Steroid and eicosanoid metabolism occurs in two phases and primarily within hepatic tissues, but localized metabolism has been examined in several extra-hepatic tissues in humans and rodents. Phase I of metabolism is performed by Cytochrome P450s (CYP) that add hydroxyl groups to the carbon ring structure which is further metabolized by phase II UDP-glucuronosyltransferase (UGT). The overall objectives of the following experiments were to: 1) determine the amount of extra-hepatic steroid metabolism within reproductive tissues of cattle across the estrous cycle; 2) determine the amount of extra-hepatic steroid metabolism and an oxylipin profile within reproductive tissues of cattle based on pregnancy status; and 3) determine the amount of endometrial blood perfusion in cattle using a novel laser Doppler technique. Activity of CYP1A was found within corpora lutea (CL) tissues of both pregnant and non-pregnant cattle, but not within endometrial tissues. Endometrial perfusion, measured using a novel laser Doppler technique, was also validated by measuring angiogenic factors in close proximity to the location of perfusion. A positive correlation (r = 0.28; P = 0.04) was observed between endometrial perfusion and nitrite concentration, an angiogenic factor. Endometrial blood perfusion was affected by the proximity to the CL, but not by the proximity of the dominant follicle. In addition, UGT was categorized across the estrous cycle and the activity was dependent upon the proximity of the CL. Oxylipins, including eicosanoids, were also profiled in CL of cattle that were non-pregnant and pregnant with 5 out of 39 oxylipins differentially expressed. The activity and oxylipin products of steroid and eicosanoid enzymes were not correlated with serum or luteal progesterone. Through these experiments, we have verified that there is localized metabolism of steroids and eicosanoids within reproductive tissues of cattle as well as fetal tissues. Also, we have achieved a full oxylipin profile of non-pregnant and pregnant cattle CL with five oxylipins contained in various amounts between pregnancy status.

A placenta dos mamíferos é um órgão transitório formado pela justaposição das membranas fetais e tecidos maternos, sendo responsável pelas trocas fisiológicas entre o feto e a mãe e pela síntese de hormônios fundamentais para o sucesso da gestação. O crescimento placentário e a nutrição fetal requerem altas taxas de crescimento e diferenciação celular, sendo fundamental um balanço adequado entre proliferação e morte celular das células trofoblásticas placentárias. Estas células possuem propriedades particulares no que diz respeito a suas funções metabólicas, endócrinas e angiogênicas, porém a atividade proliferativa destas células em diferentes regiões da placenta bovina é desconhecida. Neste estudo, levantamos a hipótese de que as células de diferentes regiões placentárias de bovinos devem apresentar padrões distintos de atividade proliferativa e morte celular, podendo ser algumas regiões mais ou menos responsáveis pelo desenvolvimento fetal ao longo da prenhez. Para testar esta hipótese, analisamos as células de diferentes regiões da placenta e em diferentes estágios gestacionais através de citometria de fluxo e coloração com marcador histoquímico, além de observações macroscópicas e histológicas para avaliar a morfologia da placenta e suas regiões. Foram analisadas as regiões: central e marginal dos placentônios, área interplacentomal, microplacentônios (≤1,0cm) e fusões placentomais. Por meio da citometria de fluxo realizamos uma distribuição das células placentárias nas diferentes fases do ciclo celular, observando a porcentagem de células em proliferação e apoptose. Em nossos resultados, encontramos particularidades macroscópicas, histológicas e metabólicas nas células de cada região placentária. A margem do placentônio apresentou um aumento prematuro de células em apoptose, com um aumento crescente a partir de 170 dias até o final da gestação, sugerindo que nesta região se inicie a desconexão placentomal. As áreas interplacentomais e fusões de placentônios apresentaram um equilíbrio na atividade proliferativa ao longo da gestação, sugerindo que a proliferação celular possua uma menor importância para a homeostase tecidual nestas regiões. Os microplacentônios apresentaram uma atividade proliferativa mais lenta, porém crescente ao longo da gestação, sugerindo pouca contribuição destas estruturas para a liberação placentária. Estes achados estão de acordo com nossa hipótese de que cada região placentária contribui de forma distinta para o crescimento da placenta bovina, cada uma delas participando de maneira particular no processo de maturação e desconexão placentária e no crescimento e nutrição fetal ao longo da gestação. O entendimento das taxas proliferativas e apoptóticas é importante para a compreensão da patogênese das perdas embrionárias e anormalidades no desenvolvimento placentário. A descrição dos processos de proliferação e morte celular em diferentes regiões da placenta de gestações bovinas poderá ajudar a elucidar processos fisiológicos desconhecidos relacionados ao desenvolvimento do concepto e a falhas gestacionais. Espera-se que este estudo forneça elementos essenciais à melhor compreensão do desenvolvimento placentário, estabelecendo padrões de normalidade para cada região da placenta bovina e auxiliando na compreensão dos mecanismos de falhas gestacionais que levam a anormalidades fetais e placentárias, muito comuns em técnicas avançadas de manipulação embrionárias, como a fertilização in vitro, a produção de animais transgênicos e a clonagem animal. / The mammalian placenta is a transitory organ consisting of maternal-fetal tissues union, responsible for nutrient exchange and synthesis of many hormones which are essential for success of the gestation. Placental growth and fetal nutrition require high rates of cellular turnover and differentiation, and a balance between proliferation and apoptosis in the trophoblastic cells are essential to the placental development. The trophoblastic cells, that form the fetal portion of placenta, has unique properties and a wide range of metabolic, endocrine and angiogenic functions, but the proliferative profile of those cells. In this study we hypothesed that cells from different placental regions on bovine placenta must reveal distinct patterns of proliferative activity and apoptosis, and some regions may be potentially responsible to distinct modulation patterns in fetal growth and nutrition throughout pregnancy. We analyzed cells form different regions of normal bovine placenta, namely the central region of the placentome, the placentomes edges, interplacentomal areas, placentomal fusion, and microplacentomes (≤1.0cm). The cells of those regions were analyzed by flow cytometry and with a histochemical marker, as well as macroscopical and histological analysis. Using flow cytometry we performed the percentage of cells in each cell cycle phase, including apoptosis. Our findings indicated macroscopical, histological and metabolic particularities in different placental region. The edges of the placentome revealed a premature increase in apoptotic cells, with a significantly higher number of apoptotic cells from 170 days of gestation. That suggests this region to be the point of initiation of placentomal detachment in cattle. Interplacentomal areas and placentomal fusions showed no significant variations during pregnancy, suggesting that proliferation is minor importance for tissue homeostasis in those regions. Microplacentomes revealed a lower but an ascending proliferative activity, that suggests the relatively small role of those structures, with microplacentomes not contributing significantly to normal of placental functions and conceptus development during pregnancy. Taken together, the complete understanding of placental apoptotic and proliferative profiles at distinct placental tissue regions during gestation will shed light to unknown physiological processes related to conceptus development, as some regions may be potentially responsible, at different degrees of influence, to distinct modulation patterns in fetal growth and nutrition throughout pregnancy. In that regard, results from the present study using non-manipulated bovine gestations indicated that proliferation and apoptosis exhibit patterns that are specific for the individual placental areas during gestation and at term in normal, non-manipulated pregnancies in cattle. Variations involving proliferation and apoptotic rates may influence placental maturation and detachment, compromising placental functions and leading to fetal stress, abnormalities in development and abortion, as frequently seen in bovine pregnancies from in vitro fertilization and cloning procedures. Our findings describing the pattern of cell proliferation and apoptosis in normal bovine pregnancies may be useful for unraveling some of the developmental deviations frequently seen in nature and after in vitro embryo manipulations.

A placenta dos mamíferos é um órgão transitório formado pela justaposição das membranas fetais e tecidos maternos, sendo responsável pelas trocas fisiológicas entre o feto e a mãe e pela síntese de hormônios fundamentais para o sucesso da gestação. O crescimento placentário e a nutrição fetal requerem altas taxas de crescimento e diferenciação celular, sendo fundamental um balanço adequado entre proliferação e morte celular das células trofoblásticas placentárias. Estas células possuem propriedades particulares no que diz respeito a suas funções metabólicas, endócrinas e angiogênicas, porém a atividade proliferativa destas células em diferentes regiões da placenta bovina é desconhecida. Neste estudo, levantamos a hipótese de que as células de diferentes regiões placentárias de bovinos devem apresentar padrões distintos de atividade proliferativa e morte celular, podendo ser algumas regiões mais ou menos responsáveis pelo desenvolvimento fetal ao longo da prenhez. Para testar esta hipótese, analisamos as células de diferentes regiões da placenta e em diferentes estágios gestacionais através de citometria de fluxo e coloração com marcador histoquímico, além de observações macroscópicas e histológicas para avaliar a morfologia da placenta e suas regiões. Foram analisadas as regiões: central e marginal dos placentônios, área interplacentomal, microplacentônios (≤1,0cm) e fusões placentomais. Por meio da citometria de fluxo realizamos uma distribuição das células placentárias nas diferentes fases do ciclo celular, observando a porcentagem de células em proliferação e apoptose. Em nossos resultados, encontramos particularidades macroscópicas, histológicas e metabólicas nas células de cada região placentária. A margem do placentônio apresentou um aumento prematuro de células em apoptose, com um aumento crescente a partir de 170 dias até o final da gestação, sugerindo que nesta região se inicie a desconexão placentomal. As áreas interplacentomais e fusões de placentônios apresentaram um equilíbrio na atividade proliferativa ao longo da gestação, sugerindo que a proliferação celular possua uma menor importância para a homeostase tecidual nestas regiões. Os microplacentônios apresentaram uma atividade proliferativa mais lenta, porém crescente ao longo da gestação, sugerindo pouca contribuição destas estruturas para a liberação placentária. Estes achados estão de acordo com nossa hipótese de que cada região placentária contribui de forma distinta para o crescimento da placenta bovina, cada uma delas participando de maneira particular no processo de maturação e desconexão placentária e no crescimento e nutrição fetal ao longo da gestação. O entendimento das taxas proliferativas e apoptóticas é importante para a compreensão da patogênese das perdas embrionárias e anormalidades no desenvolvimento placentário. A descrição dos processos de proliferação e morte celular em diferentes regiões da placenta de gestações bovinas poderá ajudar a elucidar processos fisiológicos desconhecidos relacionados ao desenvolvimento do concepto e a falhas gestacionais. Espera-se que este estudo forneça elementos essenciais à melhor compreensão do desenvolvimento placentário, estabelecendo padrões de normalidade para cada região da placenta bovina e auxiliando na compreensão dos mecanismos de falhas gestacionais que levam a anormalidades fetais e placentárias, muito comuns em técnicas avançadas de manipulação embrionárias, como a fertilização in vitro, a produção de animais transgênicos e a clonagem animal. / The mammalian placenta is a transitory organ consisting of maternal-fetal tissues union, responsible for nutrient exchange and synthesis of many hormones which are essential for success of the gestation. Placental growth and fetal nutrition require high rates of cellular turnover and differentiation, and a balance between proliferation and apoptosis in the trophoblastic cells are essential to the placental development. The trophoblastic cells, that form the fetal portion of placenta, has unique properties and a wide range of metabolic, endocrine and angiogenic functions, but the proliferative profile of those cells. In this study we hypothesed that cells from different placental regions on bovine placenta must reveal distinct patterns of proliferative activity and apoptosis, and some regions may be potentially responsible to distinct modulation patterns in fetal growth and nutrition throughout pregnancy. We analyzed cells form different regions of normal bovine placenta, namely the central region of the placentome, the placentomes edges, interplacentomal areas, placentomal fusion, and microplacentomes (≤1.0cm). The cells of those regions were analyzed by flow cytometry and with a histochemical marker, as well as macroscopical and histological analysis. Using flow cytometry we performed the percentage of cells in each cell cycle phase, including apoptosis. Our findings indicated macroscopical, histological and metabolic particularities in different placental region. The edges of the placentome revealed a premature increase in apoptotic cells, with a significantly higher number of apoptotic cells from 170 days of gestation. That suggests this region to be the point of initiation of placentomal detachment in cattle. Interplacentomal areas and placentomal fusions showed no significant variations during pregnancy, suggesting that proliferation is minor importance for tissue homeostasis in those regions. Microplacentomes revealed a lower but an ascending proliferative activity, that suggests the relatively small role of those structures, with microplacentomes not contributing significantly to normal of placental functions and conceptus development during pregnancy. Taken together, the complete understanding of placental apoptotic and proliferative profiles at distinct placental tissue regions during gestation will shed light to unknown physiological processes related to conceptus development, as some regions may be potentially responsible, at different degrees of influence, to distinct modulation patterns in fetal growth and nutrition throughout pregnancy. In that regard, results from the present study using non-manipulated bovine gestations indicated that proliferation and apoptosis exhibit patterns that are specific for the individual placental areas during gestation and at term in normal, non-manipulated pregnancies in cattle. Variations involving proliferation and apoptotic rates may influence placental maturation and detachment, compromising placental functions and leading to fetal stress, abnormalities in development and abortion, as frequently seen in bovine pregnancies from in vitro fertilization and cloning procedures. Our findings describing the pattern of cell proliferation and apoptosis in normal bovine pregnancies may be useful for unraveling some of the developmental deviations frequently seen in nature and after in vitro embryo manipulations.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The purpose of this study is to evaluate the amount of transcripts from the Major Histocompatibility Complex (MHC) class I classical (BoLA-N *) and non-classical (BoLA-NC*), as well as of TNF-α (Tumor Necrosis Factor alpha) and TGF-β1 (Transforming Growth Factor beta 1) cytokines in bovine non-pregnant uterus, caruncles, cotyledons and blastocysts throughout the pregnancy period, in order to understand the immune and physiological mechanisms that occur in pregnancy in cows. The samples were analyzed by qPCR, the qualification (presence or absence) by conventional RT-PCR and the immune fluorescence with sheep monoclonal antibody against MHC class I. As positive control we used a sample of tissue from the bovine lymph node and/or spleen in all experimental tests. The amount of transcript BoLA-N* and BoLA-NC* was small (fold change 0 to 3) in blastocysts and cotyledons. Cotyledons transcription BoLA-NC* is greater than the transcription of BoLA-N*. Blastocysts transcription of BoLA-N* was higher than BoLA-NC*. Blastocysts transcribed more BoLA-NC2 than in cotyledons. Blastocysts not transcribed BoLA-NC4. Cotyledons transcribed BoLA-NC4 more than BoLA-NC2. The caruncles showed large amounts of transcripts (fold change 5 to 400), which were higher for pregnancy period of \"8-9\" month to BoLA-N* and one month for BoLA-NC*. Caruncles BoLA-NC2 transcription was higher than the BoLA-NC4. The uterus non pregnant had fewer transcripts BoLA-N* and BoLA-NC* than in caruncles. The uterus non pregnant no have transcripts of BoLA-NC2, but they had a small amount of transcripts of BoLA-NC4. Caruncles had large amounts of transcripts (fold change 50 to 500) of BoLA-NC2 with pregnancy age greater than one month; those are seemed to protect the fetus from rejection. TNF-α appears in greater amount in late gestation (8 and 9 months), showing the beginning of an inflammatory reaction, necessary to the adequate removal of the fetus and the placenta during delivery. Since TGF-β1 has a peak of expression in the sixth and seventh months of gestation, just when the fetus has its greatest growth, demonstrating a probable involvement of this cytokine in this phenomenon. / Com o intuito de entender os mecanismos imunofisiológicos da gestação em vacas esta tese teve como objetivo avaliar a quantidade de transcritos do Complexo de Histocompatibilidade Principal (MHC) de classe I clássico (BoLA-N*) e não clássico (BoLA-NC*), bem como das citocinas TNF-α (Fator de Necrose Tumoral alfa) e TGF-β1 (Fator de Crescimento Transformador beta 1) em úteros não gestantes, carúnculas, blastocistos e cotilédones bovino durante todo o período gestacional. Utilizou-se a quantificação por qPCR, a qualificação (presença ou ausência) via RT-PCR convencional e a imunofluorescência com anticorpo primário monoclonal MHC de classe I ovino. Como controle positivo foi utilizado uma amostra de tecido de linfonodo e/ou baço bovino em todos os ensaios experimentais. A quantidade de transcrito de BoLA de classe I clássico e não clássico foi pequena (fold change variando de 0 a 3) nos blastocistos e cotilédones. Nos cotilédones a transcrição de BoLA-NC* foi maior do que a transcrição de BoLA-N*. Nos blastocistos houve maior transcrição de BoLA-N* do que de BoLA-NC*. BoLA-NC2 transcreveu mais nos blastocisto do que nos cotilédones. BoLA-NC4 não transcreveu nos blastocistos. Os cotilédones transcreveram mais BoLA-NC4 do que BoLA-NC2. As carúnculas apresentaram grandes quantidades de transcritos (fold change variando de 5 a 400), que foram maiores nos períodos gestacionais de 8 a 9 para BoLA_N* e até 1 mês para BoLA-NC*. A transcrição de BoLA-NC2 foi maior do que a de BoLA-NC4 nas carúncula. O útero não gestante teve menor quantidade de transcritos de BoLA-N* e BoLA-NC* do que nas carúnculas. Não há transcrição de BoLA-NC2 no útero não gestante, mas há uma pequena quantidade de transcritos de BoLA-NC4 neste tecido. A presença de grandes quantidades de transcritos (fold change variando de 50 a 500) de BoLA-NC2 nas carúnculas, com idade gestacional maior do que um mês, parece proteger o feto da rejeição. Nas carúnculas parece existir um pico de transcrição de TGF-β1 no sexto e sétimo meses de gestação, justamente quando o feto tem seu maior crescimento, sinalizando um provável envolvimento desta citocina neste fenômeno. O TNF-α surge em maior quantidade no final da gestação, tanto nas carúnculas quanto nos cotilédones, demonstrando o início de uma reação inflamatória, necessária para a adequada expulsão do concepto e da placenta durante o parto. / Doutor em Imunologia e Parasitologia Aplicadas