Artificial insemination using cooled, transported semen has become a popular practice in the equine industry. However, equine sperm are assumed to show a decline in their fertilizing ability after 24 to 48 hours of cooled storage. Two measures that are commonly used to estimate the fertility of an ejaculate are sperm motility and sperm membrane integrity (SMI). Recently, it has been suggested that SMI may have a better correlation with fertility of an inseminate than sperm motility. The effect of cooled-storage on sperm quality over an extended time period was evaluated to illustrate changes in sperm characteristics that might be related to an ejaculate’s fertility. Semen was stored at 4°C in INRA 96 extender containing 10% seminal plasma for a period of 10 days. Data were collected daily on sperm motion characteristics, SMI, mitochondrial membrane potential, and DNA quality. To measure daily changes in SMI in stallion sperm, two fluorescent vital-staining protocols used in flow cytometric analysis were compared – a combination of SNARF-1, Yo-Pro-1, and Ethidium Homodimer 1 (SYE) and a combination of lectin from Pisum sativum and propidium iodide (PSA/PI). We hypothesized that the SYE protocol adapted for use with stallion sperm could detect more subtle, and perhaps earlier, damage to the sperm plasma membrane than the PSA/PI protocol. A combination of SYBR 14, propidium iodide, and JC-1 (SYPIJC) was used to measure mitochondrial membrane potential, as well as SMI. A computer-assisted sperm motion analysis (CASA) instrument was used to evaluate sperm motion characteristics; the sperm chromatin structure assay (SCSA) was used to measure the degree of DNA fragmentation. In this study, with the exception of sperm motility, the measures of sperm quality retained values consistent with “viability” after 10 days of cooled-storage. This suggests that the fertility of some stallions may last considerably longer than previously assumed, which could ultimately alter the time-table used for artificial insemination using cooled, transported semen.

Brain stem remyelination following demyelination induced by ethidium bromide (EB) is carried out by oligodendrocytes and Schwann cells that invade the central nervous system when astrocytes are lost. Although oligodendrocyte remyelination is detected from 13 days onward within the lesions, the origin of the remyelinating cells is not known. To clarify oligodendrocyte origin as well as to observe astrocytic behaviour in normal (n=22) as well as immunosuppressed animals (n=22) adult Wistar rats were injected with EB in the basal cisterna. Wistar rats had an EB injection while treated with cyclophosphamide (astrocyte investigation, n=12) or cyclosporine A (oligodendrocyte study, n=10). Control animals had a single injection of 10 μl of 0.9% saline (n=16). For the investigation on astrocytes, the rats were killed at 1, 2, 3, 7, 14 and 21 days a.i. GFAP labelled astrocytes were conspicuous within the lesions and isomorphic gliosis was detected, more marked in those rats immunosuppressed with CY. Nonetheless a significant difference among the groups could not be established because of the mean deviations detected by the image studies. For the oligodendrocyte investigation the rats were killed at 15, 21 and 31 days a.i. Lesions of EB injected in normal and cyclosporine A-treated Wistar rats labelled positive for OSP (oligodendrocytes specific protein). This result points to mature oligodendrocytes as a source of remyelinating cells to restore the lost myelin sheaths after EB injection. The EB model of demyelination allowed the observation of the neuroglia in lesions where remyelination is made up by mature cells of the oligodendroglial lineage and where astrocytes respond selectively to immunosuppressive drugs that modify the inflammatory reaction induced by EB / Remielinização após desmielinização com brometo de etídio (BE) no tronco encefálico de ratos é realizada por oligodendrócitos e células de Schwann que invadem o tecido após a morte dos astrócitos. Embora a remielinização por oligodendrócitos seja detectada a partir dos 13 dias pós-intoxicação, a origem das células remielinizantes não é conhecida. Para esclarecer essa origem bem como o comportamento astrocitário em lesões induzidas pelo BE em ratos adultos normais (n=22) ou sob terapia imunomoduladora (n=22), ratos Wistar adultos receberam uma injeção de 10 μl de BE na cisterna basal. Ratos Wistar receberam a injeção de BE enquanto sob terapia imunossupressora com ciclofosfamida (estudo astrocitário) (n=12) ou ciclosporina-A (n=10) (estudo da oligodendróglia). Os animais controle receberam uma injeção de 10 μl 0.9% de solução salina (n=16). Para o estudo astrocitário, os animais foram sacrificados aos 1, 2, 3, 7, 14 e 21 dias pós-injeção de BE. Astrócitos foram marcados com GFAP (proteína glial fibrilar ácida) e foi detectada gliose isomórfica nas lesões, mais marcada naqueles animais tratados com ciclofosfamida (CY). Embora existisse diferença entre a marcação por GFAP nos ratos que receberam somente BE e os que receberam BE e CY, os desvios das médias obtidas através da análise de imagem, não permitiram uma conclusão sobre a significância dessa diferença. Os ratos do experimento sobre a oligodendróglia foram sacrificados aos 15, 21 e 31 dias p.i. do BE. Tecidos de ratos normais injetados com BE e ratos injetados e tratados com ciclosporina foram marcados com imunofluorescência (IF) para OSP (proteína específica do oligodendrócito) que marca células maduras da linhagem oligodendroglial. O resultado foi a marcação de células maduras que remielinizavam em áreas próximas ao tecido normal, mostrando oligodendrócitos maduros como fonte celular na reparação das bainhas perdidas. O modelo de desmielinização do BE permitiu estudar a atividade da neuróglia em lesões que foram remielinizadas por oligodendrócitos maduros e nas que os astrócitos responderam seletivamente a imunossupressores que interferem com a reação inflamatória dentro do tecido

The Epstein Barr virus (EBV) is studied in this project to establish a latency compared with the infected organism and to a number of pathophysiologies. Its oncogenic potential associated with serological evidence of the presence of the viral agent for cancer and also for autoimmune diseases such as rheumatoid arthritis and lupus erythematosus. Detection processes are necessary and have attracted scientific interest in recent decades, and they are important analytical tools used for clinical diagnosis, disease control, physiological changes, among others. Through the above two genosensors were developed to the specific recognition of EBV by electrochemistry. The peak oxidation of ethidium bromide (EB) in graphite electrodes modified with poly (4-ATP) and the peak tetramethylbenzindine (TMB) reduction, as a new indicator of hybridization oligonucleides, in graphite electrodes modified with poly (AP-4) were designed and evaluated these platforms. Analysis of Surface Plasmon Resonance (SPR) and Atomic Force Microscopy (AFM) were used to complement the study to theoretical and practical application. The prospect of this project is the application in the diagnosis of infection caused by the Epstein-Barr virus (in serum samples, saliva and urine) non-invasively in rapid tests evaluating their sensitivity, selectivity, specificity, speed and low cost. / O vírus Epstein Barr (EBV) é estudado neste projeto por estabelecer uma relação de latência com o organismo infectado e a uma série de fisiopatologias. Seu potencial oncogênico está relacionado às evidências sorológicas da presença do agente viral em neoplasias e também às doenças autoimunes como a Artrite Reumatoide e o Lúpus Eritematoso. Processos de detecção são necessários e têm despertado interesse científico nas últimas décadas, sendo importantes ferramentas analíticas usadas para diagnóstico clínico, controle de doenças, alterações fisiológicas, dentre outras. Mediante o exposto, dois genossensores foram desenvolvidos visando o reconhecimento específico do EBV pela eletroquímica. O pico de oxidação do brometo de etídio nos eletrodos de grafite modificados com poli(4-ATF) e o pico de redução de tetrametilbenzindina, como novo indicador de hibridização de oligonucleotídeos, nos eletrodos de grafite modificados com poli(4-AF) foram projetados e avaliados nestas plataformas. Análises de Ressonância de Plasmon de Superfície (SPR) e Microscopia de Força Atômica (AFM) foram utilizadas para complementar o estudo a fim de fundamentação teórica e prática. A perspectiva deste projeto é a aplicação no diagnóstico da infecção causada pelo vírus Epstein-Barr (em amostras de soro, saliva e urina) de forma não invasiva em testes rápidos avaliando sua sensibilidade, seletividade, especificidade, rapidez e de baixo custo. / Doutor em Genética e Bioquímica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Light and ultraestructural changes of central and peripheral nervous system lesions in mice KO for connexin-32 and submitted to the ethidium bromide gliotoxic demyelinating model are described. Their KO condition was tested with PCR and a negative connexin-32 labelling was performed by immunofluorescence. The experimental animals were C57BL/6 normal mice and C57BL/6 KO for connexin-32. For all groups the animals were maintained in cages of 5 individuals within a temperature controlled room and had ration and filtered water ad libitum. A single local injection of either 0,1% ethidium bromide in normal saline (5 μl in the brainstem and 1 μl in the sciatic nerve) or normal saline was performed as described for Wistar rats. The injected mice were observed daily until euthanasia was performed at 24, 48 hours and 3, 7, 15, 21 and 30 days after injection. The mice were perfused through the heart with either neutral 10% formalin or 2,5% glutaraldehyde. Histochemical, immunohistochemical, immunofluorescence and transmission electron microscopic methods were used to analyze the development of the lesions after differentiated processing. Hematoxylin- eosine, luxol fast blue and toluidine blue methods and immunolabelling with anti-GFAP, anti-CNPase, anti-S100 protein and anti-OSP, anti Cx32 and anti Cx43 antibodies were used. Within the CNS the lesions showed an acute degenerative phase with disappearance of glial cells, and myelin sheaths were withdrawn by a scant number of macrophages. In KO mice some granulocytes were detected within the lesions in tight contact with decaying myelin sheaths. Remyelination was carried out by oligodendrocytes since no Schwann cells were seen during the regenerating process of KO mice. Occasional remyelinating Scwann cells were seen in normal mice. For the sciatic nerves, Schwann cells initially showed signs of intoxication and rejected their sheaths; after seven days, some thin newly formed myelin sheaths with uneven compaction and redundant loops (tomacula) were conspicuous. Mast cells degranulated or not were seen in all BE- induced lesions and after saline injection. It is concluded that the repair of the CNS demyelinated lesions differs from the observed in normal and immunosupressed rats because Schwann cells remyelination was absent; the absence of connexin-32 may have caused that absence. The regeneration of lost myelin sheaths within the PNS followed the pattern already reported for this model in other species. It is suggested that the absence of connexin-32 determined the different repair of the myelin sheaths within the CNS whereas for the PNS, the normal pattern of tissue response might be due to the early age of the injected mice. / São descritas as alterações de microscopia de luz e ultra-estruturais induzidas pelo brometo de etídio no sistema nervoso central e periférico de camundongos KO para conexina 32. O genótipo KO foi testado por PCR e confirmado por imunofluorescência negativa para conexina 32. Os animais dos experimentos foram camundongos C57BL-6 normais (controles) e KO para conexina 32. Todos os camundongos foram mantidos em gaiolas de 5 indivíduos em sala climatizada e receberam ração e água à vontade. Uma única injeção de BE 0,1% em salina 0,9% ou de salina 0,9% (5 μl na cisterna basal e 1μl no nervo ciático) foi realizada como descrita em ratos Wistar. Os camundongos eram observados diariamente até ser realizada a eutanásia às 24 e 48 h, 3, 7, 15, 21 e 30 dias após a injeção. Os camundongos foram perfundidos através do coração; um grupo com glutaraldeído 2,5% visando o processamento para microscopia eletrônica; um outro grupo com solução salina com EDTA e posterior fixação em metacarn para inclusão em parafina. As amostras incluídas em parafina foram analisadas através dos métodos de hematoxilina e eosina, luxol fast blue e azul de toluidina. Foram realizadas imunoistoquímica e imunofluorescência visando a marcação de GFAP, CNPase, OSP, S100, e Cx43 e Cx32, respectivamente. As lesões do SNC eram discretas e tiveram uma fase ativa com desaparecimento das células gliais; os debris celulares e de mielina foram retirados por um reduzido número de fagócitos. Nos camundongos KO foram vistos granulócitos em estreito contato com bainhas de mielina em degradação. A remielinização dos axônios desmielinizados foi realizada exclusivamente por oligodendrócitos nos camundongos KO; nos camundongos normais, ocasionais células de Schwann podiam ser encontradas remielinizando axônios do SNC. No nervo ciático, as células de Schwann intoxicadas rejeitaram seus internodos de mielina; após sete dias, finas bainhas reparadas eram encontradas, com compactação irregular da mielina e alças redundantes (tomacula). Mastócitos, desgranulados ou não, eram vistos nas lesões do BE e após a injeção de solução salina. Conclui-se que o reparo das lesões do SNC difere do observado em ratos normais e imunossuprimidos devido à ausência de remielinização por células de Schwann; a falta de expressão da Cx 32 e o tamanho reduzido das lesões podem ter contribuído para essa ausência. A regeneração das bainhas perdidas no SNP obedeceu ao padrão descrito para esse modelo em outras espécies. Sugere-se que a ausência da Cx 32 não afetou o reparo do SNP devido à idade precoce dos animais.

Lesão do DNA mitocondrial (mtDNA) promove disfunção desta organela, contribuindo para a gênese do envelhecimento e fisiopatologia de doenças como aterosclerose e diabetes. A mitocôndria é a principal fonte quantitativa de espécies reativas de oxigênio (ROS) em células, e o complexo NAD(P)H oxidase a principal fonte de ROS envolvidas na sinalização celular. A possível inter-relação entre estas duas importantes vias produtoras de ROS não está definida. O objetivo deste estudo foi investigar o perfil de alterações na expressão e atividade da NAD(P)H oxidase de células musculares lisas vasculares (VSMC) em resposta a perturbações mínimas da função mitocondrial análogas às esperadas em doenças crônico-degenerativas vasculares. Inicialmente, validamos modelo in vitro de disfunção mitocondrial induzida por incubação de VSMC com brometo de etídio (24 - 72 h). Lesões mínimas do mtDNA foram documentadas por alterações nos produtos de amplificação (PCR) da região repetitiva da D-loop e redução da taxa de consumo de oxigênio total em ~15% vs. basal (p<0,05). Este grau de lesão não foi suficiente para induzir alterações morfológicas evidentes ou apoptose, e foi associado ao retardo de 25 - 30% no aumento de população celular induzido por soro fetal bovino. Nestas condições, não se detectou aumento da produção basal de superóxido ou mudanças nos níveis de glutationa, óxidos de nitrogênio, ou da atividade superóxido dismutase. A produção basal de peróxido de hidrogênio aumentou ~15%. Após disfunção mitocondrial, houve significativo aumento (30 - 45%) na atividade basal do complexo NAD(P)H oxidase em fração de membrana de VSMC. Entretanto, a ativação da oxidase pela AII, conhecido agonista da oxidase vascular, foi essencialmente abolida, indicando dependência funcional da ativação da oxidase com a integridade da mitocôndria. Em sintonia com esses dados, na condição basal, ocorreu aumento de expressão da isoforma Nox4 da oxidase, enquanto o aumento do mRNA da Nox1 normalmente visto após AII foi minimizado. Por outro lado, o aumento da atividade da NADPH oxidase causado pelo estressor do RE tunicamicina (indutor de Nox4) foi também abolido pela disfunção mitocondrial, entretanto, ocorreu aumento do mRNA da Nox4, indicando que as alterações funcionais da oxidase nesta situação não decorrem apenas de mudanças da expressão. Dissociação semelhante entre expressão e atividade ocorreu após exposição de 72 horas ao EtBr (i.e., durante adaptação). Nesta, ocorreu maior expressão do mRNA de Nox1 e Nox4 com AII, sem aumento da atividade da oxidase em membranas. Incubação do EtBr por 24 horas não induziu per se aumento consistente nos índices de estresse do RE e induziu inversão do padrão do tráfego subcelular da dissulfeto isomerase protéica (PDI), uma chaperona redox descrita recentemente como reguladora da NADPH oxidase. Após 72 horas de incubação com EtBr, a expressão de chaperonas marcadoras de estresse do RE foi bastante diminuída e o tráfego da PDI teve o padrão restaurado. Demonstramos por microscopia confocal evidências preliminares de possível co-localização entre Nox1 e mitocôndria. Estes dados sugerem uma relevante inter-relação funcional entre mitocôndria e complexo NAD(P)H oxidase, associada pelo menos a alterações de expressão e/ou tráfego subcelular de subunidades catalíticas e reguladoras desse complexo. / Mitochondrial DNA (mtDNA) damage induces dysfunction of this organelle, contributing to the genesis of aging and to the pathophysiology of diseases such as atherosclerosis and diabetes. Mitochondria are the main quantitative source of reactive oxygen species (ROS) in cells, while NAD(P)H oxidase complex is a major source of cell signaling-associated ROS. The possible crosstalk between these two relevant sources of ROS is unclear. The aim of this study was to investigate changes in activity and/or expression of vascular smooth muscle cell (VSMC) NAD(P)H oxidase in response to minor perturbations of mitochondrial function similar to those expected to occur in chronic degenerative vascular diseases. Initially, we validated an in vitro model of mitochondrial dysfunction in VSMC, through incubation with ethidium bromide (24 - 72 h). Minimal mtDNA damage after EtBr was shown by distinct amplification patterns (at PCR) of D-loop repetitive region and by ~ 15% oxygen consumption decrease vs. basal (p<0.05). Such mtDNA damage was not sufficient to induce morphologic changes or apoptosis, whereas serum-stimulated increase in cell number was prevented by 25-30%. Under those conditions, baseline superoxide production, as well as levels of glutathione or nitrogen oxides or superoxide dismutase activity were unchanged. Baseline hydrogen peroxide production increased ~15%. VSMC membrane fraction NADPH oxidase activity was increased by 30-45% after mitochondrial dysfunction. However, oxidase activation due to AII (100 nM, 4h) was markedly abrogated, indicating that A-II-driven oxidase activation requires integrity of mitochondrial function. Accordingly, there were increases in baseline mRNA expression of Nox4 oxidase isoform, while the expected increase in Nox1 by AII was minimized. On the other hand, the NADPH oxidase activity induced by the endoplasmic reticulum stressor tunicamycin (Nox4 inducer) after mitochondrial dysfunction was abrogated, however simultaneously with increased Nox4 mRNA, thus indicating that the observed functional alterations in the oxidase complex in these conditions cannot be associated only to mRNA expression changes. After VSMC EtBr incubation for 72 h, similar dissociation between expression and activity was observed, with increase in Nox 1 and Nox4 mRNA by AII, without parallel increase in membrane fraction oxidase activity. Although there was little change in ER stress markers after 24h EtBr, protein disulfide isomerase (PDI), a redox chaperone recently described by us as a novel NAD(P)H oxidase regulator, exhibited a reversal of its subcellular traffic pattern. After 72 h EtBr, the expression of ER markers was strongly decreased and normal PDI traffic was restored. Confocal microscopy suggested possible co-localization between Nox1 and mitochondria. These results suggest a functionally relevant crosstalk between mitochondria and NADPH oxidase complex associated at least to changes in expression and/or subcellular traffic of catalytic or regulatory subunits of this complex.

This master's thesis deals with the ways of cell viability determination and its measuring. The first part of this thesis has a brief introduction into the theory of cell viability, also the methods of cell viability measurement and different types of fluorescent probes are described. The thesis further includes a brief description of the image processing methods, as well as the fluorescent microscope and applied filters are described. In the practical part the system implemented at a graphical programming environment LabVIEW used for the cell viability evaluation is described, functions of applied units are explained. The program is checked on model data.