Alterações morfogênicas do aparelho cardiorespiratório de bovinos provenientes de fecundação in vitro e transferência nuclear são um dos principais fatores responsáveis pela alta incidência de mortalidade embrionária, fetal e pós-natal. Utilizamos técnicas empregadas em microscopia de luz para estudar o desenvolvimento do coração e pulmão nestes animais. Verificamos que em embriões provenientes de fecundação in vitro, aos 28 dias de gestação, aparece o tubo laringotraqueal e sua septação através da prega traqueoesofágica. Neste mesmo período os embriões apresentaram cavidade pericárdica, átrio dividido em direito e esquerdo, cone cardíaco, seio venoso, camada de miocárdio e epicárdio. O brônquio traqueal foi observado em embriões com idade gestacional de 36 dias a partir de um brotamento na porção lateral direita da traquéia, cranial a sua bifurcação. Aos 44 dias de gestação os brotos pulmonares dos embriões apresentaram brônquios principais originando brotamentos de brônquios segmentares. O mesênquima de sustentação em diferenciação continha vasos sangüíneos dispersos, diferentemente de embriões provenientes de TN, que com 68 dias de gestação apresentou pulmão em fase pseudoglandular contendo brotos de bronquíolos e poucos vasos sangüíneos nos cortes obtidos e analisados. Com 70 dias, o coração do feto apresentava ventrículo significativamente grande, pequeno átrio e pulmão não desenvolvido. A partir dos nossos resultados, concluímos que alterações genéticas, incompletas informações e comunicações celulares e modificação no metabolismo celular são os prováveis responsáveis pelas anomalias presentes nas técnicas de manipulação de embrião, causando um desenvolvimento mais lento e falho quando comparados com embriões in vivo, explicando o alto índice de perda gestacional / Morphogenetic changes of cardio-respiratory system of bovine from in vitro fertilization and nuclear transfer is a major factor responsible for high incidence of both periods embryonic, fetal and postnatal mortality. We used techniques of light microscopy to study the development of heart and lung in these animals. We found that in embryos derived from in vitro fertilization, at 28 days of gestation, appears the laryngotracheal tube and its fold through tracheoesophageal septation. In the same period the embryos showed pericardial cavity, atrium divided into left and right, cardiac cone, venous sinus, layer of myocardium and epicardium. In embryos with 36 days of gestational age was observed the tracheal bronchus from a bud in the right lateral portion of the trachea, cranial to its bifurcation. At 44 days of gestation, the lung buds of the embryos showed main bronchi giving rise to budding of segmental bronchi. The sustentation mesenchyme in differentiation contained scattered blood vessels, unlike embryos from TN, which with 68 days of gestation showed lung in pseudoglandular stage, containing bronchioles buds and few blood vessels in histological sections obtained and analyzed. With 70 days, the fetal heart ventricle had significantly large, small atrium and lungs not developed. From our results we conclude that genetic alterations, incomplete information in cellular communications and change in cellular metabolism are likely responsible for the anomalies in the techniques of embryo manipulation, causing a slower and flawed development when compared to embryos in vivo, explaining the high rate of pregnancy loss

Apesar da grande melhora nos resultados de desenvolvimento embrionário in vitro, cerca de 40% dos oócitos bovinos fecundados não completam o desenvolvimento na fase de pré-implantação. Diversos fatores estão relacionados a este fenômeno, conhecido como bloqueio do desenvolvimento embrionário. Partindo da premissa que o bloqueio no desenvolvimento ocorre normalmente, durante a ativação do genoma embrionário, aproximadamente, no 4º ciclo celular em bovinos, formulou-se a hipótese de que os genes transcritos no momento da ativação do genoma embrionário estão relacionados ao bloqueio. Nesta tese, um sistema fluorescente de Differential Display PCR (DDPCR) foi desenvolvido para isolar e identificar fragmentos de mRNAs expressos diferencialmente entre embriões que se desenvolvem mais rápido e com melhor taxa de desenvolvimento e aqueles que apresentam desenvolvimento mais lento e com maior taxa de bloqueio. Dentre 176 fragmentos recuperados, 27 foram clonados, seqüenciados e 30 genes identificados. Dois genes, PI3K e ITM2B foram quantificados pela PCR em tempo real. Os resultados sugerem que duas diferentes ativações do genoma podem estar ocorrendo: o grupo de desenvolvimento rápido ativa genes ligados ao desenvolvimento embrionário e, o grupo lento ativa os genes ligados à sobrevivência ou morte celular. / The embryonic developmental block occurs at the 8-cell stage in bovine and is characterized for a lengthening of the cell cycle. At the same stage, also takes place the maternal-embryonic transition (i.e. the activation of the embryonic genome). These events are highly correlated and many genes are activated at the 4th cell cycle however, their functions are mostly unknown. The study of gene expression during this stage will help understand the mechanisms involved in the maternal-embryonic transition and ultimately lead to improvements of in vitro embryo production rates. The aim of this study was to identify genes differentially expressed between bovine embryos with or without developmental competence to reach the blastocyst stage, using Differential Display PCR methodology. Embryos with fast cleavage divisions showing 8 cells at 48 hpi and high potential of development (R8), and embryos with slow cleavage divisions showing 4 cells at 48hpi (L4) and 8 cells at 80 hpi (L8), both with reduced rates of development to blastocyst, were analyzed. We developed an alternative protocol for amplification and recovery of differentially expressed genes from extremely small initial amounts of RNA (10 to 25 pg of mRNA) from preimplantation bovine embryos without need of radio-isotopes. A total of 176 differentially expressed bands were recovered, 27 isolated-fragments were cloned and sequenced confirming the expected primer sequences and allowing the recognition identification of 30 gene transcripts related to bovine embryonic physiology. Two genes, PI3K and ITM2B were chosen for relative quantification of mRNA using Real-Time PCR. Results suggest two different embryonic genome activation mechanisms: fast-developing embryos activate genes related to embryonic development, and slow-developing embryos activate genes related to cellular survival and/or death.

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However, when applied during IVC, MEL10-9 resulted in improved blastocysts rates and reduced numbers of apoptotic cells (NAC), a higher expression of antioxidative genes without changing the expression metabolism-related, placentation and anti-apoptotic genes. After, the MEL treatment giving the best result in first experiment (MEL 10-9 M in IVC) was combined with blastocoel collapse (BC) immediatly before vitrification. The survival and embryo quality were investigated. This experiment confirmed that independent of BC, MEL supplementation in IVC enhanced re-expansion and hatching rates of vitrified embryos. However, embryos cultured without MEL required more time during re-culture for all expansion. Embryos produced with MEL had similar NAC irrespective of vitrification and BC. BC did not affect embryo quality, in terms of the expression of genes involved in metabolism, oxidative stress, cell repair, placentation and implantation. Therefore, this research concluded that: (i) at 10-9 M concentration, MEL used during IVC improved embryo quality and development, and it minimized the oxidative stress and apoptosis in cells; (ii) embryos cultured with melatonin, vitrified and re-cultured can be transfered in less time; (iii) the blastocoel collapse benefited hatching when embryos were cultured with MEL in IVC; (iv) embryos cultured in IVC with MEL showed better quality and viability, and independently of BC. This information has a potential value for researchs on embryo cryotolerance. / O tratamento com melatonina e a retirada do fluido da blastocele de blastocistos tem sido sugeridos como potentes opções para melhorar o desenvolvimento e a viabilidade embrionária após a criopreservação de embriões de bovinos. O presente estudo testou essas alternativas com o objetivo de melhorar a criotolerância de embriões bovinos produzidos in vitro. Em primeiro lugar, os efeitos da melatonina (MEL) foram avaliados em três concentrações no meio de maturação (MIV) e/ou meio de cultivo (CIV) (0, 10-7, 10-9, 10-11 M). Os resultados mostraram que MEL10-9 no MIV pode melhorar significativamente a taxa de clivagem. No entanto, quando aplicado durante o CIV, MEL10-9 resultou em melhores taxas de blastocistos, reduzido número de células apoptóticas (NCA), maior expressão de genes antioxidantes sem alterar a expressão de genes anti-apoptóticos e relacionados ao metabolismo e placentação. Depois, o tratamento de MEL com melhor resultado no primeiro experimento (MEL 10-9 M no CIV) foi combinado com a retirada do fluido da blastocele (RFB) imediatamente antes da vitrificação. Foram investigadas a qualidade e sobrevivência de embriões. Este estudo confirmou que independente da RFB, a suplementação MEL no CIV melhorou a re-expansão e eclosão dos embriões vitrificados. No entanto, embriões cultivados sem MEL necessitou de maior período de recultivo para sua total re-expansão. Embriões produzidos com MEL tiveram similar NCA, independentemente da vitrificação e RFB. A RFB não afetou a qualidade do embrião em termos de expressão de genes envolvidos no metabolismo, estresse oxidativo, reparo celular, placentação e implantação. Portanto, esta investigação conclui que: (i) na concentração de 10-9 M, MEL utilizada no CIV melhorou a qualidade e desenvolvimento do embrião e, minimizou o estresse oxidativo e a apoptose celular; (ii) os embriões cultivados com MEL, vitrificados e re-cultivados podem ser transferidos em menor tempo; (iii) a RFB beneficiou a eclosão quando os embriões foram cultivados com MEL no CIV; (iv) embriões produzidos com MEL no CIV apresentaram melhor qualidade e viabilidade, independentemente da RFB. Esta informação tem um valor potencial para pesquisas sobre criotolerância embrionária.