Use of melatonin as an inhibitor of apoptotic process for cryopreservation of zebrafish (Danio rerio) embryos / Uso da melatonina como inibidor do processo apoptotico para a criopreservação de embriões de zebrafish (Danio rerio)

This study investigated the use of melatonin to arrest the effects of apoptosis in vitrified zebrafish (D. rerio) embryos. Dechorionated embryos at 22-24 somite-stage were divided (n = 60/treatment) into a non-vitrified (Control Group, 0 M melatonin) and vitrified treatments with 0 M (T1), 1 µM (T2) and 1 mM of melatonin (T3). For vitrified treatments, a solution methanol/propylene glycol based was used and the embryos stored in -196 °C for a week. After thaw, survival rate, scanning electron microscopy, expression of anti (bcl-2) and pro-apoptotic (bax/caspase-3) genes, reactive oxygen species (ROS) formation and DNA fragmentation analyses were performed. No live embryos were obtained from vitrified treatments, observing a rapid degeneration immediately after thawing, with the vitelline layer rupture and leakage of its content, followed by breakdown of epithelial cells and melanisation of the tissue. Regarding the apoptotic process, T3 had the highest relative gene expression, for the three genes (P 0.05). The inclusion of 1 µM of melatonin in the vitrifying solution, countered the effects of apoptotic process in post-thaw embryos, suggesting its utility in cryopreserving fish embryos.

Este estudo investigou o uso da melatonina para conter os efeitos da apoptose em embriões vitrificados de zebrafish (D. rerio). Embriões descorionados no estágio de 22-24 somitos foram divididos (n = 60 / tratamento) em tratamento não vitrificado (Grupo Controle, melatonina 0 M) e tratamentos vitrificados com 0 M (T1), 1 µM (T2) e 1 mM de melatonina (T3). Para os tratamentos vitrificados, utilizou-se uma solução à base de metanol/propilenoglicol e os embriões foram armazenados em -196 °C por uma semana. Após o descongelamento, foram realizadas análises de taxa de sobrevivência, microscopia eletrônica de varredura, expressão dos genes anti (bcl-2) e pró-apoptóticos (bax/caspase-3), formação de espécies reativas de oxigênio (EROS) e análises de fragmentação de DNA. Não foram obtidos embriões vivos a partir dos tratamentos vitrificados, observando uma rápida degeneração imediatamente após o descongelamento, com ruptura da camada vitelina e vazamento de seu conteúdo, seguida de quebra das células epiteliais e melanização do tecido. Em relação ao processo apoptótico. T3 apresentou expressão gênica relativa alta para os três genes (P 0,05). A inclusão de 1 µM de melatonina na solução de vitrificação, contrariou os efeitos do processo apoptótico em embriões pós-descongelamento, sugerindo sua utilidade na criopreservação de embriões de peixes.

Use of melatonin as an inhibitor of apoptotic process for cryopreservation of zebrafish (Danio rerio) embryos / Uso da melatonina como inibidor do processo apoptotico para a criopreservação de embriões de zebrafish (Danio rerio)

This study investigated the use of melatonin to arrest the effects of apoptosis in vitrified zebrafish (D. rerio) embryos. Dechorionated embryos at 22-24 somite-stage were divided (n = 60/treatment) into a non-vitrified (Control Group, 0 M melatonin) and vitrified treatments with 0 M (T1), 1 µM (T2) and 1 mM of melatonin (T3). For vitrified treatments, a solution methanol/propylene glycol based was used and the embryos stored in -196 °C for a week. After thaw, survival rate, scanning electron microscopy, expression of anti (bcl-2) and pro-apoptotic (bax/caspase-3) genes, reactive oxygen species (ROS) formation and DNA fragmentation analyses were performed. No live embryos were obtained from vitrified treatments, observing a rapid degeneration immediately after thawing, with the vitelline layer rupture and leakage of its content, followed by breakdown of epithelial cells and melanisation of the tissue. Regarding the apoptotic process, T3 had the highest relative gene expression, for the three genes (P < 0.05) furthermore, T2 had similar expression of pro-apoptotic genes to CG (P < 0.05). ROS formation revealed that CG presented lower percentage of embryo surface area affected (3.80 ± 0.40%) (P < 0.05), in contrast, no differences were found among the other groups. T1 was most significantly (P < 0.05) damaged by DNA fragmentation. The vitrified groups with melatonin had similar damage levels of CG (P > 0.05). The inclusion of 1 µM of melatonin in the vitrifying solution, countered the effects of apoptotic process in post-thaw embryos, suggesting its utility in cryopreserving fish embryos.(AU)

Este estudo investigou o uso da melatonina para conter os efeitos da apoptose em embriões vitrificados de zebrafish (D. rerio). Embriões descorionados no estágio de 22-24 somitos foram divididos (n = 60 / tratamento) em tratamento não vitrificado (Grupo Controle, melatonina 0 M) e tratamentos vitrificados com 0 M (T1), 1 µM (T2) e 1 mM de melatonina (T3). Para os tratamentos vitrificados, utilizou-se uma solução à base de metanol/propilenoglicol e os embriões foram armazenados em -196 °C por uma semana. Após o descongelamento, foram realizadas análises de taxa de sobrevivência, microscopia eletrônica de varredura, expressão dos genes anti (bcl-2) e pró-apoptóticos (bax/caspase-3), formação de espécies reativas de oxigênio (EROS) e análises de fragmentação de DNA. Não foram obtidos embriões vivos a partir dos tratamentos vitrificados, observando uma rápida degeneração imediatamente após o descongelamento, com ruptura da camada vitelina e vazamento de seu conteúdo, seguida de quebra das células epiteliais e melanização do tecido. Em relação ao processo apoptótico. T3 apresentou expressão gênica relativa alta para os três genes (P <0,05), além disso, T2 apresentou expressão semelhante as dos genes pró-apoptóticos de GC (P <0,05). A formação de EROS revelou que GC apresentou menor percentual de área de superfície embrionária afetada (3,80 ± 0,40%) (P <0,05), ao contrário, não foram encontradas diferenças entre os outros grupos. T1 foi mais significativamente (P <0,05) danificado pela fragmentação do DNA. Os grupos vitrificados com melatonina apresentaram níveis de dano semelhantes ao do GC (P> 0,05). A inclusão de 1 µM de melatonina na solução de vitrificação, contrariou os efeitos do processo apoptótico em embriões pós-descongelamento, sugerindo sua utilidade na criopreservação de embriões de peixes.(AU)

BPA toxicity during development of zebrafish embryo / Toxicidade do BPA durante o desenvolvimento de embriões de Zebrafish

Bisphenol A (BPA) is a monomer used in the production of polycarbonate, a polymer commonly found in plastics, epoxy resins and thermal papers. The presence of BPA in food, water, air and dust has been of great concern in recent years not only due to environmental and ecological issues but also because of its supposed risk to public health related to its mutagenic and carcinogenic potential. In this study we evaluated the toxicity of bisphenol A in zebrafish embryos (Danio rerio) and determined the 50% lethal concentration (LC50) of this chemical. BPA was used at concentrations ranging from 1 µM to 100 µM in E3 medium/0.5% dimethylsulfoxide (DMSO) from previously prepared stock solutions in 100% DMSO. Controls included embryos exposed only to E3 medium or supplemented with 0.5% DMSO. Camptothecin (CPT), a known inhibitor of cell proliferation was used as positive control at a concentration of 0.001 µM in E3 medium/0.5% DMSO. Adults zebrafish were placed for breeding a day before the experimental set up, then, viable embryos were collected and selected for use. Experiments were carried out in triplicates, according to specifications from Organization for Economic Cooperation and Development (OECD). One embryo/well (25 embryos per concentration) was distributed in 96 well microplates in presence or absence of the chemicals. The plates were kept in BOD incubators with a controlled temperature of 28.5 ºC and with photoperiod of 14 h light:10 h dark. After 24h, 48h, 72h and 96h exposure, the exposed embryos were evaluated according to the following parameters: mortality, coagulation, rate of heartbeat, hatching and presence of morphological abnormalities. Photography was obtained by photomicroscopy. Apoptosis was evaluated by DNA ladder assay. DNA was extracted by phenol:chloroform method and analyzed by 2% agarose gel electrophoresis. DNA fragments were visualized after ethidium bromide staining in ultraviolet transilluminator. The LC50 determined for BPA was 70 µM after 24 hours, 72 µM after 48 hours, 47 µM after 72 hours and 31 µM after 96 hours exposure. BPA induced morphological and physiological alterations such as yolk sac and pericardial edema, hatching delay or inhibition, spine deformation, decreasing in heartbeat rate and mortality. In conclusion, this study demonstrated that BPA induced marked malformations in zebrafish embryos at concentrations above 25 µM corroborating the current concerns related to the widespread presence of BPA in the air, food and water used by humans as well as in the bodily fluids and tissues.

Bisfenol A (BPA) é um monômero utilizado na produção de policarbonato, um polímero comumente encontrado em plásticos, resinas epóxi e papéis térmicos. A presença de BPA em alimentos, água, ar e poeira tem sido motivo de grande preocupação nos últimos anos, não só devido a questões ambientais e ecológicas, mas também ao suposto risco para a saúde pública relacionado ao seu potencial mutagênico e carcinogênico. Neste estudo avaliamos a toxicidade do bisfenol A em embriões de peixe-zebra (Danio rerio) e determinamos a concentração letal 50% (LC50) deste composto químico. O BPA foi usado na faixa de concentração entre 1 µM e 100µM em meio E3/0,5% de dimetilsulfóxido (DMSO), preparado a partir de soluções estoques em 100% DMSO. Os controles negativos incluíram embriões expostos apenas ao meio E3 ou suplementado com 0,5% DMSO. Camptotecina (CPT), um conhecido inibidor da proliferação celular, foi usado como controle positivo a uma concentração de 0,001 µM em meio E3/0,5% DMSO. Peixes-zebra adultos foram colocados para reprodução um dia antes da montagem experimental, em seguida, embriões viáveis foram coletados e selecionados para uso. Os experimentos foram realizados em triplicata, de acordo com as especificações da Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE). Um embrião/ poço (25 embriões por concentração) foi distribuído em microplacas de 96 poços na presença ou ausência dos compostos químicos. As placas foram mantidas em incubadoras BOD com temperatura controlada de 28,5 ºC e com fotoperíodo de 14h claro:10h escuro. Após 24h, 48h, 72h e 96h, os embriões expostos foram avaliados de acordo com os seguintes parâmetros: mortalidade, presença de coagulação, taxa do batimento cardíaco, eclosão e presença de anormalidades morfológicas. Fotografias foram obtidas por fotomicroscopia. A apoptose foi avaliada pelo ensaio de DNA ladder. O DNA foi extraído pelo método fenol:clorofórmio e analisado por eletroforese em gel de agarose a 2%. Fragmentos de DNA foram visualizadas após coloração com brometo de etídio em um transiluminador ultravioleta. A LC50 determinada para o BPA foi 70 µM após 24 horas, 72 µM após 48 horas, 47 µM após 72 horas e 31 µM após exposição por 96 horas. O BPA induziu alterações morfológicas e fisiológicas como edema de saco vitelino e edema pericárdico, atraso no tempo ou inibição da eclosão, deformação da coluna vertebral, diminuição da taxa de batimentos cardíacos e mortalidade. Em conclusão, este estudo demonstrou que o BPA induziu grande número de malformações em embriões de peixe-zebra em concentrações acima de 25 µM, corroborando as preocupações atuais relacionadas a presença generalizada do BPA no ar, alimento e água usados pelos seres humanos bem como nos fluidos e tecidos corporais.

Efeitos tóxicos dos sedimentos do estuário do rio Capibaribe em embriões de zebrafish (Danio rerio) / Toxic effects of sediments of the Capibaribe estuary on zebrafish embryos (Danio rerio)

O presente estudo utilizou embriões de Danio rerio expostos aos elutriatos dos sedimentos estuarinos do rio Capibaribe, dos períodos chuvoso e seco, e analisou os efeitos letais, teratogênicos, bem como a frequência cardíaca. Os testes de toxicidade com os embriões seguiram as diretrizes da OECD 236. Mediante os resultados obtidos, a frequência cardíaca e a teratogenicidade foram os efeitos mais observados nos animais quando submetidos às amostras. Entre os efeitos teratogênicos, o retardo geral no desenvolvimento dos embriões foi o mais frequente durante as análises. Tais efeitos tóxicos se modificaram entre os pontos e entre os períodos de coleta. Essa variação de toxicidade pode estar relacionada à diversidade de atividades realizadas no entorno desse estuário, a influência do regime de chuvas, marés e correntes, indicando que a análise dos efeitos subletais e da teratogenicidade em embriões de D. rerio constitui bom parâmetro para avaliações de toxicidade de amostras ambientais.(AU)

The present study used Danio rerio embryos exposed to the elutriates of the estuarine sediments of the Rio Capibaribe, from the rainy and dry periods, where the lethal effects, teratogenic and heart rate were analyzed. Embryotoxicity tests followed the guidelines of OECD 236. Based on the results obtained, heart rate and teratogenicity demonstrated higher sensitivity to the samples. Among the teratogenic effects, the general delay in embryo development was the most frequent effect during the analyzes. These toxic effects changed between the points and between the collection periods. This variation of toxicity may be related to the diversity of activities carried out around this estuary, the influence of rainfall, tides, and currents, indicating the analysis of sublethal effects and teratogenicity in the D. rerio embryos are useful parameters for toxic evaluation of environmental samples.(AU)

Efeitos tóxicos dos sedimentos do estuário do rio Capibaribe em embriões de zebrafish (Danio rerio) / Toxic effects of sediments of the Capibaribe estuary on zebrafish embryos (Danio rerio)

O presente estudo utilizou embriões de Danio rerio expostos aos elutriatos dos sedimentos estuarinos do rio Capibaribe, dos períodos chuvoso e seco, e analisou os efeitos letais, teratogênicos, bem como a frequência cardíaca. Os testes de toxicidade com os embriões seguiram as diretrizes da OECD 236. Mediante os resultados obtidos, a frequência cardíaca e a teratogenicidade foram os efeitos mais observados nos animais quando submetidos às amostras. Entre os efeitos teratogênicos, o retardo geral no desenvolvimento dos embriões foi o mais frequente durante as análises. Tais efeitos tóxicos se modificaram entre os pontos e entre os períodos de coleta. Essa variação de toxicidade pode estar relacionada à diversidade de atividades realizadas no entorno desse estuário, a influência do regime de chuvas, marés e correntes, indicando que a análise dos efeitos subletais e da teratogenicidade em embriões de D. rerio constitui bom parâmetro para avaliações de toxicidade de amostras ambientais.(AU)

The present study used Danio rerio embryos exposed to the elutriates of the estuarine sediments of the Rio Capibaribe, from the rainy and dry periods, where the lethal effects, teratogenic and heart rate were analyzed. Embryotoxicity tests followed the guidelines of OECD 236. Based on the results obtained, heart rate and teratogenicity demonstrated higher sensitivity to the samples. Among the teratogenic effects, the general delay in embryo development was the most frequent effect during the analyzes. These toxic effects changed between the points and between the collection periods. This variation of toxicity may be related to the diversity of activities carried out around this estuary, the influence of rainfall, tides, and currents, indicating the analysis of sublethal effects and teratogenicity in the D. rerio embryos are useful parameters for toxic evaluation of environmental samples.(AU)

Endocrine and paracrine regulation of zebrafish spermatogenesis: the Sertoli cell perspective

Spermatogonial stem cells (SSCs) either self-renew or differentiate into spermatogonia that further develop into spermatozoa. Self-renewal occurs when residing in a specific micro-environment (niche) While displacement from the niche would tip the signalling balance towards differentiation. Considering the cystic type of spermatogenesis in fish, the SSC candidates are single type A undifferentiated (Aund) spermatogonia, enveloped by mostly one niche-forming Sertoli cell. When going through a self-renewal cell cycle, the resulting new single type Aund spermatogonium would have to recruit another Sertoli cell to expand the niche space, while a differentiating germ cell cyle would result in a pair of spermatogonia that remain in contact with their cyst-forming Sertoli cells. In zebrafish, thyroid hormone stimulates the proliferation of Sertoli cells and of type Aund spermatogonia, involving Igf3, a new member of the Igf family. In cystic spermatogenesis, type A und spermatogonia usually do not leave the niche, so that supposedly the signalling in the niche changes when switching from self-renewal to differentiation. Recombinant zebrafish (rz) Fsh down-regulated Sertoli cell anti-müllerian hormone (amh) mRNA levels, and rzAmh inhibited differentiation of type A und spermatogonia as well as Fsh-stimulated steroidogenesis. Thus, for Fsh to efficiently stimulate testis functions, Amh bioactivity should be dampened. We also discovered that Fsh increased Sertoli cell Igf3 gene and protein expression; rzIgf3 stimulated spermatogonial proliferation and Fsh-stimulated spermatogenesis was significantly impaired by inhibiting Igf receptor signaling. We propose that in zebrafish, Fsh is the major regulator of testis functions and, supported by other endocrine systems (e.g. thyroid hormone), regulates Leydig cell steroidogenesis as well as Sertoli cell number and growth factor production to promote spermatogenesis.

Endocrine and paracrine regulation of zebrafish spermatogenesis: the Sertoli cell perspective

Spermatogonial stem cells (SSCs) either self-renew or differentiate into spermatogonia that further develop into spermatozoa. Self-renewal occurs when residing in a specific micro-environment (niche) While displacement from the niche would tip the signalling balance towards differentiation. Considering the cystic type of spermatogenesis in fish, the SSC candidates are single type A undifferentiated (Aund) spermatogonia, enveloped by mostly one niche-forming Sertoli cell. When going through a self-renewal cell cycle, the resulting new single type Aund spermatogonium would have to recruit another Sertoli cell to expand the niche space, while a differentiating germ cell cyle would result in a pair of spermatogonia that remain in contact with their cyst-forming Sertoli cells. In zebrafish, thyroid hormone stimulates the proliferation of Sertoli cells and of type Aund spermatogonia, involving Igf3, a new member of the Igf family. In cystic spermatogenesis, type A und spermatogonia usually do not leave the niche, so that supposedly the signalling in the niche changes when switching from self-renewal to differentiation. Recombinant zebrafish (rz) Fsh down-regulated Sertoli cell anti-müllerian hormone (amh) mRNA levels, and rzAmh inhibited differentiation of type A und spermatogonia as well as Fsh-stimulated steroidogenesis. Thus, for Fsh to efficiently stimulate testis functions, Amh bioactivity should be dampened. We also discovered that Fsh increased Sertoli cell Igf3 gene and protein expression; rzIgf3 stimulated spermatogonial proliferation and Fsh-stimulated spermatogenesis was significantly impaired by inhibiting Igf receptor signaling. We propose that in zebrafish, Fsh is the major regulator of testis functions and, supported by other endocrine systems (e.g. thyroid hormone), regulates Leydig cell steroidogenesis as well as Sertoli cell number and growth factor production to promote spermatogenesis.(AU)