Embryo-maternal interactions leading to embryonic development and survival in the bovine : role of progesterone and prostaglandins

Abstract

The objectives of this thesis were to evaluate steroidogenic and prostanoid embryo-maternal interactions leading to embryonic development and survival in cattle, and to evaluate therapeutic strategies at embryo transfer (ET) designed to enhance embryo survival. In vitro experiments (three experimental chapters) - bovine early (Day 7) embryos i) had transcription of genes coding for enzymes progesterone (P4) and of prostaglandins (PGs) synthesis pathways (StAR, P450scc,3β-HSD, PTGS2, PGFS, PGES); ii) produced these mediators (P4, PGF2α, PGE2) into culture medium; iii) had a significant increase in transcription levels of the above genes (except StAR) associated to first embryonic cellular differentiation; iv) derived from pre-pubertal oocyte donors had transcription levels of the above genes similar to those of embryos derived from post-pubertal cyclic heifers (except for 3β-HSD, which tended to be higher in embryos from cyclic heifers). Additionally, v) in a developed luteal cells (LC) co-culture model, LC induced an embryotrophic effect, significantly increasing blastocyst yield and quality; however, this embryotrophic effect was not associated with an increase in embryonic gene transcription or production of P4, PGF2α, PGE2; vi) Embryos co-cultured with LC did not exert a luteotrophic effect upon the cells; and vii) oil overlaying of culture wells exerted an embryotrophic effect, but absorbed P4 from culture medium. In vivo experiments (two experimental chapters) - novel in-vivo models considering poor developmental competence embryos (demi-embryos) and either sub-normal fertility recipients (lactating high-yielding dairy cow) or high fertility recipients (virgin dairy heifers) were used to evaluate the effect of hCG and carprofen treatment at embryo transfer on embryo survival and on plasma P4 and PSPB concentrations of recipients. Conclusions were that: i) treatment with hCG induced formation of secondary CL, increased plasma P4 concentrations, survival rate of demi-embryos and pregnancy rate of recipients (only in cows). Embryos were rescued beyond maternal recognition of pregnancy (MPR), but later embryonic survival, growth until implantation and placental PSPB secretion until Day 63 of pregnancy (only tested in cows) were not affected; ii) embryonic survival following MRP is not under direct dependency of maternal P4 concentrations; iii) treatment with carprofen had no significant effect on plasma P4 concentrations and embryonic survival, but decreased the luteotrophic effect of hCG.

RESUMO - Interações embrio-maternas relevantes para o desenvolvimento e sobrevivência embrionários em bovinos – papel da progesterona e das prostaglandinas - Os objetivos desta tese foram: avaliar interações embrio-maternas esteroidogénicas e prostanoides no desenvolvimento e sobrevivência embrionárias; testar estratégias terapêuticas na transferência embrionária (TE) com vista ao aumento da sobrevivência embrionária. Experiências in vitro (três capítulos experimentais) – embriões bovinos (Dia 7): i) revelaram transcrição de genes codificantes das enzimas das vias sintéticas da progesterona (P4) e PGs (PTGS2, PGFS, PGES, StAR, P450scc,3β-HSD); ii) produziram estes mediadores (P4, PGF2α, PGE2) para o meio de cultura; iii) apresentaram um aumento significativo dos níveis de transcrição destes genes (à exceção da StAR) associado à primeira diferenciação celular embrionária; iv) derivados de dadoras de oócitos pré-púberes revelaram níveis de transcrição dos genes mencionados similares aos de embriões de dadoras cíclicas (à exceção dos níveis de transcrição para a 3β-HSD, tendencialmente mais elevados em embriões provenientes de fêmeas cíclicas). Adicionalmente, v) num modelo de co-cultura de células lúteas desenvolvido, estas exerceram um efeito embriotrófico, aumentando significativamente a taxa de desenvolvimento e qualidade embrionárias; porém, este efeito não foi associado a aumento na transcrição génica ou produção de P4, PGF2α, PGE2; vi) Embriões em co-cultura com células lúteas não exerceram um efeito luteotrófico nas células; e vii) o uso de óleo mineral na cobertura dos poços de cultura exerceu um efeito embriotrófico, mas absorveu P4 do meio. Experiências in vivo (dois capítulos experimentais) – novos modelos in vivo - embriões de baixa competência de desenvolvimento (hemi-embriões) e recetoras sub-férteis (vacas leiteiras de alta produção) ou com fertilidade alta (novilhas leiteiras virgens) - foram usados na avaliação do efeito na sobrevivência embrionária e nas concentrações plasmáticas de P4 e PSPB das recetoras, de tratamentos, na TE, com hCG ou carprofen. Concluiu-se que: i) o tratamento com hCG induziu a formação de CLs secundários, aumentou as concentrações plasmáticas de P4, a taxa de sobrevivência dos hemi-embriões e as taxas de gestação das recetoras (em vacas). Os embriões foram resgatados para além do reconhecimento materno da gestação (RMG), mas a sobrevivência embrionária posterior, o crescimento até à implantação e a secreção placentária de PSPB até ao Dia 63 de gestação (testados em vacas) não foram afetados; ii) a sobrevivência embrionária após o RMG não está diretamente dependente das concentrações de P4 maternas; iii) o tratamento com o carprofeno não afetou significativamente as concentrações de P4 ou a sobrevivência embrionária, mas diminuiu o efeito luteotrófico da hCG.