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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.10.2007.tde-12122007-100619
Document
Author
Full name
Ana Rita Sousa Coutinho
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2007
Supervisor
Committee
Assumpção, Mayra Elena Ortiz D'Ávila (President)
Dagli, Maria Lucia Zaidan
Lopes, Fabíola Freitas de Paula
Meirelles, Flavio Vieira
Seneda, Marcelo Marcondes
Title in Portuguese
Presença da Caspase-3 ativa e das proteínas de reparo de lesões do DNA em embriões suínos ativados partenogeneticamente com alta ou baixa capacidade de desenvolvimento
Keywords in Portuguese
Apoptose
Ativação partenogenetica
Caspase-3
Embriões
Suínos
Abstract in Portuguese
Apoptose é uma forma de morte celular extremamente conservada que tem papel primordial no desenvolvimento animal e na homeostasia celular, agindo como mecanismo de controle de qualidade com a função de remover células danificadas, em excesso ou não-funcionais. Este processo tem papel importante no desenvolvimento embrionário pré-implantacional, pois as células embrionárias estão sujeitas aos danos no DNA que podem ativar mecanismos de reparo de DNA ou induzir apoptose, que culmina com a ativação da enzima caspase-3 responsável pela clivagem de vários substratos celulares. Deste modo, o presente trabalho teve como objetivos determinar a presença da Caspase-3 ativa (+casp-3) e sua influência no desenvolvimento de embriões suínos no estágio de pré-implantação, bem como investigar a detecção de proteínas que atuam no mecanismo de lesão e reparo do DNA. Foram realizados 4 experimentos com oócitos imaturos de fêmeas pré-púberes, obtidos de ovários oriundos de abatedouro, maturados in vitro (MIV) por 44-46 horas. Oócitos em metáfase II (MII) foram ativados partenogeneticamente (AP) com ionomicina e cloreto de estrôncio e cultivados in vitro em PZM3 a 38ºC e 5% CO2 em ar e alta umidade. No primeiro experimento os embriões foram classificados em 4 grupos de acordo com o tempo de clivagem e o número de células: R4 - clivado às 24 horas e com ≥4 células às 48 horas; R2 - clivado às 24 horas e com 2 ou 3 células às 48 horas; L4 - não clivado às 24 horas e com ≥4 células às 48 horas; L2 - não clivado às 24 horas e com 2 ou 3 células às 48 horas. Os embriões foram então avaliados no D-6 do CIV para determinação do índice de desenvolvimento até o estágio de blastocisto. Os embriões do grupo R apresentaram maiores índices de blastocisto, R4 - 66,1 (174/263) e R2 - 59,6 (62/104) e maior número de núcleos por blastocisto, R4 - 40,1 e R2 - 37,8, quando comparados ao grupo L, L4 - 15,4 (6/39) e L2-16,8 (13/77); L4-18,5 e L2-18,3 (Qui-quadrado e Tukey-Kramer, respectivamente, P<0,05); entretanto, não houve diferença entre os grupos R4 e R2 e L4 e L2. Para o segundo experimento utilizou-se apenas embriões R e L, classificados às 24hs do início do CIV. Ambos os grupos (R e L) foram destinados à análise de imunocitoquímica para +casp-3 fixados nos D2, D4 e D6, sendo cada um destes dias considerado um sub-experimento e realizado em manipulações diferentes. Foi observada localização citoplasmática da +casp-3 do D2 ao D6 e nuclear a partir do D5 de cultivo. A quantificação relativa da +casp-3 nos grupos R e L de cultivo foi de 2,4 vs 1,4; 1,1 vs 1,0 e 1,1 vs 1,2 para o D2, D4 e D6, respectivamente. Para avaliar a influência da +casp-3 no desenvolvimento de embriões suínos foi realizado o terceiro experimento utilizando o inibidor de caspase z-DEVD-fmk (100uM) durante a MIV, no início (D0 ao D2) ou no final (D4 ao D6) do cultivo. Embriões produzidos sem inibidor foram usados como controle. A presença do inibidor durante a MIV e no final do cultivo não afetou os índices de blastocistos. No entanto, a presença do inibidor durante as primeiras 48 horas de cultivo resultou em maior índice de blastocisto do que o grupo controle, 55,1 (59/107) e 37,5 (39/104) (Qui-quadrado, P<0,05). O último experimento foi realizado para investigar a presença das proteínas de reparo de lesão de DNA, γH2AX, 53BP1, NSB1 e RAD52, em embriões desenvolvimento R e L. Não foi detectada 53BP1 em embriões suínos AP durante o desenvolvimento inicial. Embriões do grupo L apresentaram maior quantidade de γH2AX no D-5 quando comparado ao grupo R; entretanto, não houve diferença de marcação para NSB1 e RAD52. Estes dados indicam que o mecanismo de apoptose interfere no desenvolvimento embrionário inicial com efeito positivo do inibidor de caspase, na taxa de blastocisto de embriões suínos AP. Embriões de desenvolvimento L apresentaram um aumento da sinalização às injúrias do DNA, entretanto, a diferenças quanto ao potencial de reparo do DNA lesado em embriões de diferentes potenciais de desenvolvimentos, ainda precisam ser melhor investigadas.
Title in English
Presence of active Caspase-3 and DNA damage and repair proteins in parthenogenetically activated swines embryos of high and low developmental capacity
Keywords in English
Apoptosis
Caspase-3
Embryos
Parthenogenetic activation
Swine
Abstract in English
Apoptosis is a highly conserved form of cell death that plays a major role in animal development and cellular homeostasis by acting as a quality control mechanism to remove cells that are damaged, nonfunctional, misplaced or supranumerary. This form of cell death plays a major role on preimplantation embryonic development since embryonic cells are often subject to DNA damage, triggering either DNA damage and repair mechanisms or apoptosis. Once initiated the apoptotic process leads to caspase activation and cleavage of cellular substrates. The aim of the present study was to quantify active Caspase-3 (+casp-3) and to determine the role of this pro-apoptotic enzyme on the development of preimplantation porcine embryos, as well as to investigate the presence and localization of DNA damage and repair proteins. Four experiments were conducted using slaughterhouse immature oocytes collected from pre-pubertal gilt ovaries and in vitro matured (IVM) for 44-46 h. Metaphase II (MII) oocytes were parthenogenetically activated (PA) using ionomycin and strontium chloride and cultured in PZM-3 at 38ºC, 5% CO2 in air and high humidity. In the first study embryos were distributed into 4 groups according to cleavage time and cell number: R4 - cleaved at 24 h with ≥4-cells at 48 h; R2 - cleaved at 24 h with 2-3 cells at 48 h; L4 - non-cleaved at 24 h with ≥4-cells at 48 h; L2 - non-cleaved at 24 h with 2-3 cells at 48 h. Group R embryos showed higher blastocyst rates R4-66.1 (174/263) and R2-59.6 (62/104) and more nuclei per blastocyst, R4-40.1 and R2-38.9, when compared to group L L4-15.4 (6/39) and L2-16.8 (13/77); L4-18.5 and L2-18.3 (Chi-square and Tukey-Kramer, P<0.05); however, there were no differences between R4 and R2 or L4 and L2. The second experiment used only early-(R) and late-cleaved embryos (L), classified at 24 h of IVC, fixed at D-2, D-4 and D-6 and then stained for +casp-3 immunofluorescence. In this embryos fixed at D-2, D-4 and D-6 were considered as sub-experiments conducted in different replicates. Active Caspase-3 cytoplasmic signal was detected in cultured embryos from D2 to D6 and nuclear signal was detected from D5 to D6. The relative amount of immunofluorescence signal for +casp-3 for groups R and L at D2, D4 and D6 of culture was 2.4 vs. 1.4; 1.1 vs. 1.0 and 1.1 vs. 1.2, respectively. A third experiment was conducted to evaluate the role of +casp-3 on porcine preimplantation embryos. In this study the Caspase inhibitor Z-DEVD-fmk (100 uM) was supplemented during maturation of porcine oocytes or embryo culture (D0 to D2 or D4 to D6). Addition of the caspase inhibitor during IVM or D4 to D6 of culture did not affect blastocyst rate. However, caspase inhibition from D0 to D2 increased development of porcine embryos to the blastocyst stage [55.1 (59/107) and 37.5 (39/104) for control and Z-DEVD-fmk, respectively; Chi-square, P<0.05). The last experiment investigated the presence of DNA damage and repair proteins γH2AX, 52BP1, NSB1, and Rad52 in early- and late-cleaved embryos by immunofluorescence. There was no 53BP1 signal in PA porcine embryos at beginning of IVC. Late-cleaved embryos showed higher γH2AX signal than early-cleaved embryos; however, there was no difference between NSB1 and Rad52 staining between these embryos. In conclusion, apoptosis and DNA damage and repair mechanisms play a role on development of porcine embryos. Active caspase-3 is present in porcine embryos throughout the preimplantation period and inhibition of this enzyme at early stages of in vitro culture can increase blastocyst rate of PA embryos. Moreover, late-cleaved embryos carry higher DNA damage than early-cleaved embryos. Therefore, the relationship between DNA repair mechanism and developmental potential of porcine embryos need to be further investigated.
 
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Publishing Date
2007-12-19
 
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