RESUMO
XIST, in association with the shorter ncRNA RepA, are essential for the initiation of X chromosome inactivation (XCI) in mice. The molecular mechanisms controlling XIST and RepA expression are well characterized in that specie. However, little is known in livestock. We aimed to characterize the DNA methylation status along the 5' portion of XIST and to characterize its transcriptional profile during early development in cattle. Three genomic regions of XIST named here as promoter, RepA and DMR1 had their DNA methylation status characterized in gametes and embryos. Expression profile of XIST was evaluated, including sense and antisense transcription. Oocytes showed higher levels of methylation than spermatozoa that was demethylated. DMR1 was hypermethylated throughout oogenesis. At the 8-16-cell embryo stage DMR1 was completed demethylated. Interestingly, RepA gain methylation during oocyte maturation and was demethylated at the blastocyst stage, later than DMR1. These results suggest that DMR1 and RepA are transient differentially methylated regions in cattle. XIST RNA was detected in matured oocytes and in single cells from the 2-cell to the morula stage, confirming the presence of maternal and embryonic transcripts. Sense and antisense transcripts were detected along the XIST in blastocyst. In silico analysis identified 63 novel transcript candidates at bovine XIST locus from both the plus and minus strands. Taking together these results improve our understanding of the molecular mechanisms involved in XCI initiation in cattle. This information may be useful for the improvement of assisted reproductive technologies in livestock considering that in vitro conditions may impair epigenetic reprogramming.
Assuntos
Biomarcadores/análise , Metilação de DNA , Embrião de Mamíferos/metabolismo , Desenvolvimento Embrionário/genética , Regulação da Expressão Gênica no Desenvolvimento , Oogênese/genética , RNA Longo não Codificante/genética , Animais , Bovinos , Embrião de Mamíferos/citologia , Feminino , Células Germinativas/citologia , Células Germinativas/metabolismo , Técnicas In Vitro , Oócitos/citologia , Oócitos/metabolismo , Regiões Promotoras Genéticas , Análise de Célula ÚnicaRESUMO
The aim of this work was to investigate the methylation and hydroxymethylation status of mesenchymal stem cells (MSC) from amniotic fluid (MSC-AF), adipose tissue (MSC-AT) and fibroblasts (FIB-control) and to verify the effect of trichostatin A (TSA) on gene expression and development of cloned bovine embryos produced using these cells. Characterization of MSC from two animals (BOV1 and BOV2) was performed by flow cytometry, immunophenotyping and analysis of cellular differentiation genes expression. The cells were used in the nuclear transfer in the absence or presence of 50 nM TSA for 20 hr in embryo culture. Expression of HDAC1, HDAC3 and KAT2A genes was measured in embryos by qRT-PCR. Methylation results showed difference between animals, with MSC from BOV2 demonstrating lower methylation rate than BOV1. Meanwhile, MSC-AF were less hydroxymethylated for both animals. MSC-AF from BOV2 produced 44.92 ± 8.88% of blastocysts when embryos were exposed to TSA and similar to embryo rate of MSC-AT also treated with TSA (37.96 ± 15.80%). However, when methylation was lower in FIB compared to MSC, as found in BOV1, the use of TSA was not sufficient to increase embryo production. MSC-AF embryos expressed less HDAC3 when treated with TSA, and expression of KAT2A was higher in embryos produced with all MSC and treated with TSA than embryos produced with FIB. The use of MSC less methylated and more hydroxymethylated in combination with embryo incubation with TSA can induce lower expression of HDAC3 and higher expression of KAT2A in the embryos and consequently improve bovine embryo production.
Assuntos
Histona Acetiltransferases/metabolismo , Inibidores de Histona Desacetilases/farmacologia , Histona Desacetilases/metabolismo , Ácidos Hidroxâmicos/farmacologia , Células-Tronco Mesenquimais/citologia , Acetilação , Animais , Bovinos , Clonagem de Organismos/métodos , Clonagem de Organismos/veterinária , Metilação de DNA , Embrião de Mamíferos/embriologia , Desenvolvimento Embrionário , Epigênese Genética , Feminino , Regulação da Expressão Gênica no Desenvolvimento , Histona Acetiltransferases/genética , Histona Desacetilases/genética , Células-Tronco Mesenquimais/efeitos dos fármacos , Células-Tronco Mesenquimais/metabolismo , Técnicas de Transferência Nuclear/veterináriaRESUMO
DNA methylation reprogramming occurs during mammalian gametogenesis and embryogenesis. Sex-specific DNA methylation patterns at specific CpG islands controlling imprinted genes are acquired during this window of development. Characterization of the DNA methylation dynamics of imprinted genes acquired by oocytes during folliculogenesis is essential for understanding the physiological and genetic aspects of female gametogenesis and to determine the parameters for oocyte competence. This knowledge can be used to improve in vitro embryo production (IVP), specifically because oocyte competence is one of the most important aspects determining the success of IVP. Imprinted genes, such as IGF2, play important roles in embryo development, placentation and fetal growth. The aim of this study was to characterize the DNA methylation profile of the CpG island located in IGF2 exon 10 in oocytes during bovine folliculogenesis. The methylation percentages in oocytes from primordial follicles, final secondary follicles, small antral follicles, large antral follicles, MII oocytes and spermatozoa were 73.74 ± 2.88%, 58.70 ± 7.46%, 56.00 ± 5.58%, 65.77 ± 5.10%, 56.35 ± 7.45% and 96.04 ± 0.78%, respectively. Oocytes from primordial follicles showed fewer hypomethylated alleles (15.5%) than MII oocytes (34.6%) (p = 0.039); spermatozoa showed only hypermethylated alleles. Moreover, MII oocytes were less methylated than spermatozoa (p<0.001). Our results showed that the methylation pattern of this region behaves differently between mature oocytes and spermatozoa. However, while this region has a classical imprinted pattern in spermatozoa that is fully methylated, it was variable in mature oocytes, showing hypermethylated and hypomethylated alleles. Furthermore, our results suggest that this CpG island may have received precocious reprogramming, considering that the hypermethylated pattern was already found in growing oocytes from primordial follicles. These results may contribute to our understanding of the reprogramming of imprinted genes during bovine oogenesis.
Assuntos
Bovinos/genética , Metilação de DNA , Impressão Genômica , Fator de Crescimento Insulin-Like II/genética , Oócitos/metabolismo , Folículo Ovariano/crescimento & desenvolvimento , Alelos , Animais , Ilhas de CpG , Feminino , Regulação da Expressão Gênica no Desenvolvimento , Masculino , Folículo Ovariano/metabolismoRESUMO
Modificações epigenéticas são eventos que controlam a expressão diferencial de genes, sendo a metilação do DNA um dos mais conhecidos, importante para a reprogramação epigenética durante a gametogênese. Entender como isso ocorre na ovogênese é importante para criar parâmetros para a competência ovocitária com o intuito de melhorar a produção in vitro de embriões. Nesse trabalho objetivou-se avaliar o padrão de metilação em ovócitos de duas categorias de folículos antrais: entre 1 e 3 mm e maiores que 6 mm. Para isso foram escolhidas duas ilhas CpGs, uma no éxon 1 do gene XIST que está relacionado com a inativação do cromossomo X em fêmeas, e outra no último éxon do gene IGF2 envolvido no desenvolvimento embrionário e placentação. Os ovócitos foram obtidos a partir de ovários de vacas Nelore provenientes de abatedouros usando o tissue chopper e sucessivas pipetagens para o isolamento dos ovócitos. A classificação dos ovócitos foi realizada de acordo com o seu diâmetro. O DNA extraído dos ovócitos foi tratado com bissulfito de sódio e os genes de interesse foram amplificados através de PCR nested. Os produtos purificados de gel de agarose 2% foram utilizados clonagem em células DH5α. Os clones foram sequenciados usando a metodologia dideoxi e analisados no programa BiQ Analyzer utilizando sequências controle do GenBank. Apenas sequências com mais de 90% de identidade e de conversão pelo bissulfito de sódio foram consideradas para análises. Os resultados mostraram que os ovócitos de folículos entre 1 e 3 mm e maiores que 6 mm possuem padrão de metilação iguais, tanto para o gene XIST (89,5% e 92,7%, respectivamente) quanto para o gene IGF2 (73,4% e 61,5%, respectivamente). Esses dados sugerem que, pelo menos para as regiões estudadas, o padrão de metilação já está estabelecido a partir da fase antral do folículo ovariano em ovócitos imaturos.(AU)
Assuntos
Animais , Metilação , Oócitos/citologia , Cromossomos/genética , Bovinos/classificaçãoRESUMO
Modificações epigenéticas são eventos que controlam a expressão diferencial de genes, sendo a metilação do DNA um dos mais conhecidos, importante para a reprogramação epigenética durante a gametogênese. Entender como isso ocorre na ovogênese é importante para criar parâmetros para a competência ovocitária com o intuito de melhorar a produção in vitro de embriões. Nesse trabalho objetivou-se avaliar o padrão de metilação em ovócitos de duas categorias de folículos antrais: entre 1 e 3 mm e maiores que 6 mm. Para isso foram escolhidas duas ilhas CpGs, uma no éxon 1 do gene XIST que está relacionado com a inativação do cromossomo X em fêmeas, e outra no último éxon do gene IGF2 envolvido no desenvolvimento embrionário e placentação. Os ovócitos foram obtidos a partir de ovários de vacas Nelore provenientes de abatedouros usando o tissue chopper e sucessivas pipetagens para o isolamento dos ovócitos. A classificação dos ovócitos foi realizada de acordo com o seu diâmetro. O DNA extraído dos ovócitos foi tratado com bissulfito de sódio e os genes de interesse foram amplificados através de PCR nested. Os produtos purificados de gel de agarose 2% foram utilizados clonagem em células DH5α. Os clones foram sequenciados usando a metodologia dideoxi e analisados no programa BiQ Analyzer utilizando sequências controle do GenBank. Apenas sequências com mais de 90% de identidade e de conversão pelo bissulfito de sódio foram consideradas para análises. Os resultados mostraram que os ovócitos de folículos entre 1 e 3 mm e maiores que 6 mm possuem padrão de metilação iguais, tanto para o gene XIST (89,5% e 92,7%, respectivamente) quanto para o gene IGF2 (73,4% e 61,5%, respectivamente). Esses dados sugerem que, pelo menos para as regiões estudadas, o padrão de metilação já está estabelecido a partir da fase antral do folículo ovariano em ovócitos imaturos.