Pluripotent cells are unique due to their developmental potential and the possibility to study them is the key step to understand human development. These cells are characterized by their ability to originate all the cellular lineages within an adult organism. Within embryonic milieu, pluripotent cells represent a dynamic fraction of the total cell number. Moreover, their physiological existence is constrained to early stages of embryonic development. In vitro culture of the different types of mammalian pluripotent cells, and singularly embryonic stem cells (ESC), enables the characterization of the pluripotent state. In the four articles included in this thesis we have addressed two different aspects of the molecular characterization of mammalian pluripotent cells. First, we investigated the establishment of the trophectoderm and the inner cell mass in the embryo measuring transcript abundance and protein presence of the transcription factors known to play a role in the earliest cellular differentiation process. In addition we have evaluated of genomic stability of human ESC lines during long-term culture, observing the accumulation of sukaryotypic aberrations such as loss of heterozygosity that affect loci comprising genes involved in genomic stability maintenance. We also checked the genomic status of two human ESC lines derived from embryos that had been diagnosed as abnormal after genetic preimplantation diagnosis (PGD). The molecular analysis of these cells ruled out the hypothesized self-correction of the aneuploidies between the PGD and the establishment of the cell lines. / Les cèl·lules pluripotents són úniques atesa la seva plasticitat durant el desenvolupament i la possibilitat d'estudiar-les és un pas essencial per poder comprendre el desenvolupament embrionari. Aquestes cèl·lules es caracteritzen per la seva habilitat per donar lloc a tots els llinatges cel·lulars de l'organisme. Dins de l'embrió, les cèl·lules pluripotents representen una fracció dinàmica del nombre total de cèl·lules i la seva existència fisiològica està constreta a els estadis més primerencs del desenvolupament embrionari. El cultiu in vitro dels diferents tipus de cèl·lules pluripotents en mamífers, i en especial les cèl·lules mare embrionàries, permet la caracterització d'aquest estat cel·lular. En els quatre capítols inclosos en aquesta tesi, hem tractat dos aspectes diferents de la caracterització molecular de les cèl·lules pluripotents. Primer, hem investigat l'establiment del trofectoderm i de la massa cel·lular interna en l'embrió mesurant l'abundància dels trànscrits i la presència de proteina dels factors de transcripció implicats en el primer process de diferenciació cel·lular conegut. A més, hem avaluat l'estabilitat genòmica de dues línies de cèl·lules mare en cultiu durant més de 40 passis. Com a resultat, hem observat l'acumulació de aberracions genòmiques a nivell subcariotípic, en especial pèrdua d'heterozigositat que afecta a locus que contenen gens implicats en el manteniment de l'estabilitat genòmica. També hem comprovat l'estatus genòmic de dos linies de cèl·lules mare embrionàries humanes derivades a partir d'embrions trobats aneuploids per un diagnòstic genètic preimplantacional. L'anàlisi molecular d'aquestes cèl·lules va descartar la hipòtesi d'una autocorrecció de les aneuploidies detectades entre el diagnòstic preimplantacional i la derivació de les línies a partir d'aquests embrions.

Submitted by Viviane Lima da Cunha (viviane@biblioteca.ufpb.br) on 2016-03-30T12:47:08Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 5765501 bytes, checksum: d810d02b334ee8a11679326d3a4f57aa (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-30T12:47:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 5765501 bytes, checksum: d810d02b334ee8a11679326d3a4f57aa (MD5) Previous issue date: 2015-02-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Ultraviolet radiation (UV) environmental levels have increased in last years and high values are expected until half of this century. Gametes and embryos of marine organisms, whose embryonic development occurs externally, are particularly sensitive to UVA and UVB radiations. The first line of cellular defense against chemical or physical stress is the activity of ABC transporters. The aim of present work was investigate the involvement of ABC transporters on UVA or UVB effects on gametes or embryos of the sea urchin Echinometra lucunter, and investigate the photoactivity and the ABC transporter blocker activity of coumarin and 3-hydroxycoumarin in gametes and embryos of E. lucunter. Gametes or embryos were exposed to UVA (3.6 – 14.4 kJ m-2) or UVB (0.112 – 14.4 kJ m-2), and the embryonic development was monitored by optical microscopy at different developmental stages in the presence or absence of the ABC-transporter blockers reversin205 (ABCB1 blocker) ou MK571 (ABCC1 blocker). E. lucunter eggs, spermatozoa and embryos were resistant to UVA exposure. Resistance to the harmful effects of UVB was strongly associated to ABC transporter activity (embryos > eggs > spermatozoa). ABCB1 or ABCC1 blockage promoted injurious effects on spermatozoa exposed to UVA. ABCC1 transporter blockage increased UVB-dependent damage in eggs while ABCB1 transporter inhibition increased harmful effects of UVB in embryonic cells. ABC transporters blockers also induced abnormalities in larval development derived from spermatozoa or eggs irradiated to UVB. However, ABC transporter activity was not affected by UVB exposure. Additionally, we demonstrate the photoprotective activity of coumarin and 3-hidroxycoumarin against the deleterious effects of UVB on E. lucunter gametes and embryonic cells, and the ABC transporter blocker activity of the 3-hydroxycoumarin. In conclusion, the present study is the first report of the protective role of ABC transporters against UVA and UVB injurious effects in sea urchins gametes and embryonic cells. Furthermore, our results inserts new alternative for the treatment of various diseases related to UVB excessive exposure and also provides alternatives for clinical reversal of multidrug resistance phenotype. / Os níveis ambientais de radiação ultravioleta (UV) têm aumentado significativamente nas últimas décadas e a tendência é que os valores elevados permaneçam até meados deste século. Gametas e embriões de organismos marinhos, cujo desenvolvimento embrionário ocorre no ambiente externo, são particularmente sensíveis às radiações UVA e UVB. A primeira linha de defesa desses organismos contra estresses químicos e físicos é a atividade de efluxo de bombas conhecidas como transportadores ABC. O objetivo do presente trabalho foi investigar o efeito fotoprotetor de transportadores ABC em gametas e embriões do ouriço-do-mar Echinometra lucunter expostos à UVA ou UVB, bem como investigar a fotoatividade e a atividade bloqueadora de proteínas ABC da cumarina e de seus derivados em gametas e embriões de E. lucunter. Os gametas ou embriões foram expostos à UVA (3,6 a 14,4 kJ m-2) ou à UVB (0,112 a 14,4 kJ m-2), na presença ou ausência dos bloqueadores de transportadores ABC: reversina205 (bloqueador de ABCB1); e MK571 (bloqueador de ABCC1). O desenvolvimento embrionário foi monitorado em microscopia óptica comum. Os gametas e zigotos de E. lucunter foram resistentes à UVA. A resistência das células supracitadas à UVB foi fortemente associada à intensidade da atividade dos transportadores ABC (zigotos > óvulos > espermatozoides). O bloqueio dos transportadores ABCB1 e ABCC1 promoveu inibição no desenvolvimento de embriões derivados de espermatozoides expostos à UVA. O bloqueio do transportador ABCC1 aumentou, em 35,9 + 5,8%, os danos aos óvulos expostos à UVB enquanto que o bloqueio de ABCB1 intensificou, em 36,1 + 2,7%, os danos aos zigotos, induzidos pela UVB. Os bloqueadores de transportadores ABC também induziram malformações ao desenvolvimento larval derivado de espermatozoides ou óvulos expostos à UVB. Entretanto, a atividade dos transportadores ABC não foi afetada pela exposição à UVB. Adicionalmente, demonstramos a atividade fotoprotetora da cumarina e seus derivados contra os efeitos deletérios da UVB em gametas e células embrionárias de E.lucunter, e a atividade bloqueadora de transportadores ABC da 3-hidroxicumarina. Em conclusão, o presente estudo é o primeiro relato do papel protetor de transportadores ABC contra os efeitos deletérios da UVA ou UVB em gametas e células embrionárias de ouriços-do-mar. Além disso, esse trabalho também relata, de forma inédita, a atividade fotoprotetora da cumarina e da 3-hidroxicumarina contra a UVB em gametas e embriões irradiados. Estudos posteriores serão necessários para a inserção terapêutica desses compostos para o tratamento de diversas enfermidades relacionadas com a exposição excessiva à UVB.

L’acide rétinoïque (AR) est le dérivé actif majeur de la vitamine A et a de multiples rôles au niveau cellulaire ainsi que pendant le développement. L’AR agit via deux familles de récepteurs nucléaires : les Récepteurs de l’Acide Rétinoïque (RAR) et les Récepteurs X des Rétinoïdes (RXR). Ces récepteurs sont des facteurs de transcription dépendants du ligand et leur activité est régulée par des phosphorylations via des kinases activées par l’AR. Durant ma thèse, je me suis intéressé à l’étude fonctionnelle et évolutive de la voie de l’AR et de la phosphorylation des RAR chez le poisson-zèbre Danio rerio. En étudiant l’activité des différents sous-types de RAR chez le poisson-zèbre, nous avons mis en avant qu’il existe une activité transcriptionnelle propre à chaque sous-type dans un embryon précoce de poisson-zèbre. De plus, mes travaux ont montré qu’au cours de l’évolution, l’acquisition d’un site de phosphorylation chez RARα permet une régulation fine de son activité chez les mammifères. Enfin, en étudiant les mécanismes moléculaires à l’origine de la diversification de la denture chez les poissons, mes travaux mettent en avant un rôle de la voie de l’AR dans la genèse de nouveaux traits phénotypiques. / Retinoic acid (RA) is the main active metabolite of vitamin A and plays multiple roles in cellular processes but also during embryonic development. RA acts through two families of nuclear receptors: Retinoic Acid Receptors (RAR) and Retinoid X Receptors (RXR). Those receptors act as ligand-dependent transcription factors and their transcriptional activity is also regulated by phosphorylation processes through kinases activated by RA. During my PhD, I focused on the functional and evolutionary study of RA pathway and of the phosphorylation of RARs using zebrafish (Danio rerio). By studying the activity of the different RAR subtypes in zebrafish, we provide evidences that they can regulate gene expression in a subtype-specific fashion in the early zebrafish embryo. Furthermore, my work showed that during evolution, the acquisition of a phosphorylated residue in RARα promotes the fine-tuned regulation of its activity in mammals. Finally, aiming at deciphering the molecular mechanisms behind dentition diversification in fish, we propose a role for RA signaling in generating morphological novel traits during evolution.

There is a growing appreciation that eukaryotic genomes are transcribed into numerous, previously undetected - and thus uncharacterized regulatory long non-coding RNAs (lncRNAs). Recent studies are primarily focused on lncRNAs transcribed from intergenic regions and enhancers, leaving antisense lncRNAs the least studied group of lncRNAs. At the same time, antisense transcription occurs in up to 74 % of human gene loci, frequently - from the opposite strand of genes encoding proteins involved in regulation of transcription. Here, we identified HIPSTAR (Heterogeneously expressed from the Intronic Plus Strand of the TFAP2A-locus RNA), a novel conserved lncRNA that is transcribed antisense to the TFAP2A gene. Unlike previously reported antisense lncRNAs, HIPSTR expression does not correlate with the expression of its antisense counterpart. Although HIPSTAR and TFAP2A are co-expressed in in vitro derived neural crest and trophoblast cells, only HIPSTAR and not TFAP2A is specifically expressed in a subset of cells within 8-cell- and morula-stage human embryos. We show that, similar to HIPSTAR, in the individual cells of developing human embryos or of stable cell lines the expression of lncRNAs is more highly heterogeneous than the expression of mRNAs. Finally, we demonstrate that HIPSTAR depletion in HEK293 and H1BP, a human embryonic stem cell line, predominantly affects the expression levels of genes involved in early organismal development and cell differentiation. Together, we show that expression of HIPSTAR and hundreds other lncRNAs is highly heterogeneous in human embryos and cell lines. We use HIPSTAR to exemplify the functional relevance of lncRNAs with heterogeneous and developmental stage-specific expression patterns. / Tem sido cada vez mais reconhecido que a transcrição dos genomas eucarióticos produz múltiplos transcritos novos, anteriormente não detectados e ainda não caracterizados, sendo que a maioria é constituida de RNAs não-codificantes longos (lncRNAs) regulatórios. Estudos recentes estão focados principalmente nos lncRNAs transcritos de regiões intergênicas e enhancers; assim, o grupo dos lncRNAs antisenso permanece o menos estudado de todos. Ao mesmo tempo, a transcrição antisenso ocorre em até 74% dos loci de genes humanos, frequentemente - a partir da fita oposta de genes que codificam proteínas envolvidas na regulação da transcrição. No presente trabalho, nós identificamos HIPSTR (Heterogeneously expressed from the Intronic Plus Strand of the TFAP2A-locus RNA), um lncRNA novo conservado que é transcrito a partir da fita antisenso do gene TFAP2A. Ao contrário do anteriormente relatado para os lncRNAs antisenso, a expressão de HIPSTR não está correlacionada com a expressão do gene da fita oposta. HIPSTR e TFAP2A são co-expressos em células da crista neural e em trofoblastos derivadas in vitro, mas somente HIPSTR e não TFAP2A está especificamente expresso num subconjunto de células de embriões humanos nos estágios de 8-células e mórula. Mostramos que, semelhante a HIPSTR, a expressão de lncRNAs é mais altamente heterogênea que a expressão de mRNAs em células individuais de embriões humanos em desenvolvimento ou em linhagens estáveis de células. Finalmente, nós demonstramos que a depleção de HIPSTAR em células HEK293 e H1BP, uma linhagem de células tronco embrionárias humanas, afeta predominantemente os níveis de genes envolvidos no início do desenvolvimento do organismo e na diferenciação de células. No conjunto, nós mostramos que a expressão de HIPSTR e de centenas de outros lncRNAs é altamente heterogênea em embriões humanos e linhagens celulares. Usamos HIPSTR para exemplificar a relevância funcional de lncRNAs com padrões de expressão heterogêneos e estágio-de-desenvolvimento específicos.

Orientadores: Aníbal Eugênio Vercesi, Flávio Vieira Meirelles / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-16T13:18:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Chiaratti_MarcosRoberto_D.pdf: 26150066 bytes, checksum: 12cccf5f865b2ef08f186cad0c922cb6 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O DNA mitocondrial (mtDNA) dos mamíferos é composto por cerca de 16.500 pares de bases, tem herança exclusivamente materna, e codifica 13 polipeptídios essenciais para a função mitocondrial. Centenas a milhares de cópias de mtDNA estão presentes nas células somáticas dependendo da necessidade energética do tecido. No entanto, oócitos contêm mais de 150.000 cópias, no mínimo uma ordem de magnitude maior que a quantidade presente na maioria das células somáticas. Além disso, uma vez que o mtDNA não é replicado durante o desenvolvimento inicial, a quantidade de mtDNA por célula diminui a cada ciclo celular. Portanto, o número de cópias presentes no oócito deve ser suficiente para atender às necessidade energéticas das células embrionárias até que a replicação do mtDNA seja restabelecida. Considerando que há uma grande variabilidade da quantidade de mtDNA entre oócitos e que alguns trabalhos têm relacionado infertilidade e cópias de mtDNA no oócito, a quantidade de mtDNA poderia ser utilizada para selecionar embriões mais competentes a se desenvolverem. Para testar esta hipótese utilizou-se como modelo experimental o bovino uma vez que o desenvolvimento embrionário desta espécie é muito mais similar ao do humano que o de camundongo. Para tanto, em um primeiro experimento foram utilizados oócitos bovinos provenientes de folículos de diferentes tamanhos. Oócitos oriundos de folículos pequenos, os quais são sabidamente menos competentes a se desenvolverem a blastocisto, continham menos mtDNA comparado com oócitos oriundos de folículos maiores. No entanto, devido a grande variabilidade do número de cópias, num segundo experimento embriões partenogenéticos no estádio de uma célula sofreram biópsia para se determinar o conteúdo de mtDNA antes de serem cultivados para acessar a capacidade de desenvolvimento. Em contraste com achados prévios, o número de cópias de mtDNA nas biópsias não diferiu entre embriões competentes e incompetentes, indicando que o conteúdo de mtDNA não está relacionado com a competência de desenvolvimento a blastocisto. Para confirmar este achado, embriões no estádio de uma célula foram depletados em mais de 60% do seu conteúdo de mtDNA por centrifugação seguido da remoção de parte da fração citoplasmática rica em mitocôndrias. Surpreendentemente, os embriões depletados desenvolveram-se normalmente a blastocisto, os quais continham número de cópias de mtDNA similar a controles não manipulados. O desenvolvimento dos embriões depletados foi acompanhado por um aumento na expressão de genes (TFAM e NRF1) que controlam a replicação e transcrição do mtDNA, indicando uma habilidade intrínseca do embrião bovino em restaurar o conteúdo de mtDNA no estádio de blastocisto. Em conclusão, embriões bovinos competentes são capazes de regular o conteúdo de mtDNA no estádio de blastocisto independentemente do número de cópias presente no oócito. Estes achados contrariam o que foi descrito em camundongos, ressaltando a necessidade de estudos com espécies mais semelhantes ao homem antes do uso clínico do mtDNA como ferramenta para o diagnóstico de fertilidade em mulheres. Além disso, este trabalho tem implicação na manipulação da herança mitocondrial e, portanto, na prevenção da transmissão de sérias patologias causadas por mutações no mtDNA / Abstract: The mammalian mitochondrial DNA (mtDNA) is composed by only about 16,500 base pairs, is exclusively inherited from the mother, and encodes 13 polypeptides essential for mitochondrial function. Hundreds to thousands mtDNA copies are found in somatic cells depending on the energetic requirement of the tissue. However, oocytes contain more than 150,000 copies, at least an order of magnitude greater than most somatic cells. Moreover, since replication of mtDNA is downregulated during early development, the mtDNA content per cell decreases after each cell cycle. Therefore, mtDNA copy number in oocytes should be enough to support the energetic requirement of embryonic cells until mtDNA replication to be restablished. Considering there is a wide variability of mtDNA copy number among oocytes and there are reports showing a link between infertility and oocyte mtDNA copy number, the content of mtDNA could be used to select embryos more competent to develop. To test this hypothesis we used the bovine as an experimental model since its embryonic development is more similar to human than the murine is. Therefore, in a first experiment bovine oocytes derived from follicles of different sizes were used. Oocytes obtained from small follicles, known to be less competent to develop into blastocysts, contained less mtDNA than those originated from larger follicles. However, due to the high variability in copy number, in a second experiment a more accurate approach was examined in which parthenogenetic one-cell embryos were biopsied to measure their mtDNA content and then cultured to assess development capacity. Contrasting with previous findings, mtDNA copy number in biopsies was not different between competent and incompetent embryos, indicating that mtDNA content is not related to early developmental competence. To further examine the importance of mtDNA on development, one-cell embryos were partially depleted of over than 60% of their mtDNA by centrifugation followed by the removal of the mitochondrial-enriched cytoplasmic fraction. Surprisingly, depleted embryos developed normally into blastocysts, which contained mtDNA copy numbers similar to non-manipulated controls. Development in depleted embryos was accompanied by an increase in the expression of genes (TFAM and NRF1) controlling mtDNA replication and transcription, indicating an intrinsic ability to restore the content of mtDNA at the blastocyst stage. In conclusion, competent bovine embryos are able to regulate their mtDNA content at the blastocyst stage regardless of the copy numbers present in oocytes. These findings are in disagreement with that reported for mice, highlighting the need for studies using species more similar to human before the clinical use of mtDNA as a diagnostic tool in woman fertility. Moreover, these findings are important to manipulate mitochondrial inheritance and, therefore, to prevent transmission of important disorders caused by mtDNA mutations / Doutorado / Biologia Estrutural, Celular, Molecular e do Desenvolvimento / Doutor em Fisiopatologia Medica

Nausithoe aurea Silveira & Morandini, 1997 é uma espécie metagenética e dióica com fecundação externa. Os oócitos são liberados continuamente (55 dias em laboratório), porém com grandes variações no número a cada dia. No desenvolvimento embrionário a clivagem, após o estágio de 8 células, passa de holoblástica e igual para pseudoespiral. A gastrulação ocorre por ingressão multipolar e inicia-se aproximadamente 24 horas após a fecundação. A estrutura histológica geral das gônadas assemelha-se a outros Scyphozoa, onde os gonócitos proliferam a partir da gastroderme, migram e diferenciam-se na mesogléia. Na gônada masculina as células germinativas formam camadas razoavelmente distintas e constituem folículos testiculares. Na gônada feminina os oócitos surgem da zona germinativa na gastroderme e apresentam um gradiente de maturação a partir deste ponto (cortes no sentido oral-aboral). Os oócitos encontram-se livres na mesogléia da gônada, sem associação com outras células. A relação espacial entre a musculatura circular, as gônadas e o sulco coronal, é uma característica a ser usada na sistemática do gênero Nausithoe Kölliker, 1853. / Nausithoe aurea Silveira & Morandini, 1997 is a metagenetic and dioecious species with external fertilization. The oocytes are released continuously (55 days in laboratory), but with great variations in the daily number. In the embryonic development the cleavage, after the 8 cells stage, changes from holoblastic and adequal to pseudospiral. The gastrulation occurs through multipolar ingression and begin 24 hours after fertilization. The general histological structure of the gonads resembles other Scyphozoa, in which the gonocytes proliferate from the gastrodermis, migrate and differentiate in the mesoglea. In the male gonad the germ cells are arranged in distinctive layers and form follicles (cysts). In the female gonad the oocytes develop from the germinative zone in the gastrodermis and present a maturing gradient from this point on (oral-aboral sections). The oocytes are free in the gonad mesoglea, without association to any cell. The spatial relation of the coronal musculature, gonads and coronal groove, is a character to be used in the systematics of the genus Nausithoe Kölliker, 1853.

Até o momento a literatura não determinou qual o melhor estadio de maturação (imaturo ou maduro) para que o oocito mantenha sua competência para o desenvolvimento reprodutivo após a criopreservação. O objetivo deste estudo foi determinar em qual estadio meiótico (imaturo -VG (vesícula germinativa) ou maduro- MII (metáfase II)) o oócito é menos susceptível ao dano na criopreservação, utilizando modelo experimental bovino. Foram utilizados ovários de vacas abatidas em matadouro, após a aspiração dos folículos, os oócitos imaturos (VG) foram selecionados para a maturação in vitro e vitrificação, e foram divididos em três grupos: 1) oócitos maturados in vitro e não submetidos à vitrificação (CONTROLE); 2) oócitos vitrificados imaturos (VG), descongelados e submetidos à maturação in vitro (CRIO-MIV); 3) oócitos maturados in vitro (MII), vitrificados e descongelados (MIV-CRIO). Os oócitos foram avaliados quanto a: a)maturação nuclear pela técnica de orceína acética; b) integridade da zona pelúcida (ZP) através de microscopia de polarização; c) viabilidade oocitária pela técnica de DEAD-LIVE; d) desenvolvimento embrionário (taxa de clivagem, produção e eclosão de blastocistos) através da fertilização in vitro (FIV) e ativação partenogenética (AT). Não houve diferença na capacidade de maturação nuclear entre os oócitos frescos e descongelados no grupo CRIO-MIV (p=0,23). Em relação à zona pelúcida a totalidade dos oócitos (100%) nos três grupos apresentou leitura de zona pelúcida positiva, não havendo correlação com evolução embrionária posterior. Na análise de viabilidade celular pelo DEAD-LIVE verificou-se que houve redução da viabilidade do grupo MIV-CRIO (27%) quando comparado com controle (84%) (p<0,0001). Na análise do potencial de desenvolvimento embrionário o grupo controle apresentou melhores taxas de clivagem após FIV (80%) e AT (58%), do que os grupos CRIO-MIV (28%; p<0,0001; 28%; p=0,0002, respectivamente) e MIV-CRIO (26%; p<0,0001; 22%, p<0,0001,respectivamente). As taxas de formação de blastocisto e eclosão após FIV nos grupos CRIO-MIV, MIV-CRIO e após AT no grupo MIV-CRIO foram nulas. Houve a produção e eclosão de apenas um blastocisto no grupo CRIO-MIV após AT. No modelo experimental utilizado, o procedimento de vitrificação comprometeu parcialmente a viabilidade dos oócitos medida pela técnica de DEAD- LIVE e completamente o desenvolvimento embrionário subseqüente, independente do estadio de maturação meiótica (VG ou MII) durante a criopreservação. No entanto, oócitos vitrificados em estadio de VG e submetidos à MIV foram meioticamente competentes e progrediram até o estadio de MII, sugerindo que o dano não compromete a capacidade de maturação nuclear do oócito. Este estudo não conseguiu determinar qual o melhor estadio meiótico oocitário para criopreservação, já que os dois estadios meióticos (VG e MII) se mostraram igualmente prejudicados pela criopreservação em relação à capacidade reprodutiva. / Until the present literature has not achieved a consensus regarding the best maturation stage for oocyte to maintain their reproductive capacity after cryopreservation. The aim of this study was to determine, using an experimental bovine model, in which stage of development (VG stage, immature, or MII stage, post-maturation in vitro) the oocyte is less susceptible to damage during cryopreservation. Immature oocytes (VG) from the ovaries of slaughtered cows were selected for in vitro maturation or vitrification and divided into three groups. The first group (CONTROL) consisted of immature oocytes, matured in vitro without vitrification; the second group (CRYO-IVM) consisted of vitrified immature oocytes thawed and submitted to in vitro maturation; and the third group (IVM-CRYO) consisted of matured in vitro oocytes submitted to vitrification and thawing. The oocytes were evaluated for: nuclear maturation by acetic orcein staining; integrity of the zona pellucida using a polarized microscope; cell viability by the Dead-Live technique; and embryo development (cleavage, production and hatching rate) by in vitro fertilization and parthenogenetic activation. There was no difference in capacity of nuclear maturation between fresh and thawed oocytes (p=0.23). Regarding the zona pellucida (ZP), all oocytes (100%) of all three groups (control, CRYO-IVM and IVMCRYO) presented a positive ZP reading, with no correlation with later embryo evolution. DEAD-LIVE analysis of cell viability revealed reduction of viability in the IVM-CRYO group (27%) compared to control (84%) (p<0.0001) and to the CRYO-IVM group (56%) (p=0.017), with no difference between the last two groups (p=0.055). Analysis of the potential for embryo development by means of in vitro fertilization showed that the control group presented better cleavage and blastocyst formation rates than the CRYO-IVM (p<0.0001 and p<0.0001, respectively) and the IVM-CRYO (p<0.0001 and p=0.0004, respectively) groups. Analyzing the potential for embryo development the control group presented better cleavage by means of in vitro fertilization (80%) and parthenogenetic activation (58%) than the CRYOIVM (28%; p<0,0001; 28%; p=0,0002, respectively) and the IVM-CRYO groups (26%; p<0,0001; 22%, p<0,0001,respectively) Analysis of blastocyst formation rates and hatching after FIV and AT in CRYO-IVM and IVM-CRYO groups were null. Vitrification of bovine oocytes causes great impairment of their reproductive capacity regardless of the stage of maturation at the time of freezing. However the vitrified immature oocytes submitted to IVM maintained their capacity of nuclear maturation, as they achieved MII stage. This study was not able to determine which stage was better in reducing crio damage, as both stages (VG and MII) presented equally impaired by the process.

Submitted by isabela.moljf@hotmail.com (isabela.moljf@hotmail.com) on 2017-06-21T13:16:18Z No. of bitstreams: 1 tatiannerosadossantos.pdf: 1621406 bytes, checksum: f0b584fe0eb00e34bedd8d5ca9965291 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-07T19:05:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 tatiannerosadossantos.pdf: 1621406 bytes, checksum: f0b584fe0eb00e34bedd8d5ca9965291 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-07T19:05:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tatiannerosadossantos.pdf: 1621406 bytes, checksum: f0b584fe0eb00e34bedd8d5ca9965291 (MD5) Previous issue date: 2016-03-29 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O uso de telefones móveis suscita preocupações sobre as possíveis implicações para a saúde humana. Desde a introdução desta tecnologia a utilização de telefones celulares aumentou e estamos cada vez mais expostos à radiação eletromagnética. Devido à susceptibilidade do embrião, neonatos e crianças a qualquer efeito embriotóxico e subsequentes consequências para neonatos e crianças causado por campos eletromagnéticos, a Organização Mundial da Saúde tem recomendado que se dê alta prioridade a investigações experimentais sobre os efeitos de radiação eletromagnética em mulheres grávidas e crianças. Este estudo teve como objetivo avaliar o efeito de ondas eletromagnéticas irradiadas por aparelhos celulares sobre o desenvolvimento embrionário e neonatal, e seu possível efeito programador na prole de ratas Wistar submetidas. Para isso ratas prenhes foram expostas à radiofrequência emitida por telefones celulares (1,8 GHz) por diferentes períodos gestacionais. Foram analisadas a possível toxicologia materna, parâmetros reprodutivos, marcadores bioquímicos de toxicidade materna e peróxido de hidrogênio, além da concentração de hormônios sexuais (progesterona e 17 β-estradiol) e morfologia do ovário. No estudo da prole foi feito o acompanhamento neonatal do desenvolvimento físico e reflexológico. Atingindo a idade adulta, os machos foram submetidos a testes comportamentais e avaliação de conteúdo total e secreção de catecolaminas adrenais, corticosterona e glicose sérica. Aos 90 dias foi feito estudo da capacidade reprodutiva da prole (machos e fêmeas). Foi observado que a radiação emitida por aparelhos celulares foi capaz de aumentar a concentração sérica de 17 β-estradiol e peróxido de hidrogênio em ratas prenhes com 15 dias de gestação, além de levar a alterações no diâmetro de folículos ovarianos, porém não interferindo nos parâmetros reprodutivos analisados. Durante a exposição no período de fetogênese observou-se uma possível toxicidade hepática. E quando foi feita exposição durante toda a gestação foi observado que a radiação leva a alterações no tempo gestacional. Na prole adulta (machos) os resultados mostram um aumento no conteúdo total de catecolaminas acompanhado de uma diminuição da glicose no grupo exposto, mas sem alterações nos testes comportamentais. Alterações reprodutivas nos machos expostos à radiação durante a vida embrionária não foram observadas. Nas fêmeas expostas à radiação na vida intra-uterina foram observadas alterações na concentração sérica de 17 β-estradiol, porém, sem comprometimento das suas funções reprodutivas. Diante dos resultados do presente estudo, especulamos que a radiação emitida por telefones móveis possui efeito sobre os processos reprodutivos além de um efeito programador da prole. / The use of mobile phones raises concerns about the possible implications for human health. Since the introduction of this technology the use of mobile phones has increased tremendously and we are increasingly exposed to electromagnetic radiation. Because of the susceptibility of the embryo, neonates and children at any embryotoxic effect caused by electromagnetic fields, the World Health Organization has recommended to give high priority to experimental investigations of radiation effects on pregnant women and children. This study aimed to evaluate the effect of electromagnetic waves radiated by cell phones on the embryonic and neonatal development, and its possible programmer effect in exposed Wistar rat’s offspring. For that, pregnant rats were exposed to radio frequency emitted by mobile phones (1.8 GHz) for different gestational periods. The possible maternal toxicology, reproductive parameters, biochemical markers of maternal toxicity and hydrogen peroxide in addition to the concentration of sex hormones (progesterone and 17 β-estradiol) and ovarian histology, were analyzed. The evaluattion of the offspring was conducted monitoring neonatal physical and reflexological development. Reaching adulthood, the rats were subjected to behavioral testing and evaluation of total content and adrenal catecholamine secretion, corticosterone and serum glucose. It was also evaluated the reproductive capacity of offspring (male and female) at 90 days of age. The radiation emitted by cell phones was able to increase the serum concentration of 17 β-estradiol and hydrogen peroxide in pregnant rats with 15 days of gestation also leading to changes in the diameter of ovarian follicles, but not interfering with reproductive parameters analyzed. A possible liver toxicity was observed during the period of fetogenesis. And when the exposure was taken throughout pregnancy it was observed that the radiation causes changes in gestational length. In the adult offspring (males) results show an increase in total content of catecholamine associated with by a glucose decrease in exposed group, but no change in the behavioral tests. No reproductive changes in males exposed to radiation during embryonic life were observed. In females exposed to radiation during intrauterine life changes were observed in serum concentration of 17 β-estradiol, but without compromising its reproductive functions. Given the results of this study, we speculate that the radiation emitted by mobile phones has effect on the reproductive processes as well as a programmer effect of offspring.

Abstract Excitation-contraction coupling (ECC) is a process linking the electrical excitation of the muscle cell (myocyte) membrane to the contraction of the cell. In this study the possibilities of mathematical modeling were studied in current ECC research. Mathematical modeling was employed in two distinct ECC research areas, the enzymatic regulation of ECC and ECC during cardiac myocyte development. Despite the distinction, both of these are extremely complex biological systems characterized by diverse and partly contradictory reported experimental results, with a large part based on genetically engineered animal models. Novel mathematical models were developed for both of these research areas. The model of ventricular myocyte ECC with calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII)-mediated regulation faithfully reproduced the heart-rate dependent regulation of ECC. This regulation is thought to be the major effect of CaMKII-mediated regulation. The model of the embryonic ventricular myocyte provided the first comprehensive system analysis of how the embryonic heartbeat is generated at the cellular level. A similar type of model was also developed to show the notable differences between neonatal and adult ventricular myocyte ECC. The mathematical models of ECC presented in this study were further used to simulate ECC in genetically engineered myocytes. The cellular mechanisms of genetically engineered animal models could be better understood by employing mathematical modeling in parallel to experimental characterization of the animal model. It was found in simulations that the indirect consequences and the compensatory mechanisms induced by genetic modification may have a more significant effect on ECC than the direct consequences of the modification. To understand the overwhelming complexity of biological systems including ECC, competent system analysis tools, such as mathematical modeling, are required. The purpose of mathematical modeling is not to replace the experimental studies, but to provide a more comprehensive system analysis based on the experimental data. This system analysis will help in planning subsequent experiments needed to gain the most relevant information about the studied biological system.

La méthylation de l’ADN est une modification épigénétique qui prend place durant le développement embryonnaire sur le génome des Mammifères. Durant ma thèse, j’ai déterminé les cinétiques de mise en place de la méthylation de l’ADN sur le génome murin au cours de l’embryogénèse précoce. J’ai identifié les rôles spécifiques et redondants des ADN méthyltransférases DNMT3a et DNMT3b dans ce processus. J’ai également étudié le rôle de deux facteurs dans la mise en place de la méthylation de l’ADN dans l’embryon. Premièrement, j’ai déterminé que l’enzyme G9a joue un rôle essentiel pour la répression et le recrutement de la méthylation de l’ADN à des sites spécifiques du génome, incluant en particulier des promoteurs à ilots CpG de gènes méiotiques. Deuxièmement, l’étude du facteur E2F6 m’a permis de montrer que cette protéine est elle aussi impliquée dans le recrutement de la méthylation de l’ADN, et ce à des promoteurs de gènes méiotiques distincts de ceux régulés par G9a. / DNA methylation is an epigenetic modification which is established during embryonic development on the mammalian genome. In my thesis, I determined the kinetics of DNA methylation acquisition on the mouse genome during early embryogenesis, and determined the specific and redundant roles of the DNA methyltransferases DNMT3a and DNMT3b in this process. I also studied the roles of two factors involved in setting up DNA methylation in embryos. First, I determined that the G9a enzyme plays an essential role for the in vivo repression and DNA methylation of specific genomic sites, including in particular the CpG island promoters of germline genes. Second, the study of the E2F6 factor allowed me to show that this protein is also involved in recruiting DNA methylation at a set of germline gene promoters than are distinct from those regulated by G9a.