As células da granulosa (CG) são constituintes do ambiente folicular de suma importância para o desenvolvimento, maturação e aquisição da competência oocitária, desempenhando funções como a esteroidogênese, expressão de receptores de LH (LHR) e síntese de inúmeras proteínas essenciais. Contudo, a funcionalidade e ação destas células são dependentes de alguns fatores derivados do oócito, como o GDF9 e o BMP15. A ação desses fatores, por sua vez, depende da sinalização via receptor BMPRII, já identificado em células da granulosa de mamíferos, porém com suas funções ainda pouco conhecidas na espécie bovina. O silenciamento gênico por lipofecção consiste num método de transfecção eficiente e pouco agressivo para as células, representando uma importante ferramenta para o estudo funcional de genes e proteínas celulares. O objetivo do presente trabalho foi, primeiramente, otimizar as condições de lipofecção em CG bovinas e, a partir desse protocolo, estabelecer uma metodologia de silenciamento gênico para o BMPRII usando a técnica de RNA de interferência, a fim de possibilitar a futura utilização de tal estratégia como ferramenta para o estudo funcional do BMPRII e outros genes de interesse. Para tanto, no primeiro experimento referente à otimização das condições de lipofecção em CG bovinas, onde as células da granulosa, obtidas de ovários oriundos de abatedouro foram tratadas com diferentes quantidades dos lipofectores Lipofectamine® RNAiMAX (1, 2 e 3µl) ou Lipofectamine™ 2000 (1, 2 e 3µl) e dos indicadores de transfecção siGLO® (30, 50, 75 e 100nM) ou plasmídeo transgênico FUGW (100, 200, 300, 400, 600 e 900 nM) durante 24 e 48 horas de cultivo. A melhor eficiência de lipofecção foi observada às 24 horas de cultivo com 2µl de Lipofectamine™ 2000 + 100nM de siGLO®. Num segundo experimento, a partir das condições de lipofecção determinadas, foram testadas diferentes concentrações do siBMPRII (0 a 500 pmol) durante 24 h de cultivo. Ao final desse período, as células de cada grupo foram avaliadas quanto à abundância relativa mRNA BMPRII por PCR em tempo real. Todas as concentrações resultaram em uma redução semelhante de transcritos, sendo possível adotar a menor concentração (100 pM), a qual foi utilizada para determinar o tempo mínimo de cultivo necessário para obter eficiência no processo de silenciamento. As células foram tratadas por 0, 6, 12, 18 e 24 h e também avaliadas quanto aos transcritos de BMPRII. Os tempos de incubação que proporcionaram maior redução do mRNA para o BMPRII foram 18 e 24 horas. A melhor concentração e tempo de incubação com o siRNA foram avaliados por Western Blotting, confirmando a redução da expressão de BMPRII também em nível de proteína. Em conclusão, este trabalho possibilitou o estabelecimento de uma metodologia eficiente para o silenciamento gênico por lipofecção do BMPRII em CG bovinas, a qual poderá ser utilizada como ferramenta para o estudo funcional de diversos genes de interesse. / Granulosa cells (GC) are part of the folicular environment and are important for the development, maturation and acquisition of developmental competence of oocytes, performing functions such as steriodogenesis, expression of LH receptors (LHR) and synthesis of several important proteins. The function of these cells is dependent on some oocyte-derived factors, such as GDF9 and BMP15. Signaling of these factors involves the activation of the BMPRII receptor identified in granulosa cells, however, its function is not well established in bovine cells. Gene silencing is an important tool for functional studies of different cellular proteins. The aim of the present study was to develop a protocol for gene silencing using the RNA interference technique by lipofecction to knockdown BMPRII expression, for future functional studies on the role of this receptor and other genes of interest in bovine granulosa cells. For this purpose, the first experimente aimed to optimize lipofection conditions in bovine granulosa cells, collected from abbattoir ovaries and cultured in vitro. Lipofecction was tested for different concentrations of two diferent lipofection agents (1, 2 and 3 µl Lipofectamine® RNAiMAX or Lipofectamine™ 2000) and two transfection indicators (30, 50, 75 and 100nM siGLO® or 100, 200, 300, 400, 600 and 900 nM transgenic plsamid FUGW) for 24 and 48 h in culture. Best lipofection efficiency was observed at 24 h culture with 2µl Lipofectamine™ 2000 + 100nM siGLO®, which was used for the next experiment. The second experiment tested different BMPRII-siRNA concentrations (0 to 500 pM) for 24 h. At the end of culture the cells were be assessed for the relative abundance for BMPRII by real time PCR. All concentrations similarly reduced transcript abundance relative to control (0 pM). For the third experiment, the lowest effective concentration was used (100 pM) to test different culture periods with the BMPRII-siRNA and determine the minimum period to obtain transcript reduction. Cells will be treated for 0, 6, 12, 18 and 24 h and assessed for BMPRII transcripts. Greater reduction in BMPRII transcripts was observed after 18 and 24 h. The best concentration (100 pM) and time (24 h) were confirmed for knockdown of the BMPRII protein by western blotting. In conclusion, this work has provided the establishment of a reliable method for gene silencing using lipofection for the BMPRII in bovine granulosa cells, which may be used for functional studies for this gene and others of interest.

As células da granulosa (CG) são constituintes do ambiente folicular de suma importância para o desenvolvimento, maturação e aquisição da competência oocitária, desempenhando funções como a esteroidogênese, expressão de receptores de LH (LHR) e síntese de inúmeras proteínas essenciais. Contudo, a funcionalidade e ação destas células são dependentes de alguns fatores derivados do oócito, como o GDF9 e o BMP15. A ação desses fatores, por sua vez, depende da sinalização via receptor BMPRII, já identificado em células da granulosa de mamíferos, porém com suas funções ainda pouco conhecidas na espécie bovina. O silenciamento gênico por lipofecção consiste num método de transfecção eficiente e pouco agressivo para as células, representando uma importante ferramenta para o estudo funcional de genes e proteínas celulares. O objetivo do presente trabalho foi, primeiramente, otimizar as condições de lipofecção em CG bovinas e, a partir desse protocolo, estabelecer uma metodologia de silenciamento gênico para o BMPRII usando a técnica de RNA de interferência, a fim de possibilitar a futura utilização de tal estratégia como ferramenta para o estudo funcional do BMPRII e outros genes de interesse. Para tanto, no primeiro experimento referente à otimização das condições de lipofecção em CG bovinas, onde as células da granulosa, obtidas de ovários oriundos de abatedouro foram tratadas com diferentes quantidades dos lipofectores Lipofectamine® RNAiMAX (1, 2 e 3µl) ou Lipofectamine™ 2000 (1, 2 e 3µl) e dos indicadores de transfecção siGLO® (30, 50, 75 e 100nM) ou plasmídeo transgênico FUGW (100, 200, 300, 400, 600 e 900 nM) durante 24 e 48 horas de cultivo. A melhor eficiência de lipofecção foi observada às 24 horas de cultivo com 2µl de Lipofectamine™ 2000 + 100nM de siGLO®. Num segundo experimento, a partir das condições de lipofecção determinadas, foram testadas diferentes concentrações do siBMPRII (0 a 500 pmol) durante 24 h de cultivo. Ao final desse período, as células de cada grupo foram avaliadas quanto à abundância relativa mRNA BMPRII por PCR em tempo real. Todas as concentrações resultaram em uma redução semelhante de transcritos, sendo possível adotar a menor concentração (100 pM), a qual foi utilizada para determinar o tempo mínimo de cultivo necessário para obter eficiência no processo de silenciamento. As células foram tratadas por 0, 6, 12, 18 e 24 h e também avaliadas quanto aos transcritos de BMPRII. Os tempos de incubação que proporcionaram maior redução do mRNA para o BMPRII foram 18 e 24 horas. A melhor concentração e tempo de incubação com o siRNA foram avaliados por Western Blotting, confirmando a redução da expressão de BMPRII também em nível de proteína. Em conclusão, este trabalho possibilitou o estabelecimento de uma metodologia eficiente para o silenciamento gênico por lipofecção do BMPRII em CG bovinas, a qual poderá ser utilizada como ferramenta para o estudo funcional de diversos genes de interesse. / Granulosa cells (GC) are part of the folicular environment and are important for the development, maturation and acquisition of developmental competence of oocytes, performing functions such as steriodogenesis, expression of LH receptors (LHR) and synthesis of several important proteins. The function of these cells is dependent on some oocyte-derived factors, such as GDF9 and BMP15. Signaling of these factors involves the activation of the BMPRII receptor identified in granulosa cells, however, its function is not well established in bovine cells. Gene silencing is an important tool for functional studies of different cellular proteins. The aim of the present study was to develop a protocol for gene silencing using the RNA interference technique by lipofecction to knockdown BMPRII expression, for future functional studies on the role of this receptor and other genes of interest in bovine granulosa cells. For this purpose, the first experimente aimed to optimize lipofection conditions in bovine granulosa cells, collected from abbattoir ovaries and cultured in vitro. Lipofecction was tested for different concentrations of two diferent lipofection agents (1, 2 and 3 µl Lipofectamine® RNAiMAX or Lipofectamine™ 2000) and two transfection indicators (30, 50, 75 and 100nM siGLO® or 100, 200, 300, 400, 600 and 900 nM transgenic plsamid FUGW) for 24 and 48 h in culture. Best lipofection efficiency was observed at 24 h culture with 2µl Lipofectamine™ 2000 + 100nM siGLO®, which was used for the next experiment. The second experiment tested different BMPRII-siRNA concentrations (0 to 500 pM) for 24 h. At the end of culture the cells were be assessed for the relative abundance for BMPRII by real time PCR. All concentrations similarly reduced transcript abundance relative to control (0 pM). For the third experiment, the lowest effective concentration was used (100 pM) to test different culture periods with the BMPRII-siRNA and determine the minimum period to obtain transcript reduction. Cells will be treated for 0, 6, 12, 18 and 24 h and assessed for BMPRII transcripts. Greater reduction in BMPRII transcripts was observed after 18 and 24 h. The best concentration (100 pM) and time (24 h) were confirmed for knockdown of the BMPRII protein by western blotting. In conclusion, this work has provided the establishment of a reliable method for gene silencing using lipofection for the BMPRII in bovine granulosa cells, which may be used for functional studies for this gene and others of interest.

The newly discovered oocyte-derived growth factor BMP15, like GDF9, is a member of the transforming growth factor-£] (TGF-£]) superfamily. To our knowledge, however, the expression and function of BMP15 in ovarian tissues has not yet been studied in the pig. We asked whether the relative abundance (RA) of BMP15 mRNA changes in oocytes and follicular cells during pre-ovulatory period or culture of cumulus-oocyte-complexs (COCs) in vitro. Denuded oocytes, cumulus cells and COCs were isolated from growing and pre-ovulatory follicles. Total RNA was extracted from the cells, and reverse transcriptase polymerase chain (RT-PCR) was carried out using specific oligo-nucleotide primers. Expansion of COCs was firstly observed at 18 h, when this period we found BMP15 mRNA expression obviously. But when we culture of denuded oocytes instead of COCs, BMP15 mRNA didn¡¦t express throughout the period. We also detected GDF9 and BMP15 mRNA in pig embryonic stage and in differentiation stage of pig stem cell. GDF9 mRNA level continued to express after fertilization, but BMP15 mRNA didn¡¦t appear. We also added BMP15 antibody against Expanding of COCs. The present results support the concept that BMP15 is a key mediator of oocyte-enabled cumulus expansion in pig.

A resposta da produção in vitro de embriões (PIVE) é reduzida quando comparada à in vivo. O aprimoramento do conhecimento dos mecanismos de maturação de oócitos bovinos permite fornecer embasamento para incrementar os sistemas in vitro, aproximando-os do ideal fisiológico. O presente estudo visou investigar os efeitos da suplementação dos meios de maturação com FGF16 (10 ng/ml), BMP15 (100 ng/ml) e a interação de ambos sobre parâmetros relevantes ao desenvolvimento do complexo cumulus oócito (COC), tais como: expansão as células do cumulus (CC), fragmentação de DNA em CC e oócito, maturação nuclear oocitária, metabolismo energético e produção de progesterona. Os COC foram maturados em meios de tratamento (controle, FGF16, BMP15 e FGF16+BMP15) e avaliados em diferentes momentos da MIV (0 e 22 horas). A análise da expansão das CC demonstrou efeito positivo (p=0,0071) da BMP15 (11,34±1,09 unidade arbitrária/UA) e da combinação FGF16+BMP15 (11,34±0,61 UA) em relação ao grupo controle (8,73±0,44 UA) e ao suplementado com FGF16 (9,42±0,65 UA). A presença de fragmentação de DNA em CC (p=0,0015) e oócitos (p=0,036) foi significativamente menor em COC tratados com BMP15 (11,73±1,24 % e 3,81±2,76 %, respectivamente) em comparação ao grupo FGF16 (22,54±2,80 % e 31,13±7,81 %, respectivamente). Ainda, o FGF16 causou aumento na incidência de fragmentação de DNA em CC, quando relacionado ao controle (16,04±1,45 %). A taxa de maturação nuclear oocitária foi superior (p=0,014) no grupo suplementado com BMP15 (93,60±4,03 %) em comparação aos grupos controle (80,80±2,49 %) e FGF16 (76,75±2,28 %), aproximando-se da totalidade. De forma inédita, descrevemos ação da BMP15 (10,79±0,72 ng/ml) no incremento da produção de progesterona, sendo maior (p=0,0113) do que a produzida nos grupos controle (8,38±0,39 ng/ml) e FGF16 (8,84±0,45 ng/ml). Não foi evidenciado efeito dos tratamentos sobre o consumo de glicose e a produção de lactato. O presente estudo reforça o envolvimento da BMP15 na foliculogênese e na diferenciação do COC. Deste modo, a adição da BMP15 (100ng/ml) aos convencionais protocolos de PIVE pode ser de grande valia para elevar a efetividade desta biotecnologia. A suplementação de FGF16 (10ng/ml) se mostrou indiferente ao processo de maturação, permitindo inferir que o FGF16 não tenha envolvimento nas etapas da maturação compreendidas pelo presente estudo in vitro. Não foi observada ação sinérgica entre o FGF16 e a BMP15. / In vitro embryo production (IVEP) efficiency is reduced when compared to in vivo. Gaining knowledge of bovine oocyte maturation mechanisms will provide bases to improve in vitro systems. The present study assessed the in vitro effects of fibroblast growth factor 16 (FGF16), bone morphogenetic protein 15 (BMP15) and their interaction on relevant parameters to cumulus oocyte complex (COC) development, such as: cumulus cells (CC) expansion, oocyte and CC DNA fragmentation, nuclear maturation, energetic metabolism and progesterone production. COCs were matured in control or supplemented media containing, FGF16 (10ng/ml), BMP15 (100ng/ml), FGF16±BMP15 and analyzed at different times of IVM (0 and 22 hours). CC expansion evaluation demonstrated a positive effect (p=0.0071) of BMP15 (11.34±1.09 arbitrary unit/AU) and FGF16+BMP15 (11.34±0,61 AU) when compared to control (8.73±0.44 AU) and FGF16 groups (9.42±0.65 UA). The presence of DNA fragmentation in CC (p=0.0015) and oocytes (p=0.036) were lower in COCs treated in media supplemented with BMP15 (11.73±1.24 % and 3.81&plusmn2.76 %, respectively) in comparison to FGF16 group (22.54±2.80 % and 31.13±7.81 %, respectively). Moreover, FGF16 caused an increase in CC DNA fragmentation, when related to control (16.04±1.45 %). Oocyte nuclear maturation rate was higher (p=0.014) in groups supplemented with BMP15 (93.60±4.03 %) compared to control (80.80±2.49 %) and FGF16 treatments (76.75±2.28 %), almost reaching the totality of COCs. In an unprecedented way, we described the BMP15 increasing action on progesterone production (10.79±0,72 ng/ml; p=0.0113) when compared to control (8.38±0.39 ng/ml) and FGF16 groups (8.84±0.45 ng/ml). There were no differences in glucose consumption and lactate production. The present study reinforces BMP15 involvement in folliculogenesis and COC differentiation. FGF16 (10 ng/ml) media supplementation did not improve any of the outcomes measured, suggesting that FGF16 is not involved in the maturation steps analyzed in the present in vitro study. Thus, the inclusion of BMP15 (100 ng/ml) to conventional IVEP protocols can be valuable to increase the effectiveness of this biotechnology. Synergistic action between FGF16 and BMP15 was not observed.

A resposta da produção in vitro de embriões (PIVE) é reduzida quando comparada à in vivo. O aprimoramento do conhecimento dos mecanismos de maturação de oócitos bovinos permite fornecer embasamento para incrementar os sistemas in vitro, aproximando-os do ideal fisiológico. O presente estudo visou investigar os efeitos da suplementação dos meios de maturação com FGF16 (10 ng/ml), BMP15 (100 ng/ml) e a interação de ambos sobre parâmetros relevantes ao desenvolvimento do complexo cumulus oócito (COC), tais como: expansão as células do cumulus (CC), fragmentação de DNA em CC e oócito, maturação nuclear oocitária, metabolismo energético e produção de progesterona. Os COC foram maturados em meios de tratamento (controle, FGF16, BMP15 e FGF16+BMP15) e avaliados em diferentes momentos da MIV (0 e 22 horas). A análise da expansão das CC demonstrou efeito positivo (p=0,0071) da BMP15 (11,34±1,09 unidade arbitrária/UA) e da combinação FGF16+BMP15 (11,34±0,61 UA) em relação ao grupo controle (8,73±0,44 UA) e ao suplementado com FGF16 (9,42±0,65 UA). A presença de fragmentação de DNA em CC (p=0,0015) e oócitos (p=0,036) foi significativamente menor em COC tratados com BMP15 (11,73±1,24 % e 3,81±2,76 %, respectivamente) em comparação ao grupo FGF16 (22,54±2,80 % e 31,13±7,81 %, respectivamente). Ainda, o FGF16 causou aumento na incidência de fragmentação de DNA em CC, quando relacionado ao controle (16,04±1,45 %). A taxa de maturação nuclear oocitária foi superior (p=0,014) no grupo suplementado com BMP15 (93,60±4,03 %) em comparação aos grupos controle (80,80±2,49 %) e FGF16 (76,75±2,28 %), aproximando-se da totalidade. De forma inédita, descrevemos ação da BMP15 (10,79±0,72 ng/ml) no incremento da produção de progesterona, sendo maior (p=0,0113) do que a produzida nos grupos controle (8,38±0,39 ng/ml) e FGF16 (8,84±0,45 ng/ml). Não foi evidenciado efeito dos tratamentos sobre o consumo de glicose e a produção de lactato. O presente estudo reforça o envolvimento da BMP15 na foliculogênese e na diferenciação do COC. Deste modo, a adição da BMP15 (100ng/ml) aos convencionais protocolos de PIVE pode ser de grande valia para elevar a efetividade desta biotecnologia. A suplementação de FGF16 (10ng/ml) se mostrou indiferente ao processo de maturação, permitindo inferir que o FGF16 não tenha envolvimento nas etapas da maturação compreendidas pelo presente estudo in vitro. Não foi observada ação sinérgica entre o FGF16 e a BMP15. / In vitro embryo production (IVEP) efficiency is reduced when compared to in vivo. Gaining knowledge of bovine oocyte maturation mechanisms will provide bases to improve in vitro systems. The present study assessed the in vitro effects of fibroblast growth factor 16 (FGF16), bone morphogenetic protein 15 (BMP15) and their interaction on relevant parameters to cumulus oocyte complex (COC) development, such as: cumulus cells (CC) expansion, oocyte and CC DNA fragmentation, nuclear maturation, energetic metabolism and progesterone production. COCs were matured in control or supplemented media containing, FGF16 (10ng/ml), BMP15 (100ng/ml), FGF16±BMP15 and analyzed at different times of IVM (0 and 22 hours). CC expansion evaluation demonstrated a positive effect (p=0.0071) of BMP15 (11.34±1.09 arbitrary unit/AU) and FGF16+BMP15 (11.34±0,61 AU) when compared to control (8.73±0.44 AU) and FGF16 groups (9.42±0.65 UA). The presence of DNA fragmentation in CC (p=0.0015) and oocytes (p=0.036) were lower in COCs treated in media supplemented with BMP15 (11.73±1.24 % and 3.81&plusmn2.76 %, respectively) in comparison to FGF16 group (22.54±2.80 % and 31.13±7.81 %, respectively). Moreover, FGF16 caused an increase in CC DNA fragmentation, when related to control (16.04±1.45 %). Oocyte nuclear maturation rate was higher (p=0.014) in groups supplemented with BMP15 (93.60±4.03 %) compared to control (80.80±2.49 %) and FGF16 treatments (76.75±2.28 %), almost reaching the totality of COCs. In an unprecedented way, we described the BMP15 increasing action on progesterone production (10.79±0,72 ng/ml; p=0.0113) when compared to control (8.38±0.39 ng/ml) and FGF16 groups (8.84±0.45 ng/ml). There were no differences in glucose consumption and lactate production. The present study reinforces BMP15 involvement in folliculogenesis and COC differentiation. FGF16 (10 ng/ml) media supplementation did not improve any of the outcomes measured, suggesting that FGF16 is not involved in the maturation steps analyzed in the present in vitro study. Thus, the inclusion of BMP15 (100 ng/ml) to conventional IVEP protocols can be valuable to increase the effectiveness of this biotechnology. Synergistic action between FGF16 and BMP15 was not observed.

La present Tesi es centra en la caracterització y avaluació dels cuatre gens candidats BMPR1B, BMP15, GDF9 i MTNR1A, a la raça ovina Rasa Aragonesa (RAA) per ser utilitzats en selecció assistida per marcadors (MAS) en el decurs del programa de millora genètica dut a terme per la cooperativa UPRA Oviaragón SCL. El tres primers gens han demostrat tenir influencia sobre el caràcter prolificitat en altres races ovines, mentres que l’últim sembla estar associat a estacionalitat reproductiva. El resultat més rellevant ha estat la troballa d’una nova variant gènica natural en el gen BMP15, anomenada FecX R què, en heterozigosi, produeix un increment promig de 0.32 xais més per part. Contràriament, les famelles portadores homozigótiques són estèrils per infantilisme gonadal. L'estudi de lligament per mitjà de genotipat selectiu, evidencià una associació altament significativa (P<0.001) entre presència de l’al∙lel FecX R en heterozigosi i alts valors genètics estimats (VGEs) per al caràcter prolificitat en un grup selecte de femelles del programa, que a més pertanyien a la cua alta de la distribució de valors per a aquest caràcter. Molecularment, el nou al∙lel es caracteritza per la presència d'una deleció de 17 parells de bases localitzada a la regió preproteïna de l'exó 2 del gen BMP15. Aqueta produeix un canvi en la pauta de lectura i, introdueix posteriorment un codó "stop" prematur impedint la síntesi completa de la preproteïna. Els estudis sobre freqüències gèniques i genotípiques duts a terme a la població de RAA en selecció, han servit per veure l'estat actual de la mutació en les ramaderies i per aportar la informació necessària en la reestructuració del programa d'encreuaments i IAs. A més, els estudis sobre el tipus de part i l'efecte freemartin ofereixen noves dades per a la presa de decisions en la futura selecció per prolificitat deguda al al∙lel FecX R i la seva particular modèl d'herència lligat al sexe. La resta de gens caracteritzats no apareixen associats a prolificitat en RAA. Els SNPs silents 606 i 612 del gen MNTR1A que en algunes races està associat a estacionalitat reproductiva, també són presents en la raça RAA. La mutació 606 és més rellevant que la 612 degut a que l’hem associat significativament a ciclicitat reproductiva a contra estació, en un diseny familiar filla, indicant que el polimorfisme 606 es troba en desequilibri de lligament amb una altra mutació propera al gen MNTR1A, doncs altres mutacions detectades tant a la regió codant del gen com a al seu promotor no han presentat associació amb el caràcter ciclicitat fòra de l’estació reproductiva. / La presente Tesis se centra en la caracterización y evaluación de los cuatro genes candidatos BMPR1B, BMP15, GDF9 y MTNR1A en la raza ovina Rasa Aragonesa (RAA) para ser utilizados como marcadores moleculares en la selección de reproductores dentro del esquema de mejora genética llevado a cabo por la cooperativa UPRA Oviaragón SCL. De estos, los tres primeros han demostrado tener una influencia clara sobre el carácter prolificidad en otras razas ovinas, mientras que MTNR1A se ha presentado como marcador interesante en la selección de caracteres relacionados con estacionalidad reproductiva. El resultado más destacable ha sido el aislamiento y caracterización de una nueva variante natural del gen BMP15 en RAA, denominada FecX R, que produce un promedio de 0.32 corderos más por parto en aquellas hembras portadoras del nuevo alelo en heterocigosis, mientras que las hembras portadoras en homocigosis son estériles por tener órganos sexuales inmaduros. El estudio de asociación mediante genotipado selectivo evidenció una asociación altamente significativa (P<0.001) entre la presencia del alelo FecX R en heterocigosis y valores genéticos estimados (VGEs) de prolificidad elevados en un grupo selecto de hembras del programa, confirmando la importancia directa del gen BMP15 en la prolificidad de esta raza. Molecularmente, el alelo FecX R se caracteriza por la presencia de una deleción de 17 pares de bases en la secuencia nucleotídica del segundo exón, en la región de preproteína, que produce un cambio en la pauta de lectura e introduce un codón "STOP" prematuro, impidiendo así la síntesis completa de la preproteína. El particular modo de herencia ligado al sexo, los estudios sobre el tipo de parto y freemartinismo o los estudios sobre frecuencias génicas y genotípicas llevados a cabo en la población han contribuido a valorar el estado actual de la mutación en las ganaderías aportando la información necesaria para la reestructuración del programa de cruzamientos e IA de interés para la cooperativa. El resto de genes caracterizados (BMPR1B, GDF9 y MNTR1A) no tienen efecto sobre la prolificidad en RAA. Los marcadores silentes de tipo SNP 606 y 612 del gen MNTR1A que en algunas razas ganaderas se han considerado asociados a estacionalidad reproductiva también están presentes en RAA. La mutación 606, resultó más relevante en esta raza por presentar asociación con ciclicidad reproductiva fuera de estación en un diseño familiar hija, indicando que el SNP606 está en desequilibrio de ligamiento con una mutación responsable cercana al gen MTNR1A, ya que otras mutaciones localizadas tanto en su zona codante como en su promotor, no parecen presentar asociación significativa con el carácter estacionalidad. / This Thesis focuses on the characterization and evaluation of four candidate genes (BMP15, GDF9, BMPR1B and MTNR1A) related to prolificacy and reproductive seasonality traits in the Rasa Aragonesa (RAA) sheep breed. BMP15, GDF9 and BMPR1B have shown influence on prolificacy in other breeds while MTNR1A can influence reproductive seasonality. The most relevant result was the discovery of a new naturally occurring mutation in the BMP15 gene in the ovine Rasa Aragonesa breed. This mutation is a deletion of 17 base pairs that leads to an altered amino‐acid sequence which introduces a premature stop codon in the protein. Highly significant associations (p < 0.0001) were found between high and low estimated breeding values (EBVs) for prolificacy and the genotypes (XR/ X+) of the BMP15 gene in RAA animals. As with other mutations found in BMP15 gene, this one is associated with both increased prolificacy and sterility in heterozygous and homozygous ewes, respectively. Furthermore, statistical analysis showed that the FecXR allele increases prolificacy by 0.3243+0.0448 lambs per sheep per parturition. An accurate, reliable and quick method was developed by duplex PCR for genetic sex determination and freemartin detection, amplifying the ovine‐specific Y chromosome repetitive fragment and FecX alleles of BMP15 gene in replacement ewes. This is important as it will decrease the number of infertile ewes with non‐functioning ovaries sterilized in the womb by hormones from a male twin. New mutations discovered in the GDF9, BMPR1B and MTNR1A genes have not been shown to influence prolificacy in the RAA as they do in other sheep breeds. However, a significant effect was found between SNP606 of the MTNR1A gene and spontaneous ovulation out of the reproductive season. The T allele was associated with cyclicity in Rasa Aragonesa sheep while in other breeds, this was the C allele. This finding, along with the fact that this polymorphism does not result in an amino‐acid substitution, suggest that SNP606 may act in linkage equilibrium with a mutation in other genes responsible for breeding out of season. In this sense, new polymorphims in the promotor and coding region of the gene MTNR1A did not show any association for breeding out of season in the RAA breed.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The role of local factors in follicular selection in mammals is not fully understood. The aim of the present study was to identify local factors, receptors and intracellular signaling pathways involved in bovine dominant follicle selection and subordinate follicles atresia. In the first study, the pattern of mRNA expression and function of FGF10 and its receptor FGFR2b was evaluated during bovine follicle deviation. FGF10 and FGFR2b were significantly more expressed in theca and granulosa cells retrieved from subordinate follicles, respectively. Intrafollicular FGF10 treatment in the larger follicle dose-dependently inhibited follicle growth and significantly reduced estradiol secretion. In granulosa cells, FGF10 treatment decreased CYP19A1 and cyclin D2 mRNA expression whereas FGFR2b tended to be more expressed after treatment. In theca cells, a significant increase in FGF10 expression was observed in FGF10-treated follicles. In a second study, BMPRs, BMP15 and GDF9 expression was evaluated in cows ovariectomized when the size of the largest and second largest follicle did not have a significant difference (D2), had slight difference (D3) or marked difference (D4). At day 2 of follicular wave, it was observed a significant increase in BMPR1A expression whereas BMPR-2 and - 1B tended to be more expressed in future subordinate follicles. At day 3, when dominant and subordinate follicles are reliably identified, BMPR-2 and 1B were more expressed in subordinate follicles. At day 4, BMPR1B (mRNA and protein) was significantly more expressed in granulosa cells from atretic follicles. The increased BMPR1B expression during atresia was confirmed in granulosa cells from follicles induced to atresia with FGF10 or estradiol receptor antagonist treatment. Similar levels of BMP15 and GDF9 proteins were observed in follicular fluid from dominant and subordinate follicles. In a third study, we aimed to identify intracellular signaling pathways differentially activated in granulosa cells during deviation. Phosphorylated MAPK was more abundant in the future dominant follicle, but did not differ between follicles at the expected moment and after follicular deviation. Subordinate follicles phosphorylated STAT3 levels tended to increase at day 3 and were significantly greater at day 4 in comparison to dominant follicles. In conclusion, present results suggest that decreased FGF10 and FGFR2b expression allows dominant follicle growth and differentiation whereas increased FGF10 signaling in the subordinate follicle induces atresia. The patterns of BMPR- 2, -1B and -1A indicate that these receptors play roles during follicle deviation. Phosphorylated MAPK abundance is an early marker of follicle dominance, but is not differentially regulated during and after deviation. The functional status of STAT3 suggests that this pathway is involved in granulosa cell death. / O controle local da seleção folicular em mamíferos ainda é pouco compreendido. O objetivo do presente estudo foi identificar fatores locais, receptores e rotas de sinalização envolvidas na seleção do folículo dominante e atresia dos subordinados em bovinos. Em um primeiro estudo, avaliou-se a regulação e função do FGF10 e do seu receptor FGFR2b durante a divergência folicular. A expressão de FGF10 e FGFR2b foi significativamente maior nas células da teca e granulosa, respectivamente, provenientes dos folículos subordinados. A injeção intrafolicular de FGF10 inibiu o crescimento folicular de maneira dose dependente e reduziu significativamente a síntese de estradiol. Nas células da granulosa, a injeção de FGF10 diminuiu a expressão de RNAm de CYP19A1 e ciclina D2, enquanto que uma tendência de aumento da expressão do receptor FGFR2b foi observada. Nas células da teca, um aumento significativo na expressão de FGF10 foi observado nos folículos tratados com FGF10. Em um segundo estudo, o padrão de expressão dos receptores de BMPs e das proteínas BMP15 e GDF9 foram avaliados em vacas ovariectomizadas em diferenes dias em relação ao inicio da onda folicular, comparando os dois maiores folículos antes (dia 2), durante (dia 3) ou após a divergência folícular (dia 4). No dia 2 da onda folicular, foi observada maior expressão do receptor BMPR-1A e tendências a maior expressão dos receptores BMPR-2 e -1B nos futuros folículos subordinados. No dia 3, quando os folículos dominantes e subordinados são identificados, a expressão de BMPR-1B e -2 foi maior nos folículos subordinados. No dia 4, o receptor BMPR1B (RNAm e proteína) foi significativamente mais expresso nas células da granulosa de folículos atrésicos. O aumento da expressão do BMPR1B durante a atresia folicular foi confirmado nas células da granulosa de folículos induzidos à atresia através do tratamento com FGF10 ou inibidor dos receptores de estradiol. A abundância de BMP15 e GDF9 no fluído folicular não diferiu entre folículos dominantes e subordinados. Em um terceiro estudo, buscou-se identificar rotas de sinalização diferentemente ativas nas células da granulosa durante a divergência. Os níveis de MAPK fosforilada foram significativamente superiores nos futuros folículos dominantes (dia 2), mas não diferiram entre os dois maiores folículos durante ou após a divergência. Folículos subordinados apresentaram maiores níveis de STAT3 fosforilada em relação aos seus respectivos dominantes em todos os pares de folículos coletados, sendo observado um aumento significativo em folículos atrésicos coletados no dia 4. Em conclusão, os resultados sugerem que a expressão reduzida de FGF10 e do receptor FGFR2b possibilitam o crescimento e diferenciação do folículo dominante, enquanto que o aumento da sinalização do FGF10 no folículo subordinado está associado com a atresia. O perfil de expressão dos receptores BMPR-2, -1B e -1A indica que os mesmos apresentam funções na regulação da divergência folicular em bovinos. A fosforilação da MAPK é um marcador inicial de dominância folicular, mas não é diferentemente regulada durante e após a divergência, enquanto que o padrão de ativação da STAT3 sugere que essa via está envolvida na morte das células da granulosa.

Premature ovarian Insufficiency (POI) is the cessation of the ovarian function before the age of 40, defined by high serum gonadotrophins, low estradiol and amenorrhea for at least 4 months. The etiology may be iatrogenic after a surgery, chemotherapy or radiotherapy treatment, environmental, autoimmune or genetic. However, in most of the cases the cause remains unknown. Clinical and family studies suggest a strong heritability of age at menopause and POI, but the number of genetic causes and genes identified to be involved in human POI remains very small. In POI patients, the two crucial functions of the ovary, hormonal secretion and reproduction, are absent. In the last decades, however, new advances in assisted reproduction techniques have allowed the possibility of carrying pregnancies to POI women, thanks to oocyte donation. The aim of this study was to identify new genetic factors implicated in the development of POI women and to analyse the reproductive possibilities and outcome of women with a genetic cause of POI. For the first part of the study, the DNA of a cohort of POI women recruited in the Fertility Clinic of the Hôpital Erasme of the Université Libre de Bruxelles was used to sequence five candidate genes (FSHR, GDF9, BMP15, AMH and AMHR2) known to be implicated in the ovarian folliculogenesis. The most important findings were two very rare variants and one unknown variant in the AMH gene. The functional study performed with these variants suggested a diminished function of the mutant protein. Furthermore, one of the variants was found in the mother of one of the patients, who was also diagnosed of POI at 32 years old. These arguments strongly suggest that a defective AMH could play a role in the development of POI. This is supported by previous studies with knock out mice models, which show an earlier depletion of the ovarian follicle pool due to a faster recruitment of the primordial follicles that constitute the ovarian reserve. The sequencing of the BMP15 gene led to the identification of two new variants not identified among controls but not predicted to be deleterious. Interestingly, one variant previously reported in POI women and predicted to be deleterious for the protein function, was found in a Sub-Saharan African POI patient as well as in our control cohort. This variant was already studied functionally and shown to have a reduced biological activity. However, we identified this variant in 6% of the Sub-Saharan African control population, which suggests that this is a more prevalent variant in the African genotype and raises up the importance of the ethnicity when studying genetic variants.The sequencing of the other genes (FSHR, GDF9 and AMHR2) did not lead to any association with POI.In the second part of the study, 24 women with Turner syndrome and POI were analysed in terms of reproductive, obstetrical and perinatal outcome after oocyte donation. This specific group of patients was chosen because of their specific systemic anomalies that could interfere with pregnancy outcome and because very few reports have been published on this subject. In the 23 patients finally transferred, the pregnancy rate was similar to that obtained after oocyte donation in other cohorts. There was a miscarriage rate of 23% and a rate of complications of pregnancy as high as 50%, mainly caused by pregnancy-induced hypertensive diseases. Four women at risk of genetic POI were included in the fertility preservation program in order to vitrify their oocytes. Three of them have already vitrified successfully their oocytes but none of them has yet used them.Oocyte vitrification represents a new hope for those women with genetic risk of POI to be able to carry a pregnancy with their own oocytes.In conclusion, three variants of the AMH gene could be implicated in the development of POI as demonstrated by the reduced in vitro bioactivity of the variants and the familial segregation of the cases. Since then, it sounds plausible to propose AMH sequencing in the case of familial POI and secondary amenorrhea.In the BMP15 gene, 2 new variants were predicted to be tolerated. A potentially deleterious variant of the BMP15 gene (L148P) previously associated to POI, was also found in 6% of the Sub-Saharan African controls which suggests that it is a common variant in the African ethnic. No clear association was found between the other tested candidate genes and our POI cohort.Regarding Turner’s Syndrome pregnancies, we can conclude that they are high-risk pregnancies that need of a multidisciplinary follow-up before and during pregnancy.Oocyte cryopreservation represents a new tool to be offered to women at risk of genetic POI to preserve their fertility, but not without previous genetic counselling. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Desta forma, o presente estudo teve por objetivo avançar no entendimento da função e regulação de fatores locais no ovário bovino, avaliando a função do fator de crescimento e diferenciação 9 (GDF9) no crescimento folicular final. Além disso, objetivou-se caracterizar a expressão de membros da família TGF-β, em especial as proteínas morfogenéticas ósseas (BMPs) e seus receptores, na luteinização e ovulação em bovinos. Em um primeiro experimento, a injeção intrafolicular de GDF9 em folículos dominantes (9±0,2 mm de diâmetro), nas concentrações finais de 100 ou 1000 ng/mL, não teve efeito sobre o crescimento folicular final, estro e ovulação (P>0,05). No segundo estudo, utilizando células da granulosa provenientes de folículos pré-ovulatórios (>12 mm), coletados in vivo em diferentes momentos (0, 3, 6, 12 e 24 h) após aplicação i.m de GnRH, a expressão de RNAm das BMPs 1 e 4 não foi regulada. Por outro lado, a expressão de BMP2 aumentou significativamente 3 e 6 h após GnRH (P<0,05). A expressão dos receptores BMPR2 e TGFBR1 aumentou significativamente 12 h após tratamento, enquanto que os receptores BMPR-1A e -1B foram mais expressos 0 e 12 h após GnRH. Os níveis de progesterona no fluído folicular decresceram linearmente com o aumento da expressão de BMPR-1A (R2=0,49) e -1B (R2=0,5). O aumento na expressão de TGFBR1 determinou uma diminuição quadrática nos níveis de progesterona (R2=0,45). O aumento na expressão de BMP2 (R2=0,4) e BMPR1A (R2=0,28) determinou um aumento na concentração de estradiol, apresentando efeito linear e quadrático, respectivamente. Por outro lado, os níveis de estrógeno decresceram linearmente com o aumento na expressão de BMPR2 (R2=0,31). Os dados sugerem que a elevação nos níveis de GDF9 em folículos diferenciados não altera o destino dos mesmos. A expressão da BMP2 está associada a maiores níveis de estradiol, enquanto que a expressão dos receptores de BMPs sugere uma inibição no processo de luteinização. A elucidação do papel dos fatores locais na fisiologia ovariana contribui com o entendimento de patologias reprodutivas e desenvolvimento de tecnologias com fins de contracepção ou aumento da taxa ovulatória. / Antral follicle development culminates with ovulation and, in monovulatory species, only one follicle is selected to grow whereas all the others undergo atresia. During these processes, all the follicles are under the same endocrine environment, indicating the participation of locally produced factors in the regulation of follicular growth and differentiation. In this context, the involvement of transforming growth factors-beta (TGF-β) family members and their receptors is highlighted. Despite their high relevance, the real functions of TGF-β proteins in ovarian physiology is still poorly understood. In this regard, the aim of this study was to gain insight into the function and regulation of ovarian factors, investigating the function of growth and differentiation factor 9 (GDF9) during dominant follicle growth. Furthermore, we tested the hypothesis that TGF-β members, especially bone morphogenetic proteins (BMPs) and their receptors are regulated during luteinization and ovulation processes in cattle. In a first experiment, the intrafollicular injection of GDF9 in dominant follicles (9±0.2 mm diameter) at final concentrations of 100 and 1000ng/mL did not affect follicular growth, estrus manifestation and ovulation (P>0.05). In a second study, using granulosa cells from preovulatory follicles (>12mm), collected in vivo at different time-points (0, 3, 6, 12 and 24 h) after GnRH treatment, mRNA expression of BMPs 1 and 4 was not regulated. By the other size, BMP2 expression was significantly upregulated at 3 and 6 h (P<0.05). The mRNA expression of BMPR2 and TGFBR1 increased 12 h after GnRH treatment (P<0.05), whereas the receptors BMPR-1A and -1B were more expressed at the moment (0 h) and 12 h after GnRH injection. Follicular fluid progesterone concentrations decreased linearly with increased BMPR-1A (R2=0.49) and -1B (R2=0.5) mRNA expression. The increase in TGFBR1 had a negative quadratic effect on progesterone concentration (R2=0.45). The increase in BMP2 (R2=0.4) and BMPR1A (R2=0.28) determined an increase in estradiol, having linear and quadratic effects, respectively. By the other side, follicular fluid estradiol concentrations decreased linearly with increased BMPR2 (R2=0.31) expression. Collectively, the results suggest that increasing the levels of GDF9 in differentiated follicles does not affect their fate. BMP2 expression is associates to high levels of estradiol in follicular fluid, whereas BMPRs expression suggests an inhibitory effect on luteinization. Elucidating the functions of local factors in ovarian physiology would allow to better understand pathological processes and the development of technologies for contraception or, paradoxally, to increase ovulation rates.

Introdução: Considerando a prevalência, a importância social dos tratamentos de alta complexidade de mulheres inférteis e o contexto atual da literatura que atribui relevância aos polimorfismos dos genes reguladores do desenvolvimento inicial e crescimento folicular, entre eles o FSHR, LH, LHR, AMH, AMHR, BMP15 e GDF9; torna-se imprescindível o melhor conhecimento e a quantificação desses fatores. Com isso poderemos individualizar e abordar de forma mais racional a investigação e o tratamento destas mulheres submetidas à fertilização in vitro (FIV). Objetivos: Avaliar se os polimorfismos dos genes do LH (Trp8Arg e Ile15Thr), AMH (Ile49Ser), BMP15 (673C/T, 9C/G, IVSI+905A/G), GDF9 (546G>A, 398C>G, 447C>T e 646G>A), e dos receptores do FSH (Ser680Asn), do LH (18isnILQ) e do AMH (Ile49Ser), estão relacionados a diferentes desfechos reprodutivos em pacientes submetidas à fertilização in vitro. Métodos: Realizamos dois estudos em mulheres submetidas à indução ovulatória para FIV: (1) um estudo caso-controle entre pacientes normo respondedoras e má respondedoras, (2) um estudo transversal em pacientes jovens submetidas à indução ovulatória para fertilização in vitro (FIV). Foi extraído DNA das pacientes submetidas à indução ovulatória para FIV a partir do sangue periférico para realização de polymerase chain reaction, com o objetivo de detectar os polimorfismos dos referidos genes e as respectivas relações com os resultados obtidos na estimulação ovariana, no Laboratório de Terapia Gênica do HCPA/UFRGS. Resultados: Foi evidenciado que a presença do polimorfismo 398C>G no gene GDF9 está associada à má resposta em pacientes inférteis submetidas à estimulação ovariana para fertilização in vitro (68% em má respondedoras versus 23% normo respondedoras, OR: 4.01, 95% IC:1.52-10.60). Além disso, o genótipo mutante para o polimorfismo G447C>T no gene do GDF9 foi encontrado em 50% nas pacientes má respondedoras versus 19% nas pacientes normo respondedoras (OR: 2.88, 95% IC:1.19-6.04), evidenciando uma forte associação destes polimorfismos com a má resposta ovariana à estimulação. Encontramos, também, que as mulheres portadoras do alelo mutante do gene 447C>T do GDF9 tiveram um número menor de folículos entre 12-14 mm no dia do hCG (1,62 versus 2,46, P = 0,007). As mulheres com o alelo mutante do gene do GDF9 398C>G tiveram um menor número de folículos maiores que 17 mm no dia do hCG (4,33 versus 6,49, P = 0,001), menor número de folículos entre 12 e 14 milímetros no dia do hCG (1,42 versus 2,25, P= 0,017), um menor número de folículos no dia do hCG (7,33 versus 10,11 versus, P = 0,007), e redução total de oócitos MII coletados (5,38 versus 8,84 P = 0,017). Conclusão: Concluímos que polimorfismos no gene do GDF9 têm uma influência significativa no desenvolvimento do oócito, uma vez que a presença dos alelos mutantes 447C>T e 398C>G diminui o número total de folículos maduros e o número total de oócitos coletados de tais pacientes, além deste último estar associado à má resposta ovariana em pacientes submetidas à indução da ovulação para fertilização in vitro. Isso mostra que este membro da família TGFβ além de atuar nas fases iniciais da foliculogênese também tem influência importante sobre a fase final do desenvolvimento do oócito. / Introduction: Given the prevalence, the social importance of high complexity treatments of infertile women and the current context of the literature assigns relevance to polymorphisms of genes regulating early follicle growth and development, including LH, AMH, BMP15, GDF9, FSHR, LHR and AMHR; become essential to better understanding and quantification of these factors. With this we can individualize and address more rationally research and treatment of these women undergoing IVF. Objectives: Evaluate the relationship of polymorphisms of LH (Trp8Arg andIle15Thr), AMH (Ile49Ser), BMP15 ( 673C/T, 9C/ G, IVSI+905A/ G) and GDF9 (546G>A, 398C>G, 447C>Tand646G>A) genes, and FSH (Ser680Asn), LH (18isnILQ) and AMH (Ile49Ser) receptors genes, related to different reproductive outcomes in patients undergoing IVF. Methods: Our study consisted of two phases: the first conducted a case-control study among patients with normal responders and poor responders, and the second a cross-sectional study in young patients undergoing ovulation induction for in vitro fertilization. DNA was extracted from peripheral blood for performing polymerase chain reaction (PCR) and analyzed at the Laboratory of Gene Therapy HCPA/UFRGS, with the objective of detecting polymorphisms of these genes and their relationships to the results obtained in ovarian stimulation. Results: It was shown that the presence of polymorphism 398C>G in GDF9 gene is associated with poor response in infertile patients undergoing controlled ovarian stimulation for in vitro fertilization (68% in poor responders versus 23% in normal responders). Furthermore, the genotype GDF9 447C>T mutant polymorphism was found in 50% and 19%, respectively, in poor and normal responders patients, showing a strong association with this polymorphism and a poor response in ovarian stimulation. Women carrying the GDF9 398C>G mutant allele had a smaller number of follicles between 12-14 mm on the day of r-hCG (1.62 vs. 2.46, respectively P=0.007). Women with GDF9 398C>G mutant allele had a smaller number of follicles larger than 17 mm on the r-hCG day (4.33 vs. 6.49, P=0.001), a smaller number of follicles between 12 and 14mm on the r-hCG day (1.42 vs. 2.25, P=0.017), a smaller number of follicles on the r-hCG day (7.33 vs. 10.11, P=0,007), and a reduced overall number of MII oocytes collected (5.38 vs. 8.84 ,P=0.017). Conclusion: We conclude that GDF9 polymorphisms in the gene have a significant influence on the development of the oocytes, since the presence of the mutant alleles 447C>T and 398C>G decreases the total number of mature follicles, total number of oocytes collected, and are associated a poor ovarian response in patients undergoing ovulation induction for in vitro fertilization. This shows that this member of the TGFβ family besides acting in the early stages of folliculogenesis also has important influence on the final stage of oocytes development.