Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-02-26Bitstream added on 2014-06-13T18:46:32Z : No. of bitstreams: 1 perecin_f_dr_jabo.pdf: 591625 bytes, checksum: f3212bddc59577b0aa73b9d7ef9f1d91 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A clonagem por transferência de núcleo é freqüentemente associada a resultados insatisfatórios devido à reprogramação nuclear anormal da célula somática doadora de núcleo e à expressão gênica alterada. O primeiro objetivo deste trabalho foi estudar a freqüência dos RNAs mensageiros das DNA metiltransferases (DNMT) 1, 3A e 3B, e do gene de expressão constitutiva gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase (GAPDH) em blastocistos bovinos isolados produzidos in vivo e in vitro por transferência nuclear (TN) de célula somática, ativação partenogenética e fertilização in vitro (FIV). O segundo objetivo foi avaliar a expressão das DNMTs e dos genes imprinted IGF2, IGF2R e H19 em membranas cório-alantóide e fetos bovinos produzidos in vivo e in vitro por TN, ativação partenogenética e FIV e recuperados entre os dias 33 e 36 de gestação. Houve decréscimo (P<0,05) na freqüência do GAPDH nos blastocistos TN e partenogenéticos quando comparados aos embriões fertilizados, e também diferença entre blastocistos TN produzidos com diferentes protocolos de sincronização celular (células em G0 ou G1 do ciclo celular). Com relação às DNMTs, não foram identificados transcritos da DNMT1 nos blastocistos do grupo TN-G0; ocorreu diminuição na freqüência dos transcritos da DNMT3B nos embriões TN quando comparados aos partenotos. Não se observou diferença na freqüência relativa das DNA metiltransferases em membranas cório-alantóide e fetos. Com relação aos genes imprinted, o grupo partenogenético apresentou menor nível de expressão de IGF2 em relação aos os demais grupos; baixos níveis de expressão de IGF2 e IGF2R foram observados, respectivamente, em amostras de feto e de cório-alantóide derivadas de animais clonados por TN, quando comparadas aos grupos fertilizados in vivo e in vitro. / Cloning by nuclear transfer is often associated with poor results due to abnormal nuclear reprogramming of somatic cell donor and altered gene expression. The first objective of this study was to evaluate the frequency of DNA methyltranferases (DNMT) 1, 3A and 3B, and the housekeeping glyceraldehyde 3- phosphate dehydrogenase (GAPDH) mRNAs in single bovine blastocysts produced in vivo or in vitro by somatic cell nuclear transfer (SCNT), parthenogenetic activation and in vitro fertilization (IVF). The second objective was to evaluate the expression of DNMTs and imprinted genes IGF2, IGF2R and H19 in chorio-alantois membrane of bovine fetuses produced in vivo or in vitro by SCNT, parthenogenetic activation and IVF, and recovered between days 33 and 36 of gestation. There was strong GAPDH downregulation (P<0.05) in parthenogenetic and cloned by SCNT blastocysts when compared to fertilized ones, and also differences between cloned blastocysts produced with different cell synchronization (G0 or G1) protocol. Regarding DNMTs expression, we did not identify DNMT1 transcrips in SCNT-G0 derived blastocysts, and observed DNMT3B downregulation in SCNT-derived embryos when compared to parthenotes. No differences in DNA methyltransferase relative frequency were seen in chorio-alantois membrane and fetuses. Regarding imprinted genes expression, downregulation of IGF2 in the parthenogenetic group was observed in comparision to all other groups, and also, downregulation of IGF2 and IGF2R in the cloned-derived fetuses and chorio-alantois samples, respectively, were observed comparing to in vivo and in vitro fertilized groups.

Células cultivadas por longos períodos acumulam alterações genéticas e epigenéticas que resultam frequentemente em uma inapropriada reprogramação nuclear de embriões submetidos à transferência nuclear a partir de células somáticas (TNCS). Além disso, a variável sexo é um fator limitante na produção de blastocistos e na competência de desenvolvimento pós-implantação de embriões produzidos in vitro. Desta maneira, o objetivo deste trabalho foi estudar o efeito do número da passagem nos experimentos de transferência nuclear, bem como, avaliar o efeito do sexo no desenvolvimento in vitro e no potencial pós-implantação destes embriões. Para tanto, oócitos derivados de matadouro foram enucleados e reconstruídos com células somáticas de animal adulto a partir de 18 horas pós-maturação. Após a fusão (dois pulsos de 2,25 kv/cm durante 65 µseg) e ativação química (ionomicina - 5,0 µM durante 5 minutos e 6-DMAP - 2,0 mM durante 3 horas), os zigotos reconstituídos com núcleo de célula somática foram cultivados em CR2 com monocamada de células da granulosa a 38,8ºC, em atmosfera umidificada e 5% de CO2 em ar durante 7 dias. Os resultados foram analisados utilizando o teste Qui-quadrado (X2). No cultivo in vitro, embriões reconstruídos com células em passagens tardias apresentaram menores taxas de clivagem, 8 células e desenvolvimento a blastocisto (p < 0,05). Embriões reconstruídos com células em passagens iniciais apresentaram maior competência em formar um blastocisto (16% versus 14% - intermediárias e 7% - tardias; p < 0,05). Apesar dos embriões reconstruídos com células em passagens tardias apresentarem resultados semelhantes de prenhez aos 30 dias (35% versus 27% - iniciais e 26% - intermediárias), não foram competentes para o desenvolvimento de uma gestação a termo (0% versus 34% - iniciais e 25% - intermediárias). Além de não apresentarem diferenças nas taxas de desenvolvimento a termo, neonatos produzidos com células em passagens iniciais e intermediárias apresentaram taxas equivalentes de sobrevivência (50% vs 57%, respectivamente). Em relação ao sexo, embora maior taxa de clivagem tenha sido observada para fêmeas (78% vs 74%; p < 0,05), embriões machos foram mais competentes no desenvolvimento a blastocisto (16% vs 14,5%; p < 0,05). As taxas de prenhez, desenvolvimento a termo e sobrevivência foram semelhantes entre os gêneros. Entretanto, fêmeas apresentaram maior taxa de aborto entre 90 e 120 dias de gestação (p < 0,05). Em conclusão, estes resultados indicam que células doadoras de núcleos cultivados por um longo período dificultam a produção de blastocistos e aumentam as chances de perdas durante a gestação. Também foi possível concluir que embriões clonados do gênero masculino apresentam maior competência para desenvolver a blastocisto e suportar uma gestação a temo. / Cells cultured for long-term periods accumulate genetic and epigenetic modifications that result in improper nuclear reprogramming of somatic cell nuclear transfer (SCNT) embryos. Furthermore, the sex may be a limiting factor in blastocysts production and in post-implantation developmental competence. Therefore, the objective of this study was to determine the effect of the passage number for SCNT, and to evaluate the effect of sex on in vitro development and on post-implantational competence of these embryos. Oocytes obtained from slaughtered cows were enucleated and reconstructed by TNCS from an adult animal at 18 hours of in vitro maturation. After fusion (two 2.25 kv/cm DC pulses for 65 µsec) and chemical activation (5.0 µM ionomycin for 5 min followed by 2.0 mM 6-DMAP for 3 hours), the reconstructed zygotes were cultured in CR2 on a granulosa cell monolayer at 38.8ºC in a humidified atmosphere of 5% CO2 in air for 7 days. Data were analyzed using Chi Square analysis. Reconstructed embryos with cells on late passages showed lower rates for cleavage, 8 cells embryos and blastocyst formation (p < 0.05). Reconstructed embryos with cells on early passages showed higher competence to blastocyst formation (16% versus 14% - intermediate and 7% - late; p < 0.05). Although reconstructed embryos with cells on late passages showed similar results for pregnancy on day 30 (35% versus 27% - early and 26% - intermediate), they were not competent to develop to term. Calving rates and perinatal survival (PNS) were similar when comparing early and intermediate passages (34% vs 25% and 50% vs 57%, respectively). Regarding sex, although cleavage rates were higher for female embryos (78% vs 74%; p < 0.05), male embryos were more competent for blastocyst formation (16% vs 14.5%; p < 0.05). The pregnancy rate, development to term and PNS were similar between gender, however, female embryos showed higher rates of abortion between day 90 and 120. In conclusion, these results indicate that long-term culture of donor cells decrease blastocyst formation and increase the chances of failure during pregnancy. Futhermore, cloned male embryos were more competent to form a blastocyst and had lower rates of abortion.

O sucesso da gestação, e nascimento da prole saudável, depende da adequada formação, desenvolvimento e funcionamento da placenta. Entretanto, são observadas altas perdas durante o primeiro terço da gestação de embriões bovinos produzidos por transferência de núcleo de célula somática (TNCS), principalmente causadas por alterações placentárias, decorrentes da incompleta reprogramação epigenética no desenvolvimento embrionário. Normalmente, após a fecundação, o DNA paterno é desmetilado durante as primeiras horas do desenvolvimento, enquanto o DNA materno é desmetilado de forma passiva. Entretanto nos embriões TNCS a desmetilação do DNA é tardia e incompleta, resultando numa alteração do padrão epigenético, principalmente nos níveis de metilação (5mC) e hidroximetilação (5hmC) do DNA e nas histonas. Além disso, na gestação TNCS há expressão precoce das moléculas do complexo de histocompatibilidade principal de classe I (MHC-I), associada ao aumento de infiltrados inflamatórios na placenta e à rejeição imunológica ao feto. O objetivo desse trabalho foi de verificar, na placenta bovina TNCS e controle, os níveis globais de 5mC e 5hmC, e de algumas modificações de histonas importantes na formação do trofectoderma ou por serem modificações clássicas, além de imunolocalizar moléculas de MHC-I. Para tanto foram utilizadas amostras de placentônio TNCS no primeiro (n = 5) e terceiro (n = 6) terço gestacional; e como controle, placentônios com controle no primeiro (n = 6) e terceiro (n = 6). Foram realizadas reações de imunohistoquímica para modificações no DNA (5mC, 5hmC) e nas histonas (H3K4me3, H3K27me3, H3K9ac, H3K9me2/3) e para MHC-I (Qa-2 e IL-A88); além de reações de PCR quantitativo para enzimas responsáveis pelas modificações no DNA (DNMT1, TET1, TET3), para alguns genes relacionados com o desenvolvimento da placenta (PAG9, PHDLA2, SNRPN e TSSC4) e para isoformas de MHC-I (NC1-4 e JSP-1). Houve aumento dos níveis globais de metilação, e diminuição de hidroximetilação, na placenta TNCS durante o primeiro trimestre gestacional. Os níveis de H3K4me3 foram estáveis na placenta controle e crescentes na placenta TNCS, enquanto que a H3K27me3 decresceu na placenta controle e foi estável na placenta TNCS. Na placenta TNCS, aos 60 dias, foram observados os menores níveis globais H3K9ac, porém H3K9me2/3 não diferiram entre as idades e tipos gestacionais estudados. Foi identificado MHC-I no trofoblasto do placentônio bovino nas idades analisadas, com variações de intensidade dependendo da isoforma detectada, além de que a placenta controle e a TNCS apresentam padrões diferentes na expressão de MHC-I. De modo geral, o menores níveis de metilação do DNA encontrados na placenta TNCS aos 60 dias de gestação, indica ser um mecanismo compensatório para ativar a expressão gênica. Visto que a as modificações de histona levam a um estado repressivo da expressão gênica, já que a bivalência entre H3K4me3 e H3K27me3 e os níveis de H3K9ac estão diminuídos. Ainda na placenta TNCS aos 60 dias, há uma alta expressão de MHC-I, levando a resposta imune do sistema materno contra os tecidos fetais. Portanto vários eventos são presentes e parecem contribuir para instabilidade da gestação inicial em clones, coincidindo com a alta taxa de perdas gestacionais nessa fase / Pregnancy success depends of adequate placental formation, development and function. Therefore, the highest loses rates are found during first trimester pregnancies of bovine embryos produced by somatic cell nuclear transfer (NT), majorly by placental alterations, due to incomplete epigenetic reprogramming during embrionary development. Normally, after fecundation, paternal DNA is actively demethylated at first hours of development; where as maternal DNA is passively demethylated. However in NT embryos the DNA demethylation is late and incomplete, resulting in changes of epigenetic patterns, majorly in methylation (5mC), hydroxymethylation (5hmC) and histone levels. Furthermore, in NT pregnancy there is premature expression of class I major histocompatibility complex (MHC-I), associated with inflammatory infiltrates increases and immunological rejection against fetus. The aim of this work was to evaluate global levels of 5mC, 5hmC and some posttranslational histone modifications and MHC-I molecules expression of bovine placenta in NT and control models. For this, NT and control bovine placentome were collected at first (n = 6) and third (n = 6) trimester of pregnancy. Immunohistochemistry reactions were performed to assay DNA methylation (5mC) and (5hmC) and posttranslational histone modifications (H3K4me3, H3K27me3, H3K9ac, H3K9me2/3) and MHC-I molecules (Qa-2 e IL-A88). Quantitative PCR reactions were performed to evaluate the expression of DNA modifications related enzymes (DNMT1, TET1 and TET2), MHC-I classical (JSP-1) and non-classical (NC1-4) isoforms, and imprinted genes expression (SNRPN, TSSC4 and PHDLA2). In the NT placenta there was an increase in the global methylation and decreased hydromethylation level at first trimester. Levels of H3K4me3 were constant at control placenta while increased in NT placenta. For H3K27me3, the levels decreased in control placenta and were stable at NT counterparts. At 60 days of pregnancy in NT placenta, were observed low levels of global H3K9ac, but no differences of H3K9me2/3 levels were found between pregnancy ages or type. We identified MHC-I at bovine placentomal trophoblast in all ages analyzed, with intensity variation of different isoforms. In general, low levels of DNA methylation at day 60 of pregnancy of TNCS placenta, indicates a compensatory mechanism to active genic expression. Since histone modifications, in this period, leads to repressive status, because bivalence of H3K4me3 and H3K27me3 and levels of H3K9ac were diminished. Also at day 60 of pregnancy of TNCS placenta, MHC-I is highly expressed and leads to maternal immune response against fetus tissue. In conclusion, several events are present and apparently contribute to early clone pregnancy instability, coinciding with high pregnancy losses in that phase

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2015-12-02T18:48:24Z No. of bitstreams: 1 natanachavesrabelo.pdf: 1986585 bytes, checksum: 916ff1701b2aae3c4a92119e278425b5 (MD5) / Rejected by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br), reason: Título: somente primeira letra da primeira palavra em maiúsculo e nomes próprios também. Palavras-chave: acrescentar uma em cada linha (não precisa colocar ponto e nem vírgula no final) on 2015-12-03T11:57:13Z (GMT) / Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2015-12-03T12:40:30Z No. of bitstreams: 1 natanachavesrabelo.pdf: 1986585 bytes, checksum: 916ff1701b2aae3c4a92119e278425b5 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2015-12-03T13:57:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 natanachavesrabelo.pdf: 1986585 bytes, checksum: 916ff1701b2aae3c4a92119e278425b5 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-03T13:57:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 natanachavesrabelo.pdf: 1986585 bytes, checksum: 916ff1701b2aae3c4a92119e278425b5 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / Erros na reprogramação epigenética no embrião reconstruído pela técnica de Transferência Nuclear de Célula Somática (TNCS) reduzem sua taxa de sucesso. A sincronização do ciclo do oócito receptor com o da célula doadora foi descrito como um dos principais fatores que contribuem para uma reprogramação adequada. Extratos da planta Azadirachta indica A. Juss (Nim) demonstraram potencial para inibir o ciclo de células cancerígenas e o crescimento de tumores, o que levou a hipótese de que ele pode ser efetivo, também, em células somáticas doadoras de núcleo para a clonagem. O presente trabalho teve por objetivo avaliar os efeitos de extratos de Nim sobre o ciclo de fibroblastos bovinos, bem como verificar se tais tratamentos diminuem a viabilidade das células ou alteram a expressão de genes de estresse e apoptose. Foram testadas quatro concentrações (50, 100, 200 e 300 oso, etanólico e hexânico, por 12 ou 24 horas de exposição, utilizando um controle positivo (soroprivação) e um controle com do ciclo e a reversibilidade foram analisadas por Citometria de Fluxo, a expressão dos genes HSP70.1A, HSBP1, HSP27.P1, BAX, BCL-2 e WNT5A avaliada por PCR em tempo real e a viabilidade celular por Azul de Tripan. Os resultados foram submetidos à ANOVA e as médias comparadas pelo teste de Student Newman Keuls, com valores de P<0,05 considerados significativos. Os tratamentos de 100 e os únicos capazes de sincronizar o ciclo das células em G0/G1 de forma reversível (88,59 ± 0,26% e 88,36 ± 0,32%, respectivamente), quando comparadas ao controle com mL (81,89 ± 0,43%), apresentando redução de células em G0/G1 dentro das 12 horas seguintes à exposição ao extrato. Apenas para estes tratamentos, portanto, foi realizada a análise de viabilidade celular e expressão gênica. Para o grupo de fibroblastos tratados com houve redução da viabilidade (50,16 ± 2,76%) em relação aos demais, que foram semelhantes (P>0,05) entre si. Para os dois tratamentos correu sub-expressão da maior parte dos genes, com exceção de HSP27 HSP70 mL, quando estes foram comparados ao controle com . Com isso, conclui-se que, dentre os tratamentos testados, o melhor seria o extrato etanólico, a . Portanto, este tratamento tem potencial para ser testado na produção de embriões pela técnica de TNCS e contribuir para melhorar sua eficiência. / Errors in epigenetic reprogramming in reconstructed embryos by technique Somatic Cell Nuclear Transfer (SCNT) reduce your success rate. The synchronization of the receiver oocyte cycle with the donor cell was described as one of the main factors that contribute to an appropriate reprogramming. Extracts of Azadirachta indica A. Juss (Neem) have demonstrated potential to inhibit the cell cycle of cancerigens cells and growth of tumors, which led to the hypothesis that it may be effective also in nucleus donor somatic cell for cloning. This study aimed to evaluate the effects of Neem extracts on cell cycle of bovine fibroblasts and verify if these treatments reduce the viability of cells and change the expression of stress and apoptosis genes. Were tested four concentrations (50, 100, 200 and 300 μg/mL) of the aqueous, ethanolic, and hexane extract, by exposure to 12 or 24 hours, using a positive control (inhibition serum starvation) and a control with 0 μg/ml . The inhibition and reversibility of cycle were analyzed by Flow Cytometry, the expression of genes HSP70.1A, HSBP1, HSP27.P1, BAX, BCL-2 and WNT5A evaluated by real-time PCR, and cell viability by Trypan Blue. The results were subjected to analysis of variance and means were compared by the Student Newman Keuls test, with values P<0.05 considered significant. The treatments of 100 and 200 μg/ml of the ethanol extract, for 24 hours of exposure, were able to synchronize the cell cycle in the G0/G1 (88,59 ± 0,26% and 88,36 ± 0,32%, respectively), compared to the control with 0 μg/ml (81.89 ± 0,43%), being the only ones that were reversible, returning to cycle within 12 hours after the removal of extract. Just these treatments, therefore, cell viability and gene expression analysis was performed. For the group of fibroblasts treated with 200 μg/mL was reduced the viability (50,16 ± 2,76%) compared to the others, which were similar (P>0.05) between them. For both treatments ran under expression of most genes, with the exception of HSP27 to 100 μg/mL and HSP70 to 200 μg/mL, when they have been compared to the control with 0 μg/mL. In conclusion, among the treatments tested, the best was the ethanol extract, 100 μg/mL, for 24 hours of exposure. Therefore, this treatment have potential to be tested in the production of embryos by SCNT technique and helping to improve their efficiency.

A reprogramação nuclear de uma célula somática a um estado embrionário tem diversas aplicações, como pesquisas básicas na biologia do desenvolvimento, terapia celular, melhoramento genético em animais de produção e conservação de espécies. As principais técnicas utilizadas para a reprogramação nuclear são a transferência nuclear de células somáticas (TNCS) e a geração de células tronco pluripotente induzidas (iPS). Muitos trabalhos têm mostrado uma baixa eficiência no processo de reprogramação nuclear nas duas técnicas, além disso, modificações epigenéticas tem sido apontada como a principal barreira para uma reprogramação nuclear eficiente. Por esse motivo, medidas como a utilização de células menos diferenciadas e/ou alteração do perfil epigenético das células somáticas podem aumentar a eficiência destas técnicas. Por isso, o objetivo deste trabalho foi investigar a influência de marcas epigenéticas em células bovinas utilizadas na reprogramação nuclear mediada por TNCS ou superexpressão de genes relacionados a pluripotêcia (iPS). Para isso, utilizamos 3 abordagens. Primeiro, analisamos marcações epigenéticas relacionadas ao desenvolvimento embrionário e pluripotência (H3K9me2, H3K9me3, H3K9ac, 5mC e 5hmC) em diferentes tipos celulares, analisamos a expressão gênica de genes responsáveis por essas marcações em células de diferentes tecidos (ex. células tronco mesenquimais (MSC) e fibroblastos) e as utilizamos como doadoras de núcleo na TNCS. Na segunda e a terceira abordagem, utilizamos células com menores níveis de H3K9me2 para a geração de iPS e na TNCS, respectivamente. Além disso, por se mostrar eficiente na TNCS, analisamos o efeito da sincronização do ciclo celular por privação de soro fetal bovino (SFB) na geração de células iPS. Com o intuito de diminuir os níveis de H3K9me2, as células foram tratadas com UNC0638, um inibidor especifico das metiltransferases de histona G9a/GLP. Nossos resultados do primeiro experimento mostraram que as MSC podem ser utilizadas como doadoras de núcleo na TNCS, no entanto, mesmo com algumas diferenças na expressão gênica em relação aos fibroblastos, a produção de blastocistos não foi diferente entre as duas células. No segundo experimento, as células privadas de SFB geraram mais colônias que as células controle, enquanto que as células tratadas não apresentaram diferença. Por último, as células tratadas com o UNC0638 apresentaram um menor nível de metilação no DNA em zigotos em relação às células controle. Os resultados encontrados neste trabalho podem contribuir para o melhor entendimento dos mecanismos epigenéticos envolvidos na reprogramação nuclear de bovinos / Nuclear reprogramming of somatic cells to embryonic state has several aplications, such as basic research on developmental biology, cell therapy, genetic improvement in livestock animals and preservation of endangered species. The principal techniques utilized to achieve nuclear reprogramming are Somatic Cell Nuclear Transfer (SCNT) and induced pluripotency. Several works has reported low efficiency rates of nuclear reprogramming when these techniques are used to reprogram somatic cells. Moreover, epigenetic modifications acquired during development act as epigenetic barrier to the complete reprogramming process. For this reason, strategies such as use of less differentiated cells and/or modification of epigenetic profile of somatic cells might increase the efficiency these techniques. The objective of this work was investigate the influence of epigenetic marks in bovine cells utilized on nuclear reprogramming experiments mediated by SCNT or induced pluripotency. To investigate it, we used three approaches. First, we analyzed the epigenetic marks related to the embryonic development and pluripotency (e.g H3K9me2, H3K9me3, H3K9ac, 5mC and 5hmC), gene expression of genes involved in these epigenetic marks in different tissues (i.e. mesenchymal stem cells (MSC) and fibroblasts) and their use as nuclear donor cells on SCNT procedure. Regarding the second and the third approach, we utilized cells with reduced levels of H3K9me2 to generate iPS cells and cloned embryos, respectively. Furthermore, since serum starvation has been demonstrated increase SCNT developmental rates, we assessed the effect of cell cycle synchronization mediated by serum starvation on nuclear reprogramming using iPS cells. Aiming decrease the levels of H3K9me2, cells were treated with UNC0638, a chemical probe that works as a specific inhibitor of the histone methyltransferases G9a and its counterpartner GLP. Our results showed that MSC are suitable to be used as nuclear donors on SCNT procedures, however, in spite of differences on gene expression comparing with fibroblasts, the embryonic developmental rates were not improved. On the second experiment, cells privated of fetal calf serum produced more iPS cells colonies than control cells, whereas cells treated with UNC did not show differences when compared with untreated cells. Lastly, UNC treated donor cells treated produced cloned zygotes with lower levels of DNA methylation compared to zygotes derivated from untreated cells. The results presented here will contribute to the better understanding of the epigenetic mechanisms involved on bovine nuclear reprogramming

Submitted by isabela.moljf@hotmail.com (isabela.moljf@hotmail.com) on 2017-08-11T13:33:41Z No. of bitstreams: 1 joaovitorpaesrettore.pdf: 1725080 bytes, checksum: 556b0f06a7899831fa634e0324dbc517 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-14T17:08:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 joaovitorpaesrettore.pdf: 1725080 bytes, checksum: 556b0f06a7899831fa634e0324dbc517 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-14T17:08:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 joaovitorpaesrettore.pdf: 1725080 bytes, checksum: 556b0f06a7899831fa634e0324dbc517 (MD5) Previous issue date: 2013-09-09 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A clonagem de animais representa um grande avanço tecnológico, mas ainda é uma técnica em experimento que necessita de aperfeiçoamento para que possa realmente ser difundida no meio agropecuário e social. Entre essas técnicas, uma que tem merecido destaque é a Clonagem por Transferência Nuclear (NT) pelo seu uso em técnicas de transgênese, entre outros, tornando-se uma alternativa viável frente aos métodos convencionais, como a microinjeção pró-nuclear. Porém, um problema frequentemente associado à NT é a baixa eficiência do processo, sendo pequena a proporção de embriões viáveis que são reconstruídos a partir de células somáticas como doadoras de núcleo. Muitos fatores podem influenciar nessa baixa taxa de sucesso, entre eles a incompleta reprogramação do núcleo da célula somática doadora, podendo levar a uma expressão anormal de importantes genes relacionados ao desenvolvimento do embrião. Isso significa que, para a clonagem funcionar, o núcleo da célula doadora precisa ser totalmente reprogramado após sua transferência, cessando sua programação própria de expressão gênica. O grau de diferenciação celular e comprometimento epigenético da célula doadora pode comprometer esse processo, levando-se a pensar na utilização de células menos comprometidas a fim de obter-se uma maior eficiência, tais como as células-tronco adultas. No presente trabalho isolamos, caracterizamos e testamos o potencial de diferenciação de células-tronco isoladas a partir do tecido adiposo da glândula mamária bovina (CTGMB), e sua caracterização semelhante a células-tronco mesenquimais torna interessante o potencial dessas células para terapia celular em bovinos, ou mesmo para clonagem por transferência nuclear, já que sua aplicação na técnica pode contribuir para aumentar sua eficiência, por se tratarem de células mais progenitoras. Além disso, por não terem comprometimento com um dado tipo celular, talvez possam contornar problemas epigenéticos. O know-how e os dados aqui apresentados são inéditos e inovadores, pois na literatura não há registro de algum grupo de pesquisa que tenha chegado a tal caracterização com riqueza de detalhes em células bovinas, e tais protocolos para obtenção das CTGMB podem ser patenteados. / Animal cloning represents a major technological breakthrough, but.it is still an experimental technique and needs some improvement so it can truly be diffused in the agricultural and social environment. Among these techniques, one that has been highlighted is Cloning by nuclear transfer (NT) because of its use in transgenesis techniques, among others, becoming one viable alternative compared to the conventional methods such as pro-nuclear microinjection. However, the low efficiency of the process is a common problem associated with NT, being small the proportion of viable embryos that are reconstructed using somatic cells as nuclear donors. There are many factors playing roles on this low success rate, one of them being the incomplete reprogramming of donor’s somatic cell nucleus, leading to an abnormal expression of important genes related to embryo development. So, for the cloning to work properly, the donor cell nucleus must be completely reprogrammed after its transfer, ceasing its own gene expression programme. The actual stage of cell differentiation and epigenetic commitment of the donor cell may compromise the process, leading to think of using less committed cells in order to obtain a higher efficiency, such as adult stem cells. In the present work we isolate, characterize and test the differentiation potential of stem cells isolated from the adipose tissue of bovine mammary gland (CTGMB), and their characterization as similar to mesenchymal stem cells make interesting their potential use on cattle cell therapy, or even nuclear transfer cloning, once their application in such technique could help increasing its efficiency because CTGMB are more progenitor cells. Furthermore, since they are not committed to a specific cell type, they may be able to bypass epigenetic issues. The know-how and data presented here are novel and innovative, since in literature there is no record of any research group that has come to reach such a detailed characterization in bovine cells, and such protocols for obtaining CTGMB are patentable.

A reprogramação nuclear de uma célula somática a um estado embrionário tem diversas aplicações, como pesquisas básicas na biologia do desenvolvimento, terapia celular, melhoramento genético em animais de produção e conservação de espécies. As principais técnicas utilizadas para a reprogramação nuclear são a transferência nuclear de células somáticas (TNCS) e a geração de células tronco pluripotente induzidas (iPS). Muitos trabalhos têm mostrado uma baixa eficiência no processo de reprogramação nuclear nas duas técnicas, além disso, modificações epigenéticas tem sido apontada como a principal barreira para uma reprogramação nuclear eficiente. Por esse motivo, medidas como a utilização de células menos diferenciadas e/ou alteração do perfil epigenético das células somáticas podem aumentar a eficiência destas técnicas. Por isso, o objetivo deste trabalho foi investigar a influência de marcas epigenéticas em células bovinas utilizadas na reprogramação nuclear mediada por TNCS ou superexpressão de genes relacionados a pluripotêcia (iPS). Para isso, utilizamos 3 abordagens. Primeiro, analisamos marcações epigenéticas relacionadas ao desenvolvimento embrionário e pluripotência (H3K9me2, H3K9me3, H3K9ac, 5mC e 5hmC) em diferentes tipos celulares, analisamos a expressão gênica de genes responsáveis por essas marcações em células de diferentes tecidos (ex. células tronco mesenquimais (MSC) e fibroblastos) e as utilizamos como doadoras de núcleo na TNCS. Na segunda e a terceira abordagem, utilizamos células com menores níveis de H3K9me2 para a geração de iPS e na TNCS, respectivamente. Além disso, por se mostrar eficiente na TNCS, analisamos o efeito da sincronização do ciclo celular por privação de soro fetal bovino (SFB) na geração de células iPS. Com o intuito de diminuir os níveis de H3K9me2, as células foram tratadas com UNC0638, um inibidor especifico das metiltransferases de histona G9a/GLP. Nossos resultados do primeiro experimento mostraram que as MSC podem ser utilizadas como doadoras de núcleo na TNCS, no entanto, mesmo com algumas diferenças na expressão gênica em relação aos fibroblastos, a produção de blastocistos não foi diferente entre as duas células. No segundo experimento, as células privadas de SFB geraram mais colônias que as células controle, enquanto que as células tratadas não apresentaram diferença. Por último, as células tratadas com o UNC0638 apresentaram um menor nível de metilação no DNA em zigotos em relação às células controle. Os resultados encontrados neste trabalho podem contribuir para o melhor entendimento dos mecanismos epigenéticos envolvidos na reprogramação nuclear de bovinos / Nuclear reprogramming of somatic cells to embryonic state has several aplications, such as basic research on developmental biology, cell therapy, genetic improvement in livestock animals and preservation of endangered species. The principal techniques utilized to achieve nuclear reprogramming are Somatic Cell Nuclear Transfer (SCNT) and induced pluripotency. Several works has reported low efficiency rates of nuclear reprogramming when these techniques are used to reprogram somatic cells. Moreover, epigenetic modifications acquired during development act as epigenetic barrier to the complete reprogramming process. For this reason, strategies such as use of less differentiated cells and/or modification of epigenetic profile of somatic cells might increase the efficiency these techniques. The objective of this work was investigate the influence of epigenetic marks in bovine cells utilized on nuclear reprogramming experiments mediated by SCNT or induced pluripotency. To investigate it, we used three approaches. First, we analyzed the epigenetic marks related to the embryonic development and pluripotency (e.g H3K9me2, H3K9me3, H3K9ac, 5mC and 5hmC), gene expression of genes involved in these epigenetic marks in different tissues (i.e. mesenchymal stem cells (MSC) and fibroblasts) and their use as nuclear donor cells on SCNT procedure. Regarding the second and the third approach, we utilized cells with reduced levels of H3K9me2 to generate iPS cells and cloned embryos, respectively. Furthermore, since serum starvation has been demonstrated increase SCNT developmental rates, we assessed the effect of cell cycle synchronization mediated by serum starvation on nuclear reprogramming using iPS cells. Aiming decrease the levels of H3K9me2, cells were treated with UNC0638, a chemical probe that works as a specific inhibitor of the histone methyltransferases G9a and its counterpartner GLP. Our results showed that MSC are suitable to be used as nuclear donors on SCNT procedures, however, in spite of differences on gene expression comparing with fibroblasts, the embryonic developmental rates were not improved. On the second experiment, cells privated of fetal calf serum produced more iPS cells colonies than control cells, whereas cells treated with UNC did not show differences when compared with untreated cells. Lastly, UNC treated donor cells treated produced cloned zygotes with lower levels of DNA methylation compared to zygotes derivated from untreated cells. The results presented here will contribute to the better understanding of the epigenetic mechanisms involved on bovine nuclear reprogramming

A tranferência nuclear de células somáticas (TNCS) está sendo utilizada para produzir cavalos de elite. No entanto, durante este procedimento pode ocorrer a perfuração da zona pelúcida, levando, ocasionalmente, à secção da massa celular interna, e conseqüente derivação de gêmeos monozigóticos. Além de serem relatadas alterações no processo de imprinting genômico, que conduzem ao desenvolvimento de doenças. Com a descoberta da possibilidade de reprogramar as células somáticas a um estado de pluripotência (iPSCs), estas células passaram a ser muito utilizadas em pesquisas de neurociência. Contudo, também ocorrem modificações epigenéticas durante esta reprogramação celular. Portanto, nossas hipóteses são que os gêmeos eqüinos gerados pela TNCS podem levar às irregularidades no desenvolvimento do sistema nervoso. O padrão de metilação do SNRPN nas estruturas dos fetos muares clonados, e as células iPSCs são diferentes dos padrões encontrados nos muares analisados. A expressão dos genes SNRPN, Necdin e UBE3A são maiores no cérebro, enquanto a expressão do H19 é maior nas membranas extra-embrionárias. Em nosso estudo, obtivemos duas gestações gemelares equinas derivadas da TNCS, que foram interrompidas com 40 e 60 dias de gestação, e comparados com gestações eqüinas únicas de idade similar. Diferenças no comprimento entre os embriões gêmeos foram observadas aos 40 (2.0 e 2.2 cm 10%) e aos 60 (6,5 e 8,5 cm 24%) dias de gestação. Somente o plexo coróide do quarto ventrículo apresentou-se mais desenvolvido nos fetos com maior comprimento. Ao analisarmos fetos muares clonados em diferentes idades gestacionais e compará-los com muares, nos períodos embrionário, fetal e adulto, não foi observada diferença no padrão de metilação do gene SNRPN. No entanto, na décima passagem das células iPSC o padrão de metilação alterou, em relação aos muares estudados e ao padrão observado nos fibroblastos. Ao analisarmos os fetos clonados nas diferentes idades gestacionais observou-se no cérebro menor expressão dos gene H19 e UBE3A, e maior expressão do gene SNRPN. Contudo, a expressão do gene Necdin variou entre as estruturas estudadas. Em conclusão, apesar dos gêmeos eqüinos provenientes de TNCS diferirem quanto ao tamanho, morfologicamente são iguais. Dentre as estruturas cerebrais o plexo coróide se apresentou mais desenvolvido nos fetos de maior comprimento. Os fetos muares clonados não apresentaram diferença no padrão de metilação do gene SNRPN. No entanto, as iPSCs apresentaram alteração no padrão de metilação deste gene na décima passagem. Embora os genes SNRPN, Necdin e UBE3A sejam expressos no cérebro, o SNRPN apresentou-se prevalente nessa estrutura / The nuclear transfer of somatic cells (SCNT) is being used to produce elite horses. However, during this procedure can occur drilling of the zona pellucida, leading occasionally to the section of the inner cell mass, and subsequent derivation of monozygotic twins. Besides being related changes in genomic imprinting process, leading to the development of diseases. With the discovery of the possibility to reprogram somatic cells to a pluripotent state (iPSCs), these cells have become widely used in neuroscience research. However, also occur epigenetic changes during this cellular reprogramming. Therefore, our hypothesis is that equine twins caused by equine ART could lead to developmental irregularities of the nervous system. The patterns of SNRPN methylation in the structures of cloned mule fetuses and in iPSCs are different from the patterns found in the analyzed mules. And the expression of SNRPN, Necdin and UBE3A genes are higher in the brain, while the higher expression of H19 gene occurs in the extraembryonic membranes. In our study we derived two equine twin SCNT pregnancies that were interrupted at 40 and 60 days of gestation and compared to singleton fetuses of similar age. Differences in lengths between twin embryos were observed at both 40 (2.0 and 2.2 cm 10%) and 60 (6.5 and 8.5 cm 24%) days of gestation. Only the choroid plexus in the fourth ventricle more developed in the twins with the greatest length. Analyzing mules cloned fetuses at different gestational ages, and compare them with mules at embryonic, fetal and adult period; there was no difference in the pattern of methylation in SNRPN gene. However, in the tenth passage of the iPSCs the methylation pattern was altered in relation to the studied mules and the pattern observed in fibroblasts. When the cloned fetuses at different gestational ages were analyzed, the brain presented lower expression of H19 and UBE3A genes, and higher expression of SNRPN gene. However, the expression of Necdin gene varied among the structures studied. In conclusion, despite the twin horses from SCNT differ in size, they are morphologically identical. Among the brain structures the choroid plexus performed more developed in the fetuses of greater length. Cloned mules fetuses showed no difference in the pattern of methylation SNRPN gene. However, iPSCs have changes in the pattern of methylation of this gene in the tenth passage. Although SNRPN, Necdin and Ube3A genes are expressed in the brain, SNRPN is prevalent in this structure

Embora a transferência nuclear de células somáticas (TNCS) seja uma ferramenta promissora, seu amplo uso é impedido devido às altas taxas de mortalidade durante o desenvolvimento dos animais clonados. Acredita-se que a reprogramação epigenética anormal seja a principal causa desta baixa eficiência. Nós hipotetizamos que agentes modificadores de cromatina (AMCs) atingindo a acetilação das histonas e a metilação do DNA poderiam alterar a configuração da cromatina e torná-la mais facilmente reprogramável. Deste modo, fibroblastos bovinos foram tratados com 5-aza-2\'-deoxicitidina (AZA) mais tricostatina A (TSA) ou hidralazina (HH) mais ácido valpróico (VPA) enquanto, em outro experimento, zigotos bovinos clonados foram tratados com TSA. O tratamento dos fibroblastos com AZA+TSA ou HH+VPA aumentou a acetilação das histonas, mas não afetou o nível de metilação do DNA. Entretanto, o tratamento com HH+VPA diminuiu a viabilidade/proliferação celular. O uso destas células como doadoras de núcleo não mostrou efeitos positivos sobre o desenvolvimento pré- e pós-implantação. Em relação ao tratamento dos zigotos clonados com TSA, o tratamento destes mostrou um aumento nos padrões de acetilação das histonas, mas não reduziu o nível de metilação do DNA. Além disso, este tratamento não resultou em efeito positivo sobre o desenvolvimento pré- e pósimplantação. Este trabalho fornece evidências de que o tratamento de células doadoras de núcleo ou zigotos clonados com AMCs não tem efeito positive sobre o desenvolvimento pré- e pós-implantação de bovinos clonados. / Although somatic cell nuclear transfer (SCNT) is a promising tool, its potential use is hampered by the high mortality rates during the development to term of cloned offspring. Abnormal epigenetic reprogramming of donor nuclei after SCNT is thought to be the main cause of this low efficiency. We hypothesized that chromatinmodifying agents (CMAs) targeting chromatin acetylation and DNA methylation could alter the chromatin configuration and turn them more amenable to reprogramming. Thus, bovine fibroblasts were treated with 5-aza-2\'-deoxycytidine (AZA) plus trichostatin (TSA) or hydralazine (HH) plus valproic acid (VPA) whereas, in another trial, cloned bovine zygotes were treated with TSA. The treatment of fibroblasts with either AZA+TSA or HH+VPA increased histone acetylation, but did not affect the level of DNA methylation. However, treatment with HH+VPA decreased cellular viability and proliferation. The use of these cells as nuclear donors showed no positive effect on pre- and post-implantation development. Regarding the treatment of cloned zygotes with TSA, treated one-cell embryos showed an increase in the acetylation patterns, but not in the level of DNA methylation. Moreover, this treatment revealed no positive effect on pre- and post-implantation development. This work provides evidence the treatment of either nuclear donor cells or cloned zygotes with CMAs has no positive effect on pre- and post-implantation development of cloned cattle.

Embora a transferência nuclear de células somáticas (TNCS) seja uma ferramenta promissora, seu amplo uso é impedido devido às altas taxas de mortalidade durante o desenvolvimento dos animais clonados. Acredita-se que a reprogramação epigenética anormal seja a principal causa desta baixa eficiência. Nós hipotetizamos que agentes modificadores de cromatina (AMCs) atingindo a acetilação das histonas e a metilação do DNA poderiam alterar a configuração da cromatina e torná-la mais facilmente reprogramável. Deste modo, fibroblastos bovinos foram tratados com 5-aza-2\'-deoxicitidina (AZA) mais tricostatina A (TSA) ou hidralazina (HH) mais ácido valpróico (VPA) enquanto, em outro experimento, zigotos bovinos clonados foram tratados com TSA. O tratamento dos fibroblastos com AZA+TSA ou HH+VPA aumentou a acetilação das histonas, mas não afetou o nível de metilação do DNA. Entretanto, o tratamento com HH+VPA diminuiu a viabilidade/proliferação celular. O uso destas células como doadoras de núcleo não mostrou efeitos positivos sobre o desenvolvimento pré- e pós-implantação. Em relação ao tratamento dos zigotos clonados com TSA, o tratamento destes mostrou um aumento nos padrões de acetilação das histonas, mas não reduziu o nível de metilação do DNA. Além disso, este tratamento não resultou em efeito positivo sobre o desenvolvimento pré- e pósimplantação. Este trabalho fornece evidências de que o tratamento de células doadoras de núcleo ou zigotos clonados com AMCs não tem efeito positive sobre o desenvolvimento pré- e pós-implantação de bovinos clonados. / Although somatic cell nuclear transfer (SCNT) is a promising tool, its potential use is hampered by the high mortality rates during the development to term of cloned offspring. Abnormal epigenetic reprogramming of donor nuclei after SCNT is thought to be the main cause of this low efficiency. We hypothesized that chromatinmodifying agents (CMAs) targeting chromatin acetylation and DNA methylation could alter the chromatin configuration and turn them more amenable to reprogramming. Thus, bovine fibroblasts were treated with 5-aza-2\'-deoxycytidine (AZA) plus trichostatin (TSA) or hydralazine (HH) plus valproic acid (VPA) whereas, in another trial, cloned bovine zygotes were treated with TSA. The treatment of fibroblasts with either AZA+TSA or HH+VPA increased histone acetylation, but did not affect the level of DNA methylation. However, treatment with HH+VPA decreased cellular viability and proliferation. The use of these cells as nuclear donors showed no positive effect on pre- and post-implantation development. Regarding the treatment of cloned zygotes with TSA, treated one-cell embryos showed an increase in the acetylation patterns, but not in the level of DNA methylation. Moreover, this treatment revealed no positive effect on pre- and post-implantation development. This work provides evidence the treatment of either nuclear donor cells or cloned zygotes with CMAs has no positive effect on pre- and post-implantation development of cloned cattle.