Corrigendum to “Oxidative Stress Alters the Profile of Transcription Factors Related to Early Development on In Vitro

High oxygen levels during in vitro culture (IVC) can induce oxidative stress through accumulation of reactive oxygen species (ROS), negatively affecting embryo development. This study evaluated the effect of different O2 tensions during IVC on bovine blastocyst development and transcriptional status, considering transcription factors that play an essential role during early embryo development. For this purpose, embryos were produced in vitro by conventional protocols and cultured in two different oxygen tensions, physiological (5%) and atmospheric (20%). Expanded blastocysts were subjected to transcript quantitation analysis by RT-qPCR with Biomark™ HD System (Fluidigm, US), using 67 TaqMan assays specific for Bos taurus. Differences were observed in genes related to oxidation-reduction processes, DNA-dependent transcription factors, and factors related to important functional pathways for embryo development. Blastocyst rate was higher in the 5% O2 group and the number of cells was assessed, with the 5% O2 group having a higher number of cells. ROS concentration was evaluated, with a higher ROS presence in the 20% O2 group. Taken together, these results allow us to conclude that IVC of embryos at atmospheric O2 tension affects the expression of important transcription factors involved in multiple cell biology pathways that can affect embryo development, quality, and viability

The kinetics of embryonic development and its relationships with epigenetic profile.

O momento das primeiras divisões celulares pode predizer o potencial de desenvolvimento de um embrião, incluindo sua capacidade de estabelecer prenhez. Além de diferenças relacionadas ao metabolismo, estresse e sobrevivência, embriões com diferentes velocidades de desenvolvimento apresentam padrões transcricionais distintos, principalmente relacionados ao metabolismo energético e lipídico. Como o padrão transcricional é regulado por fatores epigenéticos este estudo visou caracterizar os mecanismos epigenéticos envolvidos neste fenótipo. Para isto, embriões bovinos foram produzidos in vitro utilizando sêmen sexado (fêmeas) e as 40 horas pós inseminação (hpi) foram classificados como Rápidos (4 ou mais células) ou Lentos (2 ou 3 células), permanecendo em cultivo até o estágio de blastocisto (168 hpi) (Capítulo 1) ou sendo avaliados com 40 hpi, 96 hpi ou 168 hpi (Capítulo 2). No capítulo 1, a análise da metilação global do genoma pelo sistema EmbryoGENE Methylation DNA Array (EDMA) identificou 11.584 regiões diferencialmente metiladas (DMRs) (7.976 regiões hipermetiladas em blastocistos derivados do grupo de clivagem rápida FBL - e 3.608 regiões hipermetiladas em blastocistos derivados de embriões de clivagem lenta - SBL). Os FBL apresentaram mais regiões classificadas como hipermetiladas, distribuídas ao longo do genoma, como nos íntrons, exons, promotores e elementos de repetição, enquanto em SBL, as regiões hipermetiladas estavam mais presentes nas ilhas CpG. As DMRs foram agrupadas em relação aos processos biológicos a que estavam envolvidas, e algumas das vias mais afetadas foram relacionadas à sobrevivência/diferenciação celular e metabolismo energético/lipídico. Os perfis dos transcritos dos genes diferencialmente metilados (DMs) relacionados com estas vias também foram avaliados, e a maior parte revelou mudanças na quantificação relativa. No capítulo 2, foi avaliada ao longo do desenvolvimento a presença de metilações e hidroximetilações do DNA e modificações pós-traducionais de histonas (acetilação e trimetilação da lisina 9 da histona 3 e trimetilação da lisina 27 da histona 3 H3K9ac, H3K9me3 e H3K27me3, respectivamente). A cinética das primeiras clivagens influenciou a maioria das modificações epigenéticas estudadas desde os estágios iniciais até o blastocisto (exceto pela hidroximetilação do DNA e H3K27me3). A análise dos transcritos relacionados a inclusão ou remoção dessas modificações corroborou o padrão de modificações encontrado. É possível concluir que a cinética das primeiras clivagens apresenta relação com modificações epigenéticas nos embriões e que se manterão até o final do desenvolvimento pré-implantacional, resultando em blastocistos de padrão transcricional e metabólico distintos, podendo influenciar na viabilidade embrionária.The timing of the first cell divisions may predict the developmental potential of an embryo, including its ability to establish pregnancy. Besides differences related to metabolism, stress, and survival, embryos with different speeds of development present distinct patterns of gene expression, mainly related to energy and lipid metabolism. As gene expression is regulated by epigenetic factors, and that includes DNA methylation patterns, in this study we compared the global DNA methylation profile of embryos with different kinetics of development in order to identify general pathways and regions that are most influenced by this phenotype. For this, bovine embryos were produced in vitro using sexed semen (females) and the 40 hours post insemination (hpi) were classified as Fast (4 or more cells) or Slow (2 or 3 cells), remaining in culture until the blastocyst stage (168 hpi) (Chapter 1) or evaluated at 40 hpi, 96 hpi or 168 hpi (Chapter 2). In Chapter 1, the analysis of global DNA methylation by EmbryoGENE DNA Methylation Array (EDMA) identified 11,584 differentially methylated regions (DMRs) (7,976 regions hypermethylated in blastocysts derived from the fast cleavage group -FBL- and 3,608 hypermethylated regions in blastocyst derived from the slow cleavage group -SBL). FBL presented more regions classified as hypermethylated, distributed throughout the genome, as in introns, exons, promoters and repeating elements, whereas in SBL, hypermethylated regions were more present in the CpG islands. DMRs were grouped in relation to the biological processes to which they were involved, and some of the most affected pathways were related to cell survival/differentiation and energy/lipid metabolism. Profiles of transcripts of differentially methylated (DMs) genes related to these pathways were also evaluated, and most presented changes in relative quantification. In Chapter 2, the presence of DNA methylations and hydroxymethylations and post-translational histone modifications (histone 3 lysine 9 acetylation and trimethylation and histone 3 lysine 27 trimethylation - H3K9ac, H3K9me3 and H3K27me3, respectively). The kinetics of the first cleavages influenced most of the epigenetic modifications studied from the initial stages to the blastocyst (except DNA hydroxymethylations and H3K27me3). The analysis of the transcripts related to insertion or removal of these modifications corroborated the pattern of modifications. It is possible to conclude that the kinetics of the first cleavages is related with epigenetic modifications in embryos that will be maintained through the pre-implantation development, resulting in blastocysts with different transcriptional and metabolic patterns, which might influence the embryonic viability

O papel da espécies reativas de oxigênio e do antioxidante astaxantina em oócitos bovinos submetidos ao estresse térmico in vitro

Condições ambientais adversas, tais como temperatura e umidade elevada, limitam a exploração do máximo potencial genético animal. Em bovinos, o estresse térmico materno compromete a fertilidade de vacas leiteiras, resultando em prejuízos econômicos para indústria de leite. Sabe-se que o oócito e o embrião no estágio pré-implantacional inicial são os principais alvos dos efeitos deletérios causados pelo estresse térmico materno, entretanto, os mecanismos celulares desencadeados pela temperatura elevada e o papel do estresse oxidativo neste contexto são pouco conhecidos. Estudos recentes indicaram que a exposição de embriões bovinos ao choque térmico aumentou a concentração de espécies reativas de oxigênio (EROs) intracelular embrionária e o uso de antioxidantes, tais como a astaxantina, reverteram estes efeitos. Com isto, o presente estudo visou avaliar os efeitos do choque térmico e do antioxidante astaxantina durante a maturação in vitro (MIV) de oocitos bovinos na (1) concentração das EROs, (2) competência oocitária, (3) atividade de enzimas antioxidantes e (4) peroxidação lipídica em complexos cumulus-oócito (CCOs) bovinos. O experimento 1 avaliou os efeitos de diferentes concentrações de astaxantina (0, 50, 100, 200 ou 500 µM) na competência oocitária à 38,5°C (etapa 1) e os efeitos de diferentes concentrações de astaxantina (0, 12,5, 25, 50, 100 ou 50 000 nM) na competência de oocitos bovinos submetidos ao choque térmico (etapa 2). As doses de 100, 200 e 500 µM de astaxantina reduziram (P< 0,05) a proporção de embriões clivados que atingiu o estágio de blastocisto. A exposição de oocitos bovinos ao choque térmico reduziu (P< 0,05) as taxas de clivagem e blastocistos. No entanto, a adição de astaxantina em oocitos submetidos ao modelo de choque térmico resgatou a clivagem embrionária (P<0,05); doses de 12,5, 25, 50, 100 e 50 000 nM de astaxantina) e o desenvolvimento a blastocisto (P< 0,05; doses de 12,5 e 25 nM de astaxantina) quando comparadas ao grupo controle-veículo 41°C. O experimento 2 visou padronizar a técnica de ressonância paramagnética eletrônica (RPE) em CCOs bovinos. Para tanto, foram realizados vários estudos preliminares a fim de estabelecer o protocolo de RPE em CCOs. No entanto, não foi possível detectar as EROs em CCOs na maioria dos procedimentos conduzidos. Quando CCOs submetidos aos tratamentos Controle (38,5°C por 14 horas) e Choque Térmico (41°C por 14 horas) foram incubados com 100 µM do pró-oxidante menadiona e 50 mM de PBN em meio MIV e PBS 10 mM 1:1 as EROs foram detectadas apenas no grupo choque térmico. Os experimentos 3 e 4 avaliaram os efeitos da astaxantina (0, 12,5 e 25 nM) e da temperatura (38,5 ou 41°C) durante as primeiras 14 horas da MIV na atividades das enzimas antioxidantes (superóxido dismutase - SOD, glutationa peroxidase - GPX e catalase - CAT) e os níveis de peroxidação lipídica no meio MIV. O choque térmico não afetou a atividade das enzimas GPX, SOD e CAT em oócitos ou células do cumulus e a taxa de peroxidação lipídica no meio MIV. Em oocitos submetidos ao choque térmico as doses de 12,5 (P=0,09) e 25 nM (P<0,05) astaxantina estimularam a atividade de GPX quando comparado aos oócitos do grupo controle veiculo 41°C. Em contraste, a dose de 25 nM de astaxantina reduziu (P<0,05) a atividade de GPX em células do cumulus independente de temperatura. A atividade da enzima SOD foi estimulada (P<0,05) em oocitos do grupo controle maturados com 25 nM de astaxantina em relação a 0 nM de astaxantina. A dose de 12,5 nM de astaxantina estimulou (P<0,05) a atividade de SOD em oocitos do grupo choque térmico em relação a mesma dose no grupo controle. O perfil de atividade da SOD em células do cumulus variou com a dose. Enquanto a dose de 12,5 nM de astaxantina inibiu a SOD,a dose de 25 nM estimulou a atividade de SOD no grupo choque térmico. Houve tendência (P=0,09) da dose de 12,5 nM de astaxantina em aumentar a atividade de CAT em oócitos apenas durante o choque térmico. Foi também observada uma tendência da dose de 12,5 nM de astaxantina em aumentar (P= 0,09) a formação do MDA/TBA no grupo estressado termicamente, quando comparado a mesma dose durante a temperatura controle. Em conclusão, o choque térmico afetou a competência oocitária e a astaxantina reverteu esse efeito resgatando a competência oocitária. É possível que este efeito da astaxantina tenha sido mediado pelo aumento na atividade de enzimas GPX, SOD e CAT em oócitos submetidos ao choque térmico. As vias pelas quais este antioxidante exerce efeito termoprotetor ainda não foram completamente compreendidas.Adverse environmental conditions such as temperature and high humidity, limiting the exploitation of animal genetic maximum potential. In cattle, maternal heat stress compromises the fertility of dairy cows, resulting in economic losses to the dairy industry. It is known that the oocyte and embryo in early preimplantation stage are the main targets of the deleterious effects caused by maternal heat stress, however, the cellular mechanisms triggered by elevated temperature and the role of oxidative stress in this context are poorly understood. Recent studies have indicated that exposure of bovine embryos to heat shock increased the concentration of reactive oxygen species (ROS) and the use of embryonic intracellular antioxidants, such as astaxanthin, reversed these effects. With this, the present study aimed to evaluate the effects of heat shock and antioxidant astaxanthin during in vitro maturation (IVM) of bovine oocytes in (1) concentration of ROS, (2) oocyte competence, (3) the activity of antioxidant enzymes and (4) lipid peroxidation in cumulus - oocyte complexes (COCs) cattle. The first experiment evaluated the effects of different concentrations of astaxanthin (0, 50, 100, 200 or 500 mM) in oocyte competence to 38.5°C (step 1) and the effects of different concentrations of astaxanthin (0, 12.5, 25, 50, 100 or 50 000 nM) in the competence of bovine oocytes subjected to heat shock (step 2) . Doses of 100, 200 and 500 mM of astaxanthin decreased (P < 0.05) than the proportion of cleaved has reached the blastocyst stage embryos. Exposure of bovine oocytes to heat shock reduced (P < 0.05) rates of cleavage and blastocyst. However, the addition of astaxanthin in oocytes subjected to heat shock model rescued the embryonic cleavage (P < 0.05; doses of 12.5, 25, 50, 100, and 50 000 nM astaxanthin) and development to blastocyst ( P < 0.05; doses of 12.5 and 25 nM of astaxanthin) compared to the vehicle control group 41°C. Experiment 2 aimed to standardize the technique of electron paramagnetic resonance (EPR ) in bovine oocytes. To this end, several preliminary studies were conducted to establish the protocol RPE in COCs. However, it was not possible to detect ROS in oocytes conducted in most procedures. When subjected to the control oocytes (38.5°C for 14 hours) and hot water (41°C for 14 hours) treatments were incubated with 100 mM of pro-oxidant menadione and 50 mM PBN in IVM medium and 10 mM PBS 1:1 ROS were detected only in group thermal shock. The experiments 3 and 4 assessed the effects of astaxanthin (0, 12.5 and 25 nM) and temperature (38.5 or 41°C) during the first 14 hours of the IVM in the activities of antioxidant enzymes (superoxide dismutase – SOD, glutathione peroxidase - GPX and catalase - CAT) and lipid peroxidation levels in IVM medium. Heat shock did not affect the activity of GPX, SOD and CAT enzymes in oocytes and cumulus cells and the rate of lipid peroxidation in the IVM medium. In oocytes subjected to thermal shock doses of 12.5 (P = 0.09 ) and 25 nM (P <0.05) astaxanthin stimulated GPX activity when compared to the vehicle control group oocytes 41°C. In contrast, a dose of 25 nM astaxanthin decreased (P <0.05) GPx activity in cumulus cells independent of temperature. The activity of SOD was stimulated (P < 0.05) in the control group oocytes matured with 25 nM astaxanthin compared to 0 nM astaxanthin. The dose of 12.5 nM astaxanthin stimulated (P <0.05) the SOD activity in the group of oocytes thermal shock compared to the same dose in the control group. The profile of SOD activity in cumulus cells varied with dose. While the dose of 12.5 nM astaxanthin inhibited the SOD dose of 25 nM stimulated the activity of SOD in thermal shock group. There was a trend (P = 0.09) in a dose of 12.5 nM astaxanthin increase in CAT activity in oocytes only during thermal shock. We also observed a trend of dose of 12.5 nM astaxanthin to increase (P = 0.09) the formation of MDA/TBA in thermally stressed animals compared with the same dose for the temperature control . In conclusion , the thermal shock affect oocyte competence and astaxanthin reversed this effect rescuing the oocyte competence. It is possible that this effect of astaxanthin was mediated by an increase in the activity of GPX, SOD and CAT enzyme in oocytes subjected to thermal shock. The pathways by which this antioxidant exerts termoprotetor effect have not been fully understood.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Dados abertos - Sucupira - Teses e dissertações (2013 a 2016

The kinetics of embryonic development and its relationships with epigenetic profile.

O momento das primeiras divisões celulares pode predizer o potencial de desenvolvimento de um embrião, incluindo sua capacidade de estabelecer prenhez. Além de diferenças relacionadas ao metabolismo, estresse e sobrevivência, embriões com diferentes velocidades de desenvolvimento apresentam padrões transcricionais distintos, principalmente relacionados ao metabolismo energético e lipídico. Como o padrão transcricional é regulado por fatores epigenéticos este estudo visou caracterizar os mecanismos epigenéticos envolvidos neste fenótipo. Para isto, embriões bovinos foram produzidos in vitro utilizando sêmen sexado (fêmeas) e as 40 horas pós inseminação (hpi) foram classificados como Rápidos (4 ou mais células) ou Lentos (2 ou 3 células), permanecendo em cultivo até o estágio de blastocisto (168 hpi) (Capítulo 1) ou sendo avaliados com 40 hpi, 96 hpi ou 168 hpi (Capítulo 2). No capítulo 1, a análise da metilação global do genoma pelo sistema EmbryoGENE Methylation DNA Array (EDMA) identificou 11.584 regiões diferencialmente metiladas (DMRs) (7.976 regiões hipermetiladas em blastocistos derivados do grupo de clivagem rápida FBL - e 3.608 regiões hipermetiladas em blastocistos derivados de embriões de clivagem lenta - SBL). Os FBL apresentaram mais regiões classificadas como hipermetiladas, distribuídas ao longo do genoma, como nos íntrons, exons, promotores e elementos de repetição, enquanto em SBL, as regiões hipermetiladas estavam mais presentes nas ilhas CpG. As DMRs foram agrupadas em relação aos processos biológicos a que estavam envolvidas, e algumas das vias mais afetadas foram relacionadas à sobrevivência/diferenciação celular e metabolismo energético/lipídico. Os perfis dos transcritos dos genes diferencialmente metilados (DMs) relacionados com estas vias também foram avaliados, e a maior parte revelou mudanças na quantificação relativa. No capítulo 2, foi avaliada ao longo do desenvolvimento a presença de metilações e hidroximetilações do DNA e modificações pós-traducionais de histonas (acetilação e trimetilação da lisina 9 da histona 3 e trimetilação da lisina 27 da histona 3 H3K9ac, H3K9me3 e H3K27me3, respectivamente). A cinética das primeiras clivagens influenciou a maioria das modificações epigenéticas estudadas desde os estágios iniciais até o blastocisto (exceto pela hidroximetilação do DNA e H3K27me3). A análise dos transcritos relacionados a inclusão ou remoção dessas modificações corroborou o padrão de modificações encontrado. É possível concluir que a cinética das primeiras clivagens apresenta relação com modificações epigenéticas nos embriões e que se manterão até o final do desenvolvimento pré-implantacional, resultando em blastocistos de padrão transcricional e metabólico distintos, podendo influenciar na viabilidade embrionária.The timing of the first cell divisions may predict the developmental potential of an embryo, including its ability to establish pregnancy. Besides differences related to metabolism, stress, and survival, embryos with different speeds of development present distinct patterns of gene expression, mainly related to energy and lipid metabolism. As gene expression is regulated by epigenetic factors, and that includes DNA methylation patterns, in this study we compared the global DNA methylation profile of embryos with different kinetics of development in order to identify general pathways and regions that are most influenced by this phenotype. For this, bovine embryos were produced in vitro using sexed semen (females) and the 40 hours post insemination (hpi) were classified as Fast (4 or more cells) or Slow (2 or 3 cells), remaining in culture until the blastocyst stage (168 hpi) (Chapter 1) or evaluated at 40 hpi, 96 hpi or 168 hpi (Chapter 2). In Chapter 1, the analysis of global DNA methylation by EmbryoGENE DNA Methylation Array (EDMA) identified 11,584 differentially methylated regions (DMRs) (7,976 regions hypermethylated in blastocysts derived from the fast cleavage group -FBL- and 3,608 hypermethylated regions in blastocyst derived from the slow cleavage group -SBL). FBL presented more regions classified as hypermethylated, distributed throughout the genome, as in introns, exons, promoters and repeating elements, whereas in SBL, hypermethylated regions were more present in the CpG islands. DMRs were grouped in relation to the biological processes to which they were involved, and some of the most affected pathways were related to cell survival/differentiation and energy/lipid metabolism. Profiles of transcripts of differentially methylated (DMs) genes related to these pathways were also evaluated, and most presented changes in relative quantification. In Chapter 2, the presence of DNA methylations and hydroxymethylations and post-translational histone modifications (histone 3 lysine 9 acetylation and trimethylation and histone 3 lysine 27 trimethylation - H3K9ac, H3K9me3 and H3K27me3, respectively). The kinetics of the first cleavages influenced most of the epigenetic modifications studied from the initial stages to the blastocyst (except DNA hydroxymethylations and H3K27me3). The analysis of the transcripts related to insertion or removal of these modifications corroborated the pattern of modifications. It is possible to conclude that the kinetics of the first cleavages is related with epigenetic modifications in embryos that will be maintained through the pre-implantation development, resulting in blastocysts with different transcriptional and metabolic patterns, which might influence the embryonic viability

Pedagogical robotics: Arduino and electronics in the early years of elementary school

Nesta pesquisa, realizada em período de pandemia por Covid 19, investigamos a proposta de ensino de robótica, por meio da realização de atividades didáticas para os anos iniciais do fundamental, considerando alguns aspectos do ensino por investigação e experimentação. Envolvemos a utilização da placa Arduino combinada com sensores e atuadores para reprodução e criação de protótipos robóticos simples programados por meio de linguagens gráficas de problemas e soluções apontadas pelos alunos. Apresentamos a descrição da metodologia de ensino-aprendizado adotada em nossas aulas com os alunos do quinto ano de uma Escola Municipal de Educação Básica de São Bernardo do Campo - SP. Alguns dos resultados obtidos no que se refere a utilização da robótica com crianças de 10 anos em média foram: a possibilidade de desenvolvimento de aulas de programação de modo síncrono e assíncrono, impostas pela necessidade de distanciamento social, com pequenos grupos de crianças; contribuição da robótica educacional e programação para reflexões e raciocínio lógico; afetividade; autonomia; colaboração; trabalho em equipe; o significado do erro, e como está associado ao processo de ensino-aprendizagem e a curiosidade como potencializadores de aprendizagem. Embora não sendo o foco da pesquisa também elencamos alguns aspectos curriculares vinculados a disciplinas contemplados no projeto.In this research, carried out in a pandemic period by Covid 19, we investigated the proposal of teaching robotics, through the performance of didactic activities for the initial years of elementary school, considering some aspects of teaching by research and experimentation. We involve the use of the Arduino plate combined with sensors and actuators for reproduction and creation of simple robotic prototypes programmed through graphical languages of problems and solutions pointed out by students. We present the description of the teachinglearning methodology adopted in our classes with the fifth year students of a Municipal School of Basic Education of São Bernardo do Campo SP. Some of the results obtained regarding the use of robotics with children aged 10 years on average were: the possibility of developing programming classes synchronously and asynchronously, imposed by the need for social distancing, with small groups of children; contribution of educational robotics and programming to reflections and logical reasoning; Affection; autonomy; collaboration; teamwork; the meaning of error, and how it is associated with the teachinglearning process and curiosity as learning enhancers. Although not the focus of the research we also listed some curricular aspects linked to disciplines contemplated in the ProjectCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES