Gender of animal offspring is of great interest to farmers where gender selection is achieved via the separation of male-bearing from female-bearing sperms prior to performing artificial insemination. A start-up company (Ab Biotech Inc.) has developed a technique for gender selection based on the production of an intracellular single-domain antibody (sdAb) using the bacterium Escherichia coli capable of sexing bovine sperm. The purpose of this research was to provide a recommendation to Ab Biotech Inc. for the lysis of E. coli. An efficient lysis technique was required in order to release the intracellular sdAb. In the dairy industry, sexing for female calves is preferred since male calves are not useful for the purpose of milk production. Multiple lysis techniques were tested in order to provide a feasible recommendation for Ab Biotech Inc. These techniques included high pressure homogenization, sonication, bead milling and enzymatic/chemical lysis using lysozymes and Triton X-100. Required lysis time, extent of lysis and potential operating costs were contributing factors for determining an optimal technique. The extent of lysis was determined by quantifying the total amount of released protein using SDS-PAGE densitometry. It was recommended to choose bead milling for potential process upscaling since a large amount of fractional lysis (0.70) was obtained over a short amount of lysis time (3 min) with an inexpensive ($9.50/kg) 0.3 mm mixture of glass beads.

Hybride Mikroschwimmer, die einen biologischen Antrieb und eine künstlich hergestellte Mikrostruktur enthalten sind ein attraktiver Ansatz um kontrollierte Bewegung auf kleinstem Maßstab zu erreichen. In dieser Dissertation wird ein neuer hybrider Mikroschwimmer vorgestellt, der aus ferromagnetischen Nanomembranen besteht, die sich zu Mikroröhrchen aufrollen und in der Lage sind, einzelne Spermien einzufangen. Dieser Mikrobioroboter nutzt die starke Antriebskraft der Spermazelle um das magnetische Mikroröhrchen fortzubewegen. Die vorliegende Arbeit beschreibt, wie dieser Mikroschwimmer seine Bewegung vollzieht und wie verschiedene Faktoren wie Temperatur, Radius der Mikroröhrchen, Eindringtiefe der Spermien in das Röhrchen und Länge der Röhrchen einen Einfluss auf sein Verhalten haben. Richtungskontrolle wird durch externe magnetische Felder realisiert und es wird dargestellt, wie dies zur Trennung der Mikrobioroboter aus einer Mischung von Spermien und Mikroröhrchen genutzt werden kann. Weiterhin werden zwei Oberflächenmodifizierungsmethoden angewandt um die Kupplungseffizienz zwischen Mikroröhrchen und Spermien zu erhöhen. In diesen Methoden wird das extrazelluläre Protein Fibronektin auf die innere Röhrchenoberfläche aufgebracht und dient als Bindungsstoff für Spermien. Schließlich wird durch den Einbau temperatursensitiver Material in die Mikroröhrchen ein ferngesteuerter Freisetzungsmechanismus für die Spermazelle vorgestellt. Dabei falten sich die Mikroröhrchen bei kleinen Temperaturerhöhungen auf und setzen die Zelle frei. Diese Arbeit diskutiert letztendlich das Potential solch eines hybriden Mikroschwimmers für die Anwendung in assistierter Reproduktion. / The search for autonomously moving, highly functional and controllable microdevices is a purpose of current micro/nanobiotechnology research, especially in the area of biomedical applications, for which reason, biocompatible solutions are in demand. In this thesis, a novel type of hybrid microswimmer is fabricated by the combination of rolled up thin nanomembranes with bovine spermatozoa. The microbiorobot presented here uses the powerful motion of the sperm flagella as a propulsion source for the magnetic microtube. This work demonstrates how the microswimmer performs its motion and how several factors such as temperature, radius of the microtube, penetration of the cell inside the microtube and length of the tube have influence on its performance. Directional control mechanisms are offered by external magnetic fields and are presented to be useful for the on-chip separation of the microbiorobots from a mixture of cells and microtubes. Two surface modification methods are presented as means to improve the coupling efficiency between the microtubes and the sperm cells. By these surface functionalizations, the extracellular matrix protein fibronectin is attached on the inner microtube walls and serves as binding agent for the spermatozoa. Finally, a remote release mechanism for the sperm cells is demonstrated by the incorporation of thermoresponsive material into the microtubes, which makes them fold and unfold upon small temperature changes. This work discusses the potential of such microswimmers for the application in assisted reproduction techniques and gives an outlook on future perspectives.

[EN] Cryopreserved boar sperm is not used extensively for artificial insemination due to poor fertility rates of the sperm after freezing and thawing. The sperm membrane is damaged when cooled from body temperature to 5 ºC (cold shock), as well as during the freeze-thaw process. Increasing the cholesterol content of boar sperm membranes could increase their post-thaw survival, similarly to other species that are cold shock sensitive. Cholesterol can be easily added to sperm membranes using cholesterol-loaded cyclodextrins (CLC). Treating sperm from different species susceptible to cold-shock with CLC before cryopreservation improves sperm cryosurvival. Egg yolk and glycerol are common constituents of extenders used for boar sperm cryopreservation. However, conventional freezing extenders could not be the appropriate for CLC-treated sperm. The aim of this Thesis is to evaluate cryosurvival of CLC or cyclodextrin-treated boar sperm in three different conditions: using conventional freezing extenders, using extenders with alternative concentrations of glycerol and egg yolk and using amides as cryoprotectants. CLC or methyl- ß-cyclodextrin treatment (1 mg/120 x 106 sperm) prior to cryopreservation using a conventional freezing extenders provided either slight or no benefit, respectively, to post-thaw sperm plasma membrane integrity (+ 8%; P < 0.05) and motility (P > 0.05). In addition, sperm from both, good and poor freezers, responded similarly to CLC treatment (P > 0.05). Reduction in egg yolk concentration from 20 to 10% was detrimental for post-thaw sperm viability, even in semen treated with CLC (- 12%; P < 0.05). On the other hand, it was observed that traditional concentration of glycerol (3%) was not the appropriate to freeze CLC-treated sperm (- 13% viable sperm compared to control; P < 0.05). Thus, CLC-treated sperm showed a higher tolerance (+ 13 % sperm viability; P < 0.05) to high glycerol concentrations (5%) than non-treated sperm. Regarding the efficacy of amides as cryoprotectants, three of the amides (lactamide, acetamide and formamide) produced deleterious effects in fresh boar sperm (P < 0.05). The other amides (methylformamide, dimethylacetamide and dimethylformamide) efficiently improved post-thaw sperm viability (+ 5 to 15 %; P < 0.05) but negatively affected the sperm motility (- 11 to 16% total motile sperm; P < 0.05) and the sperm fertilizing ability in vitro (dimethylformamide: - 64 % penetration rate; P < 0.05), irrespective of the sperm treatment. On the other hand, CLC-treated samples showed better in vitro fertilizing ability than control samples when glycerol was used as cryoprotectant (+ 2 penetrated spermatozoa/oocyte; P < 0.05). The results obtained in this Thesis suggest that conventional freezing protocols should be optimized for CLC-treated boar sperm in order to obtain the benefit of CLC treatment observed in other species sensitive to cold shock. / [ES] Las inseminaciones artificiales en la especie porcina se realizan habitualmente con semen refrigerado, debido a las bajas tasas de fertilidad obtenidas con el semen congelado-descongelado. La membrana del espermatozoide sufre importantes daños cuando es sometida a la fase de enfriamiento desde la temperatura corporal hasta alcanzar los 5 ºC (choque térmico), así como durante el proceso de congelación y descongelación. El aumento del contenido de colesterol en las membranas de los espermatozoides de cerdo podría mejorar su supervivencia tras la descongelación, como sucede en otras especies sensibles al choque térmico. Este incremento en la cantidad de colesterol se puede realizar fácilmente utilizando ciclodextrinas saturadas de colesterol (CLC). El tratamiento con CLC de espermatozoides de varias especies susceptibles al choque térmico antes de la congelación ha conseguido mejorar su supervivencia tras la descongelación. En los protocolos convencionales de congelación de semen porcino se utilizan habitualmente diluyentes de congelación compuestos por yema de huevo y glicerol, sin embargo, puede que estos diluyentes de congelación convencionales no sean los más apropiados para congelar espermatozoides tratados con CLC. El objetivo de esta Tesis es evaluar la supervivencia a la congelación de los espermatozoides porcinos tratados con CLC o ciclodextrinas utilizando diluyentes de congelación convencionales, utilizando concentraciones alternativas tanto de yema de huevo como de glicerol o utilizando amidas en lugar de glicerol como crioprotectores Utilizando diluyentes convencionales, el tratamiento con 1mg de CLC o de metil-ß-ciclodextrina/120 millones de espermatozoides previamente a la congelación proporcionó una leve mejora de la integridad de la membrana plasmática espermática (+ 8%; P < 0,05) y ningún beneficio sobre la movilidad espermática (P > 0,05). Además, la respuesta al tratamiento con CLC fue similar independientemente de si los espermatozoides procedían de verracos buenos o malos congeladores (P > 0,05). Una reducción de la concentración de yema de huevo de un 20 a un 10% fue perjudicial para la supervivencia de los espermatozoides tras la descongelación, incluidos aquellos que habían sido tratados previamente con CLC (- 12% espermatozoides vivos; P < 0,05). Por otro lado, observamos que las concentraciones de glicerol utilizadas habitualmente (3%) no son las más apropiadas para congelar espermatozoides tratados con CLC (- 13 % viabilidad espermática comparando con las muestras control; P < 0,05), ya que éstos mostraron una mayor tolerancia (+ 13 % espermatozoides vivos; P < 0,05) que las muestras control a las concentraciones de glicerol más altas (5%). Con respecto a la eficacia de las amidas como crioprotectores para semen porcino, tres de las amidas (lactamida, acetamida y formamida) produjeron efectos perjudiciales durante su incubación con semen fresco (P < 0,05). El resto de amidas evaluadas (metilformamida, dimetilacetamida y dimetilformamida) mejoraron eficientemente la viabilidad espermática tras la congelación (+ 5 a 15 %; P < 0,05), sin embargo, afectaron negativamente tanto la movilidad espermática (- 11 a 16% móviles totales; P < 0,05) como la capacidad de fecundación in vitro (dimetilformamida: - 64 % en la tasa de penetración; P < 0,05), independientemente de si el semen fue tratado con CLC o no. Por otro lado, las muestras tratadas con CLC mostraron mejor capacidad de fecundación in vitro que las muestras control cuando se utilizó el glicerol como crioprotector (+ 2 espermatozoides penetrados/ovocito; P < 0,05). Los resultados obtenidos en esta Tesis sugieren que sería necesaria la adecuación de los protocolos de congelación convencionales para congelar semen porcino tratado con CLC con el propósito de alcanzar los claros beneficios obtenidos con dicho tratamiento cuando ha sido evaluado en otras especies sensibles al choque térmico. / [CAT] Les inseminacions artificials en l'espècie porcina es realitzen habitualment amb semen refrigerat, a causa de les baixes taxes de fertilitat obtingudes amb el semen congelat-descongelat. La membrana de l'espermatozoide pateix importants danys quan és sotmesa a la fase de refredament des de la temperatura corporal fins a arribar als 5 ºC (xoc tèrmic), així com durant el procés de congelació i descongelació. L'augment del contingut de colesterol a les membranes dels espermatozoides de porc podria millorar la seva supervivència després de la descongelació, com succeeix en altres espècies sensibles al xoc tèrmic. Aquest increment en la quantitat de colesterol es pot realitzar fàcilment utilitzant ciclodextrines saturades de colesterol (CLC). El tractament amb CLC d'espermatozoides de diverses espècies susceptibles al xoc tèrmic abans de la congelació ha aconseguit millorar la seva supervivència després de la descongelació. En els protocols convencionals de congelació de semen porcí s'utilitzen habitualment diluents de congelació compostos per rovell d'ou i glicerol, però, pot ser que aquests diluents de congelació convencionals no siguin els més apropiats per congelar espermatozoides tractats amb CLC. L'objectiu d'aquesta Tesi és avaluar la supervivència a la congelació dels espermatozoides porcins tractats amb CLC o ciclodextrines utilitzant diluents de congelació convencionals, utilitzant concentracions alternatives tant de rovell d'ou com de glicerol o utilitzant amides en lloc de glicerol com crioprotectors Utilitzant diluents convencionals, el tractament amb 1 mg de CLC o de metil-ß-ciclodextrina / 120 milions d'espermatozoides prèviament a la congelació va proporcionar una lleu millora de la integritat de la membrana plasmàtica espermàtica (+ 8%; P <0,05) i cap benefici sobre la mobilitat espermàtica (P> 0,05). A més, la resposta al tractament amb CLC va ser similar independentment de si els espermatozoides procedien de verros bons o dolents congeladors (P> 0,05). Una reducció de la concentració de rovell d'ou d'un 20 a un 10% va ser perjudicial per a la supervivència dels espermatozoides després de la descongelació, inclosos aquells que havien estat tractats prèviament amb CLC (- el 12% espermatozoides vius; P <0,05) . D'altra banda, observem que les concentracions de glicerol utilitzades habitualment (3%) no són les més apropiades per congelar espermatozoides tractats amb CLC (- 13% viabilitat espermàtica comparant amb les mostres control; P <0,05), ja que aquests van mostrar una major tolerància (+ 13% espermatozoides vius; P <0,05) que les mostres control a les concentracions de glicerol més altes (5%). Pel que fa a l'eficàcia de les amides com crioprotectors per semen porcí, tres de les amides (lactamida, acetamida i formamida) van produir efectes perjudicials durant la seva incubació amb semen fresc (P <0,05). La resta de amides avaluades (metilformamida, dimetilacetamida i dimetilformamida) van millorar eficientment la viabilitat espermàtica després de la congelació (+ 5 a 15%, P <0,05), però, van afectar negativament tant la mobilitat espermàtica (- 11 a 16% mòbils totals; P <0,05) com la capacitat de fecundació in vitro (dimetilformamida: - el 64% en la taxa de penetració; P <0,05), independentment de si el semen va ser tractat amb CLC o no. D'altra banda, les mostres tractades amb CLC van mostrar millor capacitat de fecundació in vitro que les mostres control quan es va utilitzar el glicerol com crioprotector (+ 2 espermatozous penetrats / oòcit; P <0,05). Els resultats obtinguts en aquesta Tesi suggereixen que seria necessària l'adequació dels protocols de congelació convencionals per congelar semen porcí tractat amb CLC amb el propòsit d'assolir els clars beneficis obtinguts amb el tractament quan ha estat avaluat en altres espècies sensibles al xoc tèrmic. / Blanch Torres, E. (2015). Treating boar sperm with cholesterol-loaded cyclodextrins or cyclodextrins prior to cryopreservation: effects on post-thaw in vitro sperm quality of sperm cryopreserved in different freezing extenders [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/58773 / TESIS

La anguila europea es una especie de gran importancia comercial en la acuicultura europea, pero el dramático descenso de las poblaciones naturales ha provocado la inclusión de esta especie en la lista CITES (convención del comercio internacional de especies en peligro de la fauna y flora salvaje). Considerando esta situación, se hace necesaria más investigación en el control reproductivo. El presente documento contiene 5 estudios que se pueden dividir en dos partes principales: la primera, una descripción del proceso de la maduración artificial de la anguila, seguida por una segunda parte centrada en el de desarrollo de técnicas para la evaluación de la calidad espermática, y la conservación del esperma. Una vez fijado el tratamiento hormonal en anteriores estudios, nosotros hemos estudiado la evolución de la calidad espermática a lo largo del periodo de espermiación, tratando de determinar las semanas con mayor porcentaje de muestras con alta calidad espermática. Para la evaluación de la calidad espermática los parámetros analizados fueron los siguientes: porcentaje de células vivas, motilidad, y morfometría de la cabeza del espermatozoide. El porcentaje de células vivas fue medido poniendo a punto técnicas de tinción fluorescentes, mientras que la medida del tamaño de la cabeza fue llevado a cabo por un programa informático (sistema ASMA), pero este análisis presentó problemas debido a la especial forma de la cabeza del espermatozoide de esta especie. Para validar esta técnica fue necesario comparar los resultados obtenidos por el sistema ASMA con los obtenidos por el microscopio electrónico de barrido. Distintos machos que recibieron el mismo tratamiento hormonal mostraron diferentes respuestas en cuanto al nivel de desarrollo gonadal y calidad espermática. Para entender qué factores podían influir en en estos factores, se realizó por primera vez la descripción de la maduración de machos de anguila europea, analizando la expresión de GnRHs y gonadotropinas, los n / Sánchez Peñaranda, D. (2008). Study of male reproductive physiology and sperm conservation in the european EEL ( Anguilla anguilla, L.) [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3063 / Palancia

Frozen-thawed ram semen crosses the cervix poorly, necessitating laparoscopic insemination. Acceptable fertility can be achieved with frozenthawed ram semen deposited at the external cervical opening if ram seminal plasma is added. Homologous seminal plasma improves the fertility of frozen-thawed sperm of boars and dogs. Heterologous seminal plasma may have effects as well; the addition of bovine seminal plasma increases the ability of buffalo sperm (Syncerus caffer) to fertilize bovine oocytes in vitro. The aim of the current study was to compare the effects of seminal plasma of rams and bulls, dog prostatic fluid, protein-free TALP, TrilEq (Triladyl with 0.5 ml of Equex STM paste added to each 100 ml) and skim milk upon longevity and percentages of progressively and aberrantly motile frozenthawed ram sperm. Three ejaculates from each of 6 rams (2 Dorpers, 2 Döhne merinos, and 2 merinos), aged 2 to 4 years, were extended in TrilEq, pooled and frozen as a single batch per ram at 200 × 106/ml in 0.25 ml straws. Seminal plasma of rams was obtained from the same rams, while seminal plasma of five bulls were obtained by centrifugation of their ejaculates and dog prostatic fluid consisted of the post-sperm fractions of the ejaculates of 5 dogs. Within a 10 species, the seminal plasma or prostatic fluid from different donors was pooled and frozen in aliquots at −18 °C. The 108 straws (6 rams, 6 diluents, 3 replicates) were thawed in random order. Once thawed, a straw was emptied into a tube with 0.85 ml of the appropriate medium at 37 °C and kept at that temperature for 6 h. The percentage of progressively motile sperm was estimated at ×200 magnification immediately (time zero) and 2, 4 and 6 h after thawing. One person thawed the semen and prepared motility specimens, while another performed all motility evaluations. Data were evaluated by means of repeated-measures ANOVA, with rams as subjects and time and medium as fixed effects. Non-significant interactions were removed from the model. Pairwise comparison of means was done by means of Bonferroni's test (P < 0.05). The model included Ram, Time, Medium, and Ram × Medium, and Time × Medium interactions, which were all significant (P < 0.01). Mean progressive motility decreased from each time to the next and were 39.0% (0 h), 26.0% (2 h), 19.6% (4 h) and 12.6% (6 h); SEM 1.38%, n = 108. Mean motility was higher for skim milk (39.9%) than for all other media except TrilEq (27.7%), which was better than bull seminal plasma (13.0%), whereas TALP (20.5%) and ram seminal plasma (21.9%) were similar to TrilEq and bull seminal plasma (SEM 2.85%, n = 72). The interactions (Ram × Medium or Time × Medium) were mainly due to dog prostatic fluid, ram seminal plasma, TrilEq, and TALP, while milk resulted in the best and bull seminal plasma in the lowest motility. This study shows that heat-treated skim milk maintains progressive motility of frozen-thawed ram sperm better than dog prostatic fluid and seminal plasma of bulls and rams, TrilEq and protein-free TALP. In contrast to ram seminal plasma, skim milk is known to result in poor fertility of frozenthawed ram semen after cervical insemination. It would thus appear that maintenance of progressive motility in vitro may be a poor indicator of fertility after cervical insemination. / Dissertation (MSc (Veterinary Science))--University of Pretoria, 2006. / Production Animal Studies / MSc / unrestricted

[ES] En las últimas décadas, la anguila europea Anguilla anguila ha sufrido una disminución drástica de su población lo que ha llevado su inclusión como especie en peligro crítico en la lista roja UICN. Esta situación, junto con la gran importancia comercial de esta especie, evidencia la necesidad de tomar acciones como el desarrollo de la reproducción en cautividad y el control de la pesca. Una de las herramientas más interesantes para su uso en la biología de la conservación es la criopreservación de espermatozoides, que presenta varias ventajas para esta especie, incluyendo la sincronización de gametos, la selección de líneas genéticas o su uso para la creación de un criobanco. Sin embargo, el desarrollo de protocolos de criopreservación necesariamente requieren esperma de buena calidad. Además, se necesita un método preciso para evaluar la calidad del esperma tanto antes como después de la criopreservación. Sobre esta última cuestión, la motilidad de los espermatozoides de los peces se considera uno de los mejores biomarcadores para la evaluación de la calidad de los espermatozoides en los peces, y se puede estudiar de forma subjetiva u objetiva utilizando sistemas "computer assisted sperm analysis" (CASA-Mot). Primero, se realizó un experimento para evaluar la precisión y la exactitud de ambos métodos para estudiar la motilidad del esperma: el método subjetivo y la técnica objetiva que utiliza el sistema CASA-Mot. Además, se probó si el grado de experiencia de los técnicos en el caso del método subjetivo tiene un efecto en la precisión de la estimación de la motilidad y, por lo tanto, hay una influencia del personal del laboratorio en la evaluación de la motilidad del esperma. Aquí concluimos que tanto el método como la experiencia técnica eran factores clave para evaluar con precisión la motilidad del esperma en la anguila europea, por lo que se requiere el uso de CASA-Mot junto con material calificado para obtener resultados fehacientes. En segundo lugar, se evaluaron métodos alternativos para la maduración de los machos de anguila europeos probando dos tratamientos hormonales diferentes: OVI, una gonadotropina recombinante; y VET, una gonadotropina purificada a partir de orina femenina. Después de elegir el mejor tratamiento hormonal de los dos, se evaluó el efecto de tres dosis diferentes con el objetivo de obtener el mayor rendimiento al menor coste. Los resultados de este experimento apuntaron a OVI como el mejor tratamiento hormonal en una dosis semanal de 1.5 UI/g de pez, que proporciona la mayor rentabilidad, obteniendo esperma de alta calidad a menor precio. En un tercer experimento, y utilizando los conocimientos adquiridos en los dos primeros experimentos, se realizaron una serie de experimentos para estandarizar los protocolos de criopreservación de esperma de anguila europea disponibles en ese momento (utilizando DMSO o metanol como crioprotector). Los resultados apuntaron al protocolo que utiliza el metanol como el mejor de ellos dos en términos de motilidad, velocidad y viabilidad de los espermatozoides y la preservación de la integridad del ADN. Siguiendo este último método estandarizado, se realizó un cuarto experimento con el objetivo de mejorar el protocolo en términos de volumen (volúmenes de esperma más grandes) y de calidad espermática. Además, se desarrolló un protocolo simple de almacenamiento a corto plazo para complementar las opciones de preservar el esperma durante diferentes períodos de tiempo. De todas las condiciones de almacenamiento probadas, las diluciones 1/50 a 4 ºC mostraron los mejores resultados, manteniendo la motilidad en comparación con el control durante 3 días, y manteniendo cierta motilidad espermática (12%) después de 7 días. A partir del experimento de criopreservación, fue posible aumentar los volúmenes a 2 y 5 mL sin perder la calidad del esperma en comparación con volúmenes más pequeños, y mejorando las mot / [CAT] En les últimes dècades, l'anguila europea Anguilla anguila ha sofert una disminució dràstica de la seva població el que ha portat la seva inclusió com a espècie en perill crític en la llista vermella UICN. Aquesta situació, juntament amb la gran importància comercial d'aquesta espècie, evidencia la necessitat de prendre accions com el desenvolupament de la reproducció en captivitat i el control de la pesca. Una de les eines més interessants per al seu ús en la biologia de la conservació és la criopreservació d'espermatozoides, que presenta diversos avantatges per a aquesta espècie, incloent la sincronització de gàmetes, la selecció de línies genètiques o el seu ús per a la creació d'un criobanc. No obstant això, el desenvolupament de protocols de criopreservació necessàriament requereixen esperma de bona qualitat. A més, es necessita un mètode precís per avaluar la qualitat de l'esperma tant abans com després de la criopreservació. Sobre aquesta última qüestió, la motilitat dels espermatozoides dels peixos es considera un dels millors biomarcadors per a l'avaluació de la qualitat dels espermatozoides en els peixos, i es pot estudiar de forma subjectiva o objectiva utilitzant sistemes "computer assisted sperm analysis" (CASA-Mot). Primer, es va realitzar un experiment per avaluar la precisió i l'exactitud de tots dos mètodes per estudiar la motilitat de l'esperma: el mètode subjectiu i la tècnica objectiva que utilitza el sistema CASA-Mot. A més, es va provar si el grau d'experiència dels tècnics en el cas del mètode subjectiu té un efecte en la precisió de l'estimació de la motilitat i, per tant, hi ha una influència del personal del laboratori en l'avaluació de la motilitat del esperma. Vam concloure que tant el mètode com l'experiència tècnica eren factors clau per avaluar amb precisió la motilitat de l'esperma en l'anguila europea, de manera que es requereix l'ús de CASA-Mot juntament amb material qualificat per obtenir resultats fefaents. En segon lloc, es van avaluar mètodes alternatius per a la maduració dels mascles d'anguila europeus provant dos tractaments hormonals diferents: OVI, un gonadotropina recombinant; i VET, un gonadotropina purificada a partir d'orina femenina. Després de triar el millor tractament hormonal dels dos, es va avaluar l'efecte de tres dosis diferents amb l'objectiu d'obtenir el major rendiment al menor cost. Els resultats d'aquest experiment van apuntar a OVI com el millor tractament hormonal en una dosi setmanal de 1.5 UI/g de peix, que proporciona la major rendibilitat, obtenint esperma d'alta qualitat a un preu millor. En un tercer experiment, i utilitzant els coneixements adquirits en els dos primers experiments, es van realitzar una sèrie d'experiments per estandarditzar els protocols de criopreservació d'esperma d'anguila europea disponibles en aquest moment (utilitzant DMSO o metanol com crioprotector). Els resultats van apuntar al protocol que utilitza el metanol com el millor d'ells dos en termes de motilitat, velocitat i viabilitat dels espermatozoides i la preservació de la integritat de l'ADN. Seguint aquest últim mètode estandarditzat, es va realitzar un quart experiment amb l'objectiu de millorar el protocol en termes de volum (volums d'esperma més grans) i de qualitat espermàtica. A més, es va desenvolupar un protocol simple d'emmagatzematge a curt termini per complementar les opcions de preservar l'esperma durant diferents períodes de temps. De totes les condicions d'emmagatzematge provades, les dilucions 1/50 a 4ºC van mostrar els millors resultats, mantenint la motilitat en comparació amb el control durant 3 dies, i mantenint certa motilitat espermàtica (12%) després de 7 dies. A partir de l'experiment de criopreservació, va ser possible augmentar els volums a 2 i 5 ml sense perdre la qualitat de l'esperma en comparació amb volums més petits. / [EN] In the last decades, the European eel Anguilla anguilla has suffered a drastic decrease in the recruitment in most areas of their distribution range, leading the species to be included as critically endangered in the IUCN list. This situation, together with the high commercial importance of the species, evidence the need of taking actions such as development of reproduction in captivity and control of fisheries based on the complexity of their life cycle. One of the most interesting tools for its use in conservation biology is the sperm cryopreservation, which presents several advantages for this species such as the synchronization of gametes, selection of genetic lines or cryobanking. However, the development of cryopreservation protocols necessarily requires good quality sperm, and it is also needed an accurate method to assess sperm quality both pre- and post-cryopreservation. On this last matter, fish sperm motility is considered one of the best quality biomarkers for sperm quality assessment in fish, and it can be evaluated subjectively or objectively using computer assisted sperm analysis (CASA-Mot) systems. First, an experiment was conducted to evaluate the precision and accuracy of both methods for assessing sperm motility: the subjective method and the objective technique using CASA-Mot system. Moreover, it was tested whether the degree of expertise of the technicians in the case of the subjective method, has an effect on the accuracy of the motility estimation, and therefore there is an influence of the laboratory staff on the sperm motility assessment. Here we concluded that both the method and the technician expertise were key factors in order to accurately assess sperm motility in European eel, so the use of CASA-Mot together with qualified stuff is required to obtain reliable results. Secondly, and alternative methods for European eel males maturation was evaluated by testing two different hormonal treatments: OVI, a recombinant ¿-choriogonadotropin; and VET, a human chorionic gonadotropin purified from female urine. After choosing the best hormonal treatment, the effect of three different doses was evaluated aiming for best performance and lowest cost on the treatment. The results of this experiment pointed at OVI as the best hormonal treatment in terms on sperm quantity and quality in most of the weeks of treatment, and at a weekly dose of 1.5 IU/g fish, which also provide the greatest profitability, obtaining high quality sperm at a lower price. In a third experiment, and using the knowledge acquired in the two first experiments (using the OVI hormonal treatment and CASA-Mot to assess sperm quality), a series of experiments were conducted to standardize the European eel sperm cryopreservation protocols available at the moment (using DMSO or methanol as cryoprotectant). The results indicated that the protocol using methanol was the best of them two in terms of sperm motility and velocity, sperm viability and preservation of DNA integrity. Following this last standardized method, a fourth experiment was conducted aiming for improvement of the protocol in terms of volume (larger volumes) and sperm quality outcome. Moreover, a simple protocol for short-term storage was developed to complement the options to preserve sperm for different time periods. Of all the tested storing conditions, 1/50 dilutions at 4 ºC showed the best results, maintaining the motility compared to control for 3 days, and some sperm motility (12%) was still observed after 7 days. From the cryopreservation experiment, it was possible to scale up the cryopreserved volumes to 2 and 5 mL without losing sperm quality compared to lower volumes. Moreover, the protocol was further improved by supplementing the protocol with egg yolk as an additive, obtaining the highest cryopreserved sperm motilities (over 50%) ever reported in European eel. / Herranz Jusdado, JG. (2019). Improvement of techniques for sperm evaluation and cryobanking in European eel [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/130846 / TESIS

Beyond the haploid genome, mammalian sperm carry a payload of epigenetic information with the potential to modulate offspring phenotype. Morphologically mature sperm exit the testes, but cannot swim or interact with the oocyte without extensive remodeling during epididymal transit; this includes modifications to the lipid composition of the sperm membrane, gain of necessary proteins, and a dramatic shift in sperm RNA content. Epididymal maturation has also been linked to changes in the sperm methylome suggesting that the epididymis might play a broader role in shaping the sperm epigenome. First, we characterized the genome-wide methylation landscape in seven germ cell populations from throughout the male reproductive tract. Our data emphasize the stability of cytosine methylation in mammalian sperm, and identify a surprising, albeit transient, period during which sperm are associated with extracellular DNA. Second, given our interest in the small RNA repertoire of sperm we set out to address known bias in sequencing protocols by comparing several small RNA cloning protocols. We found a protocol recently developed by Kathleen Collins’ lab (OTTR) to be superior to commercially available kits in providing an accurate representation of tRNA fragment levels as compared to Northern blotting. These results not only provide a more accurate representation of tRNA fragments, but also more complexity than previously seen allowing us to reassess the true sperm small RNA content. Taken together, these results provide significant insight into the mechanisms and factors modulating sperm epigenomics during post-testicular sperm maturation.

Thesis advisor: David R. Burgess / Centration of the nucleus after fertilization is an essential step for setting-up cell division and proper embryonic development in many proliferating cells such as the sea urchin. The sperm aster must capture the female pronucleus for fusion as well as the nucleus becoming positioned at the center of the cell. Microtubules (MTs) are known to play a role in this centration but the exact mechanism remains unknown. This begins to investigate current models of nuclear centration and the role of various interactions. Three phases of migration were observed as the male aster migrated with support in independent movements of the male and female pronuclei. Dimpling affects present that altered the morphology of the cell were observed when engagement occurred between the male and female pronuclei. It was discovered that this dimpling effect was a result of an interaction between MTs and the cortex, as confirmed by visualization of sheared cells in which only the cortex remained. Stemming from previous and current research in the lab, the role of post-translational modifications (PMTs) in nuclear centration was investigated for the different forces exerted due to various factors. Tyrosinated and detyrosinated populations were observed with and without the presence of parthenolide (PTL), an agent that inhibits detyrosination. PTL was observed to not only prevent the proper migration, but also that it expanded tyrosination of tubulin – which would further disrupt the force vectors created through the PMTs promotion of dyneins and kinesins. The results have lead to a new hypothesis to be furthered in order to gain an in-depth understanding in the mechanism(s) for pronuclear migration. / Thesis (BS) — Boston College, 2018. / Submitted to: Boston College. College of Arts and Sciences. / Discipline: Departmental Honors. / Discipline: Biology.

L'obésité est une condition médicale résultant d'une accumulation excessive de dépôts adipeux. Le remodelage pathologique du tissu adipeux chez les sujets obèses pourrait conduire à l'élaboration de plusieurs problèmes de santé. Malheureusement, la prévalence de l'obésité augmente dans le monde entier et en particulier chez les jeunes hommes en âge de procréation. En outre, plusieurs études ont suggéré que les informations de l'environnement paternel comme l'obésité acquise restent dans l’épigénome du spermatozoïde et peuvent moduler le phénotype de la descendance. Pour toutes ces raisons, une compréhension plus approfondie des effets de l’obésité sur la composition moléculaire des spermatozoïdes est nécessaire. Le premier objectif de cette thèse était d'évaluer l'effet de l'obésité sur la composition moléculaire et sur la physiologie des spermatozoïdes mobiles. Les échantillons de sperme ont été obtenus à partir de 96 hommes s’adressant au centre de fertilité ‘A-clinic’, Liban. Les patients ont été classés en trois groupes : poids normal, le surpoids, et obèses. Nos résultats ont montré qu’il y a une rétention des histones plus élevée, et un ADN spermatique hypométhylé et hypohydroxymethylé, dans les spermatozoïdes mobiles des hommes obèses par rapport à ceux des hommes non-obeses. Par conséquent, les embryons issus de spermatozoïdes mobiles d'un homme obèse avaient une cinétique de division embryonnaire altérer par rapport à ceux provenant des spermatozoïdes d’un homme de poids normal / Obesity is a medical condition resulting from an excessive accumulation of adipose deposits. The pathological remodelling of the adipose tissue in obese subjects may lead to the development of several health problems. Unfortunately, the prevalence of obesity is increasing worldwide and of particular interest among young men of reproductive age. Furthermore, accumulated evidence suggests that information from paternal environment such as acquired obesity remains in the sperm epigenome and can modulate the phenotype of the offspring. Therefore, a deeper comprehension of the drawbacks of male excessive fatness on the sperm molecular composition is needed. The first aim of this thesis was to assess the impact of obesity on the molecular composition and on the physiology of the motile sperm. The semen samples were obtained from 96 men attending the A-clinic fertility center, Lebanon. Patients were categorized into three groups: normal weight, overweight, and obese. We showed that the motile sperm of obese men had abnormal levels of paternally inherited histones and hypomethylated/hypohydroxymethylated DNA as compared to normal weight men. Subsequently, the embryos derived from the motile sperm of an obese father had an altered morphokinetic patterns when compared to those derived from normal weight one. The second aim of this thesis was to evaluate the adaptive and evolutionary potential of non-genetic heritable mechanisms in experimentally controlled animal models. Using a high fat diet (HFD)-induced obesity mouse model, we have examined how feeding male mice with a high fat diet for multiple generations impacts the phenotype of the resulting mice

In order to fertilize the egg, sperm cell undergoes several subsequent maturation processes. The final one called acrosome reaction is an exocytosis of acrosome vesicle, which is filled with lytic enzymes. Acrosome reaction is crucial for penetration of the sperm cell through the egg surroundings, especially zona pellucida, as well as for reorganization of a membrane protein composition on its surface. This rearrangement leads to the exposure of proteins essential for fertilization, mainly for gamete recognition, binding and fusion in specific compartments of the sperm head. One of such protein is CD46, which is located in the acrosomal membrane of an intact sperm and after acosomal exocytosis it relocates to the equatorial segment of a sperm head, which is known to be the initial site of interaction of sperm with the egg plasma membrane. The relocation of CD46 is disrupted by inhibition of actin, which reorganization within sperm head is known to play a role in onset of acrosome reaction, however, the precise mechanism of CD46 interaction with actin in sperm is unknown. In this thesis, ezrin - a crosslinker of membrane proteins and actin - has been studied in context of CD46 and its relocation across the sperm head. Analysis of the immunofluorescent detection of ezrin revealed its mutual...