from fertilized eggs for up to mature period under flow-through condition. Several endpoints that related to development, reproductive fitness and transgenerational effects were evaluated. It was found that body length and body weight were significantly reduced and vitellogenin (Via) levels were significantly increased for fish exposed to DES. Histological examination showed that the sex ratios of F-0 fish skewed to female and about 2% of the fish exposed to 0.05 mug/L DES developed testes-ova. The reproductive success, as determined from data on egg production, was reduced in female fish exposed to 0.05, 0.5, 1 and 5 mug/L DES. The lowest-observed-effect concentrations (LOEC) for chances of sex ratios, reproductive success and histology alteration of F-0 are 0.05 mug/L. In the offspring, transgenerational effects on egg hatching rate. egg fertilization and Vtg levels of juvenile individuals were not observed. However. survival of F, generation fry significantly declined. The analysis of sex steroid levels revealed a significant decrease of testosterone (T) in the whole body homogenates (WBH) of male progeny and somewhat elevation of estradiol (E-T) in the WBH of female offspring. These findings indicate that exposure to DES causes a variety of developmental, reproductive and transgenerational effects. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Identification of a novel C1q family member in color crucian carp (Carassius auratus) ovary

Potential roles of Clq/tumor necrosis factor (TNF) superfamily proteins have been observed in vertebrate oogenesis and oocyte maturation, but no ovary-specific member has been identified so far. In this study, we have cloned and identified a novel member of Clq family with a Clq domain in the C-terminal from fully grown oocyte cDNA library of color crucian carp and demonstrated that the gene might be specifically expressed in ovary and therefore designated as Carassius auratus ovary-specific Clq-like factor, CaOClq-like factor. It encodes a 213 amino acid protein with a 17 amino acid signal peptide. There is only one protein band of about 24.5 kDa in the extracts from phase I to phase IV oocytes, but two positive protein bands are detected in the extracts of mature eggs and fertilized eggs. Furthermore, the mobility shift of the smaller target protein band cannot be eliminated by phosphatase treatment, but the larger protein band increases its mobility on the gel after phosphatase treatment, suggesting that the larger protein might be a phosphorylated form. Immunofluorescence localization indicates that the CaOClq-like proteins localize in cytoplasm, cytoplasm membrane and egg envelope of the oocytes at cortical granule stage and vitellogenesis stage, whereas they were compressed to cytoplasm margin in ovulated mature eggs and discharged into perivitelline space between cytoplasm membrane and egg envelope after egg fertilization. Further studies on distribution and translocation mechanism of the CaOClq-like factor will be benefit to elucidate the unique function in oogenesis, oocyte maturation and egg fertilization. (C) 2004 Elsevier Inc. All rights reserved.

11-ketotestosterone inhibits the alternative mating tactic in sneaker males of the peacock blenny, Salaria pavo

In the peacock blenny, Salaria pavo, a species with courtship sex-role reversal, smaller, younger males mimic the courtship behavior and the nuptial coloration of females in order to get access to nests during spawning and to parasitize egg fertilization from nest-holder males. Later in their life, sneakers transform both morphologically and behaviorally into nest-holder males. In the present paper we investigate the activational role of 11-ketotestosterone (KT), the most potent androgen in most teleost species, to promote the switch between tactics in sneaker males of S. pavo. Sneakers were implanted either with KT or with control (i.e. castor oil) silastic implants. A week after implantation they were subjected to a set of behavioral tests and morphometric measurements. KT treatment promoted the differentiation of secondary sex characters, such as the anal glands, and inhibited the expression of female courtship behavior. KT-treated sneakers also showed a trend toward less frequent display of female nuptial coloration. There was no effect of KT treatment on the expression of typical nest-holder male behavior. Finally, there was no effect of KT treatment on the number or soma size of arginine vasotocin neurons in the preoptic area, which are often associated with the expression of vertebrate sexual behavior. Thus, KT seems to play a key role in mating tactic switching by inhibiting the expression of female courtship behavior and by promoting the development of male displaying traits (e.g. anal glands). The lack of a KT effect on behavior typical of nest-holding males and vasotocinergic preoptic neurons suggests that a longer time frame or other endocrine/social signals are needed for the initiation of these traits in males that are switching tactics.

Structural analysis of the Pimelodus maculatus (Lacépède, 1803) embryogenesis (Siluriformes: Pimelodidae)

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

Concentrações plasmáticas de estradiol, testosterona, progesterona, prolactina e corticosterona em perdizes (Rhynchotus rufescens), criadas em cativeiro

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

The Influence of Dietary Lysine on Yellow Perch Female Reproductive Performance and the Quality of Eggs

The objectives of this study were to (1) evaluate if dietary lysine (Lys) has an effect on the free amino acid (FAA) pool of Yellow Perch Perca flavescens eggs, and (2) determine how dietary Lys influences the reproductive performance and eggs fertilization rate (embryo survival) of female Yellow Perch. Two-year-old Yellow Perch of initial size of approximately 75 g were randomly distributed into six 400-L tanks at 32 +/- 1 fish per tank. This experiment included two wheat gluten-based diets in triplicate Lys-deficient ([-] Lys) and Lys-supplemented ([+]Lys; 2.23% in dry feed) diets. Females from the reference group were fed a commercial diet. Females from reference, (+) Lys, and (-) Lys groups were stripped and their eggs divided into 0.4-1.2-g portions and mixed with sperm (21.4 +/- 4.3 mu L) from either reference, (+) Lys, or (-) Lys males. The mean weight of Yellow Perch females and mean total weight of ovulated eggs were the greatest in the reference group compared with both (+) Lys and (-) Lys groups. There were no differences in the ratio of weight of eggs to female body weight as well as egg size among groups. There was no difference among treatments in the concentration of free amino acids except glutamic and aspartic acids in Yellow Perch eggs. There was significant effect of female dietary treatments on the egg fertilization rate averaged across all males. The higher fertilization rate was observed in the reference and (+) Lys groups compared with the (-) Lys group. The effect of female dietary treatment on the egg survival was also dependent on the dietary treatment of males.

Functional morphology of the reproductive system and sperm transfer in Stenopus hispidus (Crustacea: Decapoda: Stenopodidea), and their relation to the mating system

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Étude des mécanismes d’extraction lipidique par le peptide mélittine et la protéine BSP1

Les peptides et protéines extracteurs de lipides (PEL) se lient aux membranes lipidiques puis en extraient des lipides en formant de plus petits auto-assemblages, un phénomène qui peut aller jusqu'à la fragmentation des membranes. Dans la nature, cette extraction se produit sur une gamme de cellules et entraîne des conséquences variées, comme la modification de la composition de la membrane et la mort de la cellule. Cette thèse se penche sur l’extraction lipidique, ou fragmentation, induite par le peptide mélittine et la protéine Binder-of-SPerm 1 (BSP1) sur des membranes lipidiques modèles. Pour ce faire, des liposomes de différentes compositions sont préparés et incubés avec la mélittine ou la BSP1. L'association aux membranes est déterminée par la fluorescence intrinsèque des PEL, tandis que l'extraction est caractérisée par une plateforme analytique combinant des tests colorimétriques et des analyses en chromatographie en phase liquide et spectrométrie de masse (LCMS). La mélittine fait partie des peptides antimicrobiens cationiques, un groupe de PEL très répandu chez les organismes vivants. Ces peptides sont intéressants du point du vue médical étant donné leur mode d’action qui vise directement les lipides des membranes. Plusieurs de ceux-ci agissent sur les membranes des bactéries selon le mécanisme dit « en tapis », par lequel ils s’adsorbent à leur surface, forment des pores et ultimement causent leur fragmentation. Dans cette thèse, la mélittine est utilisée comme peptide modèle afin d’étudier le mécanisme par lequel les peptides antimicrobiens cationiques fragmentent les membranes. Les résultats montrent que la fragmentation des membranes de phosphatidylcholines (PC) est réduite par une déméthylation graduelle de leur groupement ammonium. L'analyse du matériel fragmenté révèle que les PC sont préférentiellement extraites des membranes, dû à un enrichissement local en PC autour de la mélittine à l'intérieur de la membrane. De plus, un analogue de la mélittine, dont la majorité des résidus cationiques sont neutralisés, est utilisé pour évaluer le rôle du caractère cationique de la mélittine native. La neutralisation augmente l'affinité du peptide pour les membranes neutres et anioniques, réduit la fragmentation des membranes neutres et augmente la fragmentation des membranes anioniques. Malgré les interactions électrostatiques entre le peptide cationique et les lipides anioniques, aucune spécificité lipidique n'est observée dans l'extraction. La BSP1 est la protéine la plus abondante du liquide séminal bovin et constitue un autre exemple de PEL naturel important. Elle se mélange aux spermatozoïdes lors de l’éjaculation et extrait des lipides de leur membrane, notamment le cholestérol et les phosphatidylcholines. Cette étape cruciale modifie la composition lipidique de la membrane du spermatozoïde, ce qui faciliterait par la suite la fécondation de l’ovule. Cependant, le contact prolongé de la protéine avec les spermatozoïdes endommagerait la semence. Cette thèse cherche donc à approfondir notre compréhension de ce délicat phénomène en étudiant le mécanisme moléculaire par lequel la protéine fragmente les membranes lipidiques. Les résultats des présents travaux permettent de proposer un mécanisme d’extraction lipidique en 3 étapes : 1) L'association à l’interface des membranes; 2) La relocalisation de l’interface vers le cœur lipidique; 3) La fragmentation des membranes. La BSP1 se lie directement à deux PC à l'interface; une quantité suffisante de PC dans les membranes est nécessaire pour permettre l'association et la fragmentation. Cette liaison spécifique ne mène généralement pas à une extraction lipidique sélective. L'impact des insaturations des chaînes lipidiques, de la présence de lysophosphatidylcholines, de phosphatidyléthanolamine, de cholestérol et de lipides anioniques est également évalué. Les présentes observations soulignent la complexe relation entre l'affinité d'un PEL pour une membrane et le niveau de fragmentation qu'il induit. L'importance de la relocalisation des PEL de l'interface vers le cœur hydrophobe des membranes pour permettre leur fragmentation est réitérée. Cette fragmentation semble s'accompagner d'une extraction lipidique préférentielle seulement lorsqu'une séparation de phase est induite au niveau de la membrane, nonobstant les interactions spécifiques PEL-lipide. Les prévalences des structures amphiphiles chez certains PEL, ainsi que de la fragmentation en auto-assemblages discoïdaux sont discutées. Finalement, le rôle des interactions électrostatiques entre les peptides antimicrobiens cationiques et les membranes bactériennes anioniques est nuancé : les résidus chargés diminueraient l'association des peptides aux membranes neutres suite à l'augmentation de leur énergie de solvatation.

Étude des mécanismes d’extraction lipidique par le peptide mélittine et la protéine BSP1

Les peptides et protéines extracteurs de lipides (PEL) se lient aux membranes lipidiques puis en extraient des lipides en formant de plus petits auto-assemblages, un phénomène qui peut aller jusqu'à la fragmentation des membranes. Dans la nature, cette extraction se produit sur une gamme de cellules et entraîne des conséquences variées, comme la modification de la composition de la membrane et la mort de la cellule. Cette thèse se penche sur l’extraction lipidique, ou fragmentation, induite par le peptide mélittine et la protéine Binder-of-SPerm 1 (BSP1) sur des membranes lipidiques modèles. Pour ce faire, des liposomes de différentes compositions sont préparés et incubés avec la mélittine ou la BSP1. L'association aux membranes est déterminée par la fluorescence intrinsèque des PEL, tandis que l'extraction est caractérisée par une plateforme analytique combinant des tests colorimétriques et des analyses en chromatographie en phase liquide et spectrométrie de masse (LCMS). La mélittine fait partie des peptides antimicrobiens cationiques, un groupe de PEL très répandu chez les organismes vivants. Ces peptides sont intéressants du point du vue médical étant donné leur mode d’action qui vise directement les lipides des membranes. Plusieurs de ceux-ci agissent sur les membranes des bactéries selon le mécanisme dit « en tapis », par lequel ils s’adsorbent à leur surface, forment des pores et ultimement causent leur fragmentation. Dans cette thèse, la mélittine est utilisée comme peptide modèle afin d’étudier le mécanisme par lequel les peptides antimicrobiens cationiques fragmentent les membranes. Les résultats montrent que la fragmentation des membranes de phosphatidylcholines (PC) est réduite par une déméthylation graduelle de leur groupement ammonium. L'analyse du matériel fragmenté révèle que les PC sont préférentiellement extraites des membranes, dû à un enrichissement local en PC autour de la mélittine à l'intérieur de la membrane. De plus, un analogue de la mélittine, dont la majorité des résidus cationiques sont neutralisés, est utilisé pour évaluer le rôle du caractère cationique de la mélittine native. La neutralisation augmente l'affinité du peptide pour les membranes neutres et anioniques, réduit la fragmentation des membranes neutres et augmente la fragmentation des membranes anioniques. Malgré les interactions électrostatiques entre le peptide cationique et les lipides anioniques, aucune spécificité lipidique n'est observée dans l'extraction. La BSP1 est la protéine la plus abondante du liquide séminal bovin et constitue un autre exemple de PEL naturel important. Elle se mélange aux spermatozoïdes lors de l’éjaculation et extrait des lipides de leur membrane, notamment le cholestérol et les phosphatidylcholines. Cette étape cruciale modifie la composition lipidique de la membrane du spermatozoïde, ce qui faciliterait par la suite la fécondation de l’ovule. Cependant, le contact prolongé de la protéine avec les spermatozoïdes endommagerait la semence. Cette thèse cherche donc à approfondir notre compréhension de ce délicat phénomène en étudiant le mécanisme moléculaire par lequel la protéine fragmente les membranes lipidiques. Les résultats des présents travaux permettent de proposer un mécanisme d’extraction lipidique en 3 étapes : 1) L'association à l’interface des membranes; 2) La relocalisation de l’interface vers le cœur lipidique; 3) La fragmentation des membranes. La BSP1 se lie directement à deux PC à l'interface; une quantité suffisante de PC dans les membranes est nécessaire pour permettre l'association et la fragmentation. Cette liaison spécifique ne mène généralement pas à une extraction lipidique sélective. L'impact des insaturations des chaînes lipidiques, de la présence de lysophosphatidylcholines, de phosphatidyléthanolamine, de cholestérol et de lipides anioniques est également évalué. Les présentes observations soulignent la complexe relation entre l'affinité d'un PEL pour une membrane et le niveau de fragmentation qu'il induit. L'importance de la relocalisation des PEL de l'interface vers le cœur hydrophobe des membranes pour permettre leur fragmentation est réitérée. Cette fragmentation semble s'accompagner d'une extraction lipidique préférentielle seulement lorsqu'une séparation de phase est induite au niveau de la membrane, nonobstant les interactions spécifiques PEL-lipide. Les prévalences des structures amphiphiles chez certains PEL, ainsi que de la fragmentation en auto-assemblages discoïdaux sont discutées. Finalement, le rôle des interactions électrostatiques entre les peptides antimicrobiens cationiques et les membranes bactériennes anioniques est nuancé : les résidus chargés diminueraient l'association des peptides aux membranes neutres suite à l'augmentation de leur énergie de solvatation.