RESSALVA Atendendo solicitação do(a) autor(a), o texto completo desta dissertação será disponibilizado somente a partir de 19/07/2021. Programa de Pós-graduação em Biologia Geral e Aplicada Instituto de Biociências de Botucatu/ UNESP Rua Professor Doutor Antonio Celso Wagner Zanin, 250 - CEP 18618-689 - Botucatu - SP - Brasil Tel (14) 3880-0781 posgraduacao@ibb.unesp.br Campus de Botucatu Instituto de Biociências PG-BGA UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “Júlio de Mesquita Filho” INSTITUTO DE BIOCIÊNCIAS DE BOTUCATU EFEITOS DA RESTRIÇÃO PROTEICA MATERNA SOBRE O DESENVOLVIMENTO DO DUCTO MESONÉFRICO E DO EPIDÍDIMO NAS FASES INICIAIS EM RATOS WISTAR TALITA DE MELLO SANTOS PROFA DRA RAQUEL FANTIN DOMENICONI PROF DR LUIZ GUSTAVO DE ALMEIDA CHUFFA Tese apresentada ao Instituto de Biociências, Campus de Botucatu, UNESP, para obtenção do título de Doutora no Programa de Pós-Graduação em Biologia Geral e Aplicada, Área de concentração Biologia Celular Estrutural e Funcional. Profa Dra Raquel Fantin Domeniconi BOTUCATU – SP 2019 Campus de Botucatu Instituto de Biociências PG-BGA UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “Júlio de Mesquita Filho” INSTITUTO DE BIOCIÊNCIAS DE BOTUCATU Efeitos da Restrição Proteica Materna sobre o Desenvolvimento do Ducto Mesonéfrico e do Epidídimo nas Fases Inicias em Ratos Wistar TALITA DE MELLO SANTOS Profa Dra Raquel Fantin Domeniconi Prof Dr Luiz Gustavo De Almeida Chuffa BOTUCATU – SP 2019 Palavras-chave: Desenvolvimento epididimário; Fatores de crescimento; Programação fetal; Receptores hormonais; Restrição proteica. Santos, Talita de Mello. Efeitos da restrição proteica materna sobre o desenvolvimento do ducto mesonéfrico e do epidídimo nas fases inicias em ratos Wistar / Talita de Mello Santos. - Botucatu, 2019 Tese (doutorado) - Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho", Instituto de Biociências de Botucatu Orientador: Raquel Fantin Domeniconi Coorientador: Luiz Gustavo de Almeida Chuffa Capes: 20600003 1. Epidídimo. 2. Desenvolvimento fetal. 3. Deficiência de proteína. 4. Receptores hormonais. DIVISÃO TÉCNICA DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAÇÃO - CÂMPUS DE BOTUCATU - UNESP BIBLIOTECÁRIA RESPONSÁVEL: LUCIANA PIZZANI-CRB 8/6772 FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA SEÇÃO TÉC. AQUIS. TRATAMENTO DA INFORM. Pelo amor, pela inspiração, por toda a saudade, dedico este trabalho aos meus avós maternos Iná e Wilson, e paternos Milxe e Laudelino. Agradecimentos Não é fácil lidar com o desconhecido sem ter fé que todo o esforço será recompensado e principalmente sem acreditar em Deus. Por vezes sentimos que aquilo que fazemos não é senão uma gota de água no mar. Mas o mar seria então menor a cada gota que lhe faltasse. Agradeço primeiramente a Deus por ter me concedido a oportunidade de chegar aonde estou e por ter me dado sabedoria para lidar com as dificuldades. Agradeço ao programa de Pós-graduação em Biologia Geral e Aplicada, ao Instituto de Biociências de Botucatu e a UNESP pela estrutura e apoio para a realização deste trabalho, e a CAPES pelo suporte financeiro. Á todos os mestres que fizeram parte da minha formação acadêmica e, em especial, aos professores do departamento de Anatomia do IBB e aos professores da banca pela dedicação e profissionalismo. Com respeito, agradeço a minha orientadora, Professora Raquel Fantin Domeniconi por confiar em meu trabalho, ter me dado à oportunidade de crescer profissionalmente, pela paciência, pelo suporte intelectual e pela sua alegria que contagia os que com ela convivem. Exemplo de mulher e profissional que por muitas vezes com carinho me aconselhou, me apoiou e me espelhou também em minha vida pessoal. Ao meu coorientador Professor Luiz Gustavo de Almeida Chuffa, sou muito grata por ter me acolhido e me dado suporte em todos os momentos que precisei, foi um prazer trabalhar e conviver com um ser tão inteligente, profissional e alto-astral. Como disse Isaac Newton, se eu vi mais longe, foi por estar sobre ombros de gigantes. Aos colegas do departamento de Anatomia, sou grata pelo apoio nos experimentos e auxílio no dia a dia, e também pelos momentos de risada e descontração em nosso laboratório. Anos de convivência que nos tonaram amigos. Em especial, a minha colega de doutorado e amiga Marilia, a qual sem dúvida alguma, foi fundamental em todos esses anos. Ao longo desses quatro anos aprendi a respeitar mais os limites e as diferenças, e seu exemplo foi fundamental para isso. Sofremos e choramos, demos risadas e aproveitamos cada momento, incluindo o friozinho de Montreal e margueritas em Cancún. Obrigada por ser quem és. As minhas amigas Carina e Aninha, as quais participaram diariamente da minha vida profissional e pessoal, gratidão por serem tão importantes e especiais, cada uma em seu modo de ser. Gostaria de agradecer também o Professor Barry Hinton da Universidade da Virginia pela oportunidade profissional dada a mim. Além disso, pela primeira vez tanto tempo longe de casa, em um país diferente, outra língua e cultura, fui acolhida por pessoas tão especiais como o Prof Hinton e sua família. Tenho certeza de que esta experiência me fez crescer muito em minha vida profissional e também como ser humano. Este momento jamais seria o mesmo sem o apoio, o exemplo e incentivo da minha família. Minha mãe Silvia, meu pai Jádi, meu tio Júnior e meu padrasto Edson, que estiveram ao meu lado em todos os momentos me dando amor, suporte emocional, confiança e apoio financeiro. Não tenho palavras para dizer o quanto eu amo vocês e o tamanho da minha gratidão. Espero que possa ser orgulho e retribuir tudo o que fizeram e fazem por mim. Tenho a sorte de viver rodeada de amor, carinho, incentivo e amizade. Aos meus amigos, que estão presentes fisicamente ou virtualmente nos diversos momentos da minha vida, minha gratidão. Minhas amigas de morada Ketlin e Priscila, minha professora de inglês Anita, nossa IC Dhrielly e a tantos encontros, que de alguma forma fizeram parte desses mais de 10 anos em Botucatu, meu carinho. Seria difícil e injusto exemplificar cada um. Sei que cada um sabe o que significa para mim e o quão foram e são importantes para tornar os meus dias mais leves e alegres. Um sorriso pode mudar um dia e por isso sou grata a todos que de alguma forma contribuíram para a realização desde sonho. Muito obrigada! “Quanto mais eu estudo a natureza, mais me maravilho com a obra do Criador.” (Louis Pasteur) SUMÁRIO RESUMO ........................................................................................................................... 11 ABSTRACT ....................................................................................................................... 14 INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 17 Aspectos Gerais da Desnutrição Materna e o Desenvolvimento Fetal ............................... 18 Origem do Desenvolvimento da Saúde e de Doenças e a Restrição Proteica ..................... 19 Restrição Proteica Materna e o Sistema Genital Masculino .............................................. 21 Epidídimo ........................................................................................................................ 23 Morfogênese Epididimária ............................................................................................... 26 CAPÍTULOS ...................................................................................................................... 37 CAPÍTULO I...................................................................................................................... 39 Maternal Low-Protein Diet During Gestation and Lactation Causes Estrogenization and lead to an Impairment an Epididymal Development in the Early Postnatal Development of Male Rat Offspring. ......................................................................................................... 40 Abstract ........................................................................................................................... 40 1. Introduction .................................................................................................................. 41 2. Material And Methods .................................................................................................. 42 3. Results ......................................................................................................................... 46 4. Discussion And Conclusion .......................................................................................... 55 5. References.................................................................................................................... 61 CAPÍTULO II .................................................................................................................... 68 Maternal Protein Restriction Modulates Angiogenesis and AQP9 Expression leading to a Delay in Postnatal Epididymal Development in Rat ............ Erro! Indicador não definido. Abstract .............................................................................. Erro! Indicador não definido. 1. Introduction ..................................................................... Erro! Indicador não definido. 2. Material And Methods ..................................................... Erro! Indicador não definido. 3. Results ............................................................................ Erro! Indicador não definido. 4. Discussion ....................................................................... Erro! Indicador não definido. 5. Conclusion ...................................................................... Erro! Indicador não definido. REFERENCES ................................................................... Erro! Indicador não definido. CAPÍTULO III................................................................................................................... 94 Dieta Materna de Baixa Proteína modula ERK/Src e Wnt9b nas fases iniciais do desenvolvimento epididimário na prole masculina de ratos Wistar. ...................................... 95 CONCLUSÕES ................................................................................................................ 106 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................ 108 11 Resumo Resumo 12 O ambiente desempenha papel crucial durante o desenvolvimento fetal, podendo influenciar 1 diretamente a saúde da prole. Assim, o estado nutricional materno é essencial para a saúde e 2 bem-estar do feto. Há relatos de alterações em parâmetros relacionados à função epididimária, 3 em animais adultos, cujas mães sofreram restrição de proteína durante as fases de gestação e 4 lactação. A origem das alterações funcionais no epidídimo pode estar relacionada à fatores 5 hormonais, bem como na expressão de seus receptores, e por meio da modulação de moléculas 6 de sinalização como FGFs (Fator de crescimento de Fibroblastos), vias da ERK e Wnt, e à 7 funcionalidade da Src, ou seja, proteínas relacionadas aos processos do desenvolvimento 8 epididimário. No entanto, não há informações que esclareçam as causas dessas alterações ou 9 como a restrição proteica atua ao longo do desenvolvimento pré e pós-natal do epididímo. Desta 10 forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar o impacto da restrição proteica materna, no ducto 11 mesonéfrico e no epidídimo nas fases iniciais do desenvolvimento. Assim, ratas Wistar prenhes 12 foram divididas em dois grupos experimentais que receberam uma dieta de normoproteica (NP; 13 17% de proteína; n=19) ou hipoproteica (HP; 6% de proteína; n=19) durante a gestação e a 14 lactação. Cinco ratas prenhes de cada grupo foram eutanasiadas para coleta dos ductos 15 mesonéfricos dos embriões no dia gestacional (DG)17,5 e as demais permaneceram até os dias 16 pós-natais (DPN) 7 ou 14. Os filhotes machos tiveram seus parâmetros biométricos aferidos e, 17 em seguida, foram eutanasiados. Procedeu-se a coleta de sangue para análise dos hormônios 18 sexuais e dos órgãos genitais, os quais foram pesados e armazenados. Durante toda a fase de 19 gestação e lactação parâmetros maternos, como consumo alimentar e peso corpóreo, também 20 foram aferidos. O epidídimo foi processado segundo técnicas histológicas, imuno-21 histoquímicas e de Western blotting para detecção de AR, ERα, ERβ, 5α-red, P450aro, Wnt9b, 22 Src Y416 e Y527, Phospho-p44/42 MAPK (Erk1/2), AQP1 e 9, FGFR1 e 2, VEGF, VEGFR, 23 PCNA. As mães restritas tiveram seus parâmetros alimentares e corpóreos alterados pela dieta, 24 assim como os filhotes machos, os quais nasceram menores e com redução da distância 25 anogenital (DAG) e do peso dos órgãos genitais. Os ductos mesonéfricos do grupo HP tiveram 26 comprimento menor nos tempos de 0h e 24h quando comparado ao grupo NP. No DPN7 houve 27 aumento de estradiol sérico e dos níveis proteicos da ERK1/2, Src-426, ERα, ERβ, P450 e 28 VEGFa e diminuição de AR, 5α-red, FGFR1, FGFR2, Src-527, AQP9 e VGFR2, e redução no 29 diâmetro luminal e tubular na região proximal no grupo HP. No DPN14, houve redução dos 30 níveis proteicos de AR, AQP9 e Wnt9b e aumento de ERα, P450aro e ERK2 nos animais 31 restritos. Neste mesmo grupo, a altura do epitélio foi menor nas regiões do segmento inicial 32 (SI) e corpo, e do diâmetro tubular no corpo. Além disso, o presente estudo foi o primeiro a 33 realizar a imunolocalização da AQP1 no epidídimo de animais de 14 dias, bem como observar 34 diminuição da microdensidade vascular no grupo HP quando comparado ao NP. Concluímos 35 que a restrição proteica materna altera a morfogênese epididimária durante o desenvolvimento 36 pré e pós-natal. Essas alterações estão associadas ao suprimento sanguíneo prejudicado, a falhas 37 nas vias hormonais e a alterações na expressão de proteínas necessárias para a angiogênese, 38 formação e manutenção do microambiente epididimário, bem como em proteínas responsáveis 39 pelo crescimento e diferenciação epididimário. Assim, nossos dados sugerem que essas 40 alterações durante os estágios iniciais do desenvolvimento do epidídimo podem estar 41 relacionadas a alterações na qualidade dos gametas, já observada em animais adultos.42 14 ABSTRACT Abstract 15 The environment plays a crucial role during fetal development and can directly influence the 1 health of the offspring. Thus, maternal nutritional status is essential for fetus' health and well-2 being. There have been reports of alterations in parameters related to epididymal function in 3 adult animals whose mothers suffered protein restriction during the gestation and lactation. The 4 origin of the functional alterations in the epididymis can be related to the hormonal factors, as 5 well as in the expression of its receptors, and on signaling molecules modulation like FGFs 6 (Fibroblast Growth Factor), ERK and Wnt pathways, and functionality of Src, or proteins 7 related to epididymal development. However, there is no information to clarify the causes of 8 these changes or how protein restriction acts throughout pre and postnatal development. The 9 aim of this study was to evaluate the impact of maternal protein restriction on the mesonephric 10 duct and in the early stages of epididymal development. Pregnant female Wistar rats were 11 divided into two groups that received either normoprotein (17%; NP) or low-protein (6%; LP) 12 diet ad libitum during gestation and lactation. Five pregnant rats from each group were 13 euthanized to collect the mesonephric ducts on gestational day (DG) 17.5 and the others rats 14 remained until the postnatal days (PND) 7 or PND14. The male offspring had their biometric 15 parameters verified and were euthanized. Blood was collected for sex hormones analysis and 16 genital organs were weighted and stored. Throughout the gestation and lactation maternal 17 parameters, such as food consumption and body weight, were also measured. The epididymis 18 was processed according to histological, immunohistochemical and Western blotting 19 techniques for AR, ERα, ERβ, 5α-RD, P450aro, Wnt9b, Src Y416 and Y527, Phospho-p44/42 20 MAPK (ERK1/2), AQP1 and 9, FGFR1 and 2, VEGF, VEGFR and PCNA detection. Restricted 21 mothers had their food consumption and body parameters altered by low-protein diet, as did 22 the male offspring, which were born smaller and with anogenital distance (DAG) reduced. The 23 HP mesonephric ducts lengths were shorter at 0h and 24h when compared to the NP group. At 24 PND7 there was an increase in serum estradiol and in the ERK1 / 2, Src-426, ERα, ERβ, P450 25 and VEGFα protein levels and a reduction in the AR, 5α-red, FGFR1, FGFR2, Src-527, AQP9 26 and VGFR2 expression. Besides a reduction in the luminal and tubular diameter in the HP 27 epididymal proximal region. At PND14, there was a reduction of AR, AQP9 and Wnt9b protein 28 levels and an increase of ERα, P450aro and ERK2 expression in the restricted animals. In this 29 same group, the epithelium height was smaller in initial segment (SI) and caput, and in the 30 corpus' tubular diameter. In addition, the present study was the first to perform the AQP1 31 immunolocalization at 14-day-old animals epididymis, as well as, to observe a decrease in 32 vascular microdensity in the HP group when compared to NP. We conclude that maternal 33 protein restriction alters epididymal morphogenesis during pre and postnatal development. 34 These changes are associated with blood supply impairment and changes in hormonal pathways 35 and proteins expression of those that are required for angiogenesis, formation and maintenance 36 of the epididymal microenvironment, as well as proteins responsible for epididymal growth and 37 differentiation. Thus, our data suggest that these changes during the early stages of epididymal 38 development may be related to changes in spermatozoa quality already observed in adult 39 animals. 40 17 INTRODUÇÃO Introdução 18 Aspectos Gerais da Desnutrição Materna e o Desenvolvimento Fetal 1 O desenvolvimento embrionário e fetal dos mamíferos envolve eventos 2 sequenciais altamente controlados e precisos. Esses eventos são amplamente regulados 3 por meio de diferentes mecanismos e sinalizações moleculares do próprio embrião e, 4 também podem estar relacionados com as interações do embrião com o ambiente materno. 5 Assim, o ambiente materno precisa se adequar à gestação e este processo é determinado 6 pela fisiologia materna e pelo genótipo materno e fetal (Grissom e Bowman, 2014). 7 As interações entre fatores intrínsecos materno-fetal, como genética e epigenética 8 e fatores maternos extrínsecos, como a exposição a estressores graves, p.e. agentes tóxicos 9 ou infecciosos e a nutrição materna, influenciam os processos de desenvolvimento. 10 Porém, quando esses processos não são orquestrados de maneira correta e/ou eficiente, 11 podem levar a anormalidades ou desvantagens durante o desenvolvimento de uma nova 12 vida (Bateson et al., 2004; Indrio et al., 2017). 13 Está bem descrito na literatura que a má nutrição materna, seja a desnutrição ou 14 supernutrição, é um dos fatores ambientais mais importantes que modifica o ambiente 15 intrauterino (Skinner et al., 2010). A desnutrição é caracterizada pelo desequilíbrio entre 16 o fornecimento de nutrientes e a demanda corporal responsável por assegurar o bom 17 funcionamento do organismo (Antiwi, 2008). 18 Durante o desenvolvimento, o embrião/feto depende totalmente da mãe para que 19 as suas necessidades nutricionais sejam supridas, e caso não haja uma alimentação 20 materna equilibrada em seus nutrientes, como proteínas, por exemplo, o indivíduo em 21 formação pode desenvolver desnutrição precoce (Antiwi, 2008). A desnutrição precoce 22 pode não somente refletir em baixo peso ao nascimento, mas sim, no desenvolvimento 23 anormal do embrião/feto levando a mudanças na expressão de genes e consequentemente, 24 alterando permanentemente a formação do indivíduo. Assim, afetará a morfologia dos 25 tecidos e o funcionamento dos órgãos e sistemas, bem como, poderá comprometer a 26 longevidade do ser humano ou animal (Drake & Walker, 2004; Chmurzynska, 2010; Bale 27 et al., 2010; Qasem et al., 2012). 28 29 30 31 32 33 19 Origem do Desenvolvimento da Saúde e de Doenças e a Restrição Proteica 34 santosA hipótese de “Origem da Saúde e de Doenças durante o Desenvolvimento 35 (DOHaD)”, amplamente aceita nas últimas décadas, é baseada na interação entre a 36 plasticidade do desenvolvimento embrionário, os fatores ambientais maternos e o 37 resultado da saúde e da doença do indivíduo quando jovem ou adulto (Bateson et al., 38 2004; Barker, 2007). 39 Conhecida também como programação fetal, estabelece que: as respostas do 40 organismo em desenvolvimento frente a fatores estressantes ou ambientais não favoráveis, 41 como a desnutrição materna, durante o período intrauterino e/ou perinatal, são 42 “memorizadas” pelo embrião/feto, alterando a formação e funcionamento dos órgãos de 43 maneira irreversível e podendo levar a doenças como câncer na idade adulta (Barker et 44 al., 1989; Langley-Evans e McMullen, 2010, Santos, 2018). 45 Nos anos 80, estudos epidemiológicos na Inglaterra e no País de Gales 46 demonstraram uma associação entre baixo peso ao nascer e doenças cardiovasculares 47 como hipertensão, infarto do miocárdio e acidente vascular cerebral na idade adulta, e 48 assim a hipótese de “origem fetal da doença” proposta por Barker foi apresentada (Barker, 49 1989). A hipótese foi confirmada por estudos epidemiológicos também em outros países, 50 os quais demonstraram que o feto pode ser programado para outras doenças crônicas que 51 não cardiovasculares, como p.e., a diabetes mellitus tipo 2 ou síndrome metabólica. 52 Assim, durante os anos subsequentes, pesquisas intensivas neste campo, tanto 53 epidemiológicas quanto experimentais, ampliaram essa perspectiva (Gluckman e Hanson, 54 2004). 55 Barker e colaboradores (2002) observaram que a má qualidade da nutrição, 56 durante os períodos pré e pós-natal, desempenha um fator chave no desenvolvimento de 57 vários tipos de doenças. Dentre os diversos trabalhos publicados, um estudo recente 58 mostrou que adultos cujas mães eram obesas e/ou tinham diabetes gestacional adquiriram 59 a pré-disposição a doenças metabólicas e cardiovasculares, devido a alterações no 60 epigenoma durante a fase embrionária (Agarwal et al., 2018). 61 A epigenética define uma variedade de processos que levam a mudanças 62 hereditárias na expressão gênica sem alterar o sequenciamento do DNA, e ocorre com 63 frequência durante os estágios iniciais de desenvolvimento (Egger et al., 2004). Como o 64 genoma é evolutivamente e quimicamente estável, os fatores nutricionais, geralmente, não 65 causam alterações genômicas nas sequências de DNA. Mas, causam mudanças 66 20 hereditárias por meio de manipulação independente da sequência de DNA (Skinner et al., 67 2010). Assim, a má nutrição materna, durante a gestação, pode alterar os padrões de 68 modificação epigenética, e consequentemente, o embrião/feto gera um fenótipo adaptado 69 as condições intrauterinas no qual ele foi gerado. Estas alterações podem ser decorrentes 70 da metilação no DNA, acetilação de histonas, imprinting hormonal e/ou alteração de 71 fatores de transcrição e crescimento (Fowden e Forhead, 2009; Lee, 2015). 72 Dependendo das condições do ambiente materno, o embrião/feto pode 73 desenvolver alterações endócrinas e metabólicas momentâneas. Algumas dessas 74 mudanças são adaptativas e podem ter efeito imediato, fazendo parte da estratégia de 75 sobrevivência a uma condição intrauterina adversa pontual. No entanto, outras mudanças, 76 sem benefícios imediatos, podem ser vistas como “respostas adaptativas preditivas”, no 77 qual o organismo em formação tenta se preparar para condições pós-natais que também 78 possam ser desfavoráveis (Maršál et al., 2018). 79 Dentre os modelos conhecidos de programação fetal por nutrição materna, a 80 restrição proteica na dieta oferecida a ratas gestantes e/ou lactantes é um dos modelos 81 mais utilizados (Langley-Evans e McMullen, 2010; Fleming et al., 2017). A literatura 82 reporta que os impactos da restrição proteica materna, durante a gestação e/ou lactação, 83 induz alterações morfofuncionais em diferentes órgãos nos filhotes, evidenciando o efeito 84 generalizado (sistêmico) da má-nutrição materna (Brameld et al., 1998). 85 Diferentes estudos com roedores observaram nos filhotes adultos, cuja as mães 86 foram alimentadas com uma dieta hipoproteica durante a gestação e/ou lactação, diversas 87 alterações como: menor quantidade de células beta e de ilhotas de Langerhans no pâncreas 88 (Dahri et al., 1991), proporção celular alterada entre os tipos celulares do fígado (Burns 89 et al., 1997), alterações no metabolismo lipídico (Sosa-Larios et al., 2017), intolerância à 90 glicose (Szlapinski et al., 2019), redução no número de capilares do cérebro (Bennis-91 Taleb et al., 1999), menor número de neurônios que controlam o apetite no hipotálamo 92 (Plagemann et al., 2001), alteração nos padrões de sono e ansiedade (Crossland et al., 93 2018), alterações na memória a curto prazo (Gould et al., 2018), menor número de néfrons 94 no rim (Habib et al., 2011), redução na produção de colágeno na pele (Yamane et al., 95 2018), disfunção vascular e aumento da pressão arterial sistólica (Brawley et al., 2003) e 96 menor número de ovócitos nas fêmeas (Winship et al., 2018). 97 98 99 21 Restrição Proteica Materna e o Sistema Genital Masculino 100 Apesar do número crescente de estudos mostrando os diversos efeitos da 101 programação fetal gestacional por restrição proteica sobre diferentes órgãos, aspectos 102 reprodutivos, sobretudo os masculinos, são ainda relativamente escassos em comparação 103 àqueles que abordam aspectos da síndrome metabólica ou em outros sistemas. Além do 104 mais, os mecanismos que levam a estas alterações celulares e moleculares também ainda 105 estão longe de ser totalmente conhecidos (Zambrano et al., 2005). 106 Dados da literatura indicam que este modelo experimental provoca alterações na 107 prole masculina de mães subnutridas durante a gestação. Dentre essas alterações 108 destacam-se: redução da distância anogenital (Rinaldi et al., 2013; Santos et al., 2018), 109 alteração na concentração sérica de testosterona, estradiol e di-hidrotestosterona (DHT) 110 (Zambrano et al., 2005; Teixeira et al., 2007; Rinaldi et al., 2013, Santos et al., 2018), 111 atraso no desenvolvimento do epitélio germinativo e na diferenciação das células de 112 Sertoli (Rodriguez-Gonzalez et al., 2012) e atraso na instalação da puberdade em animais 113 adultos (Zambrano et al., 2005; Toledo et al, 2011; Rodriguez-Gonzalez et al., 2014). 114 A maioria dos artigos publicados mostrou alterações significativas na próstata da 115 prole de mães restritas ao consumo de proteína. Os autores observaram diversos efeitos 116 deste modelo de programação fetal, em ratos jovens, adultos e idosos. Dentre os resultados 117 obtidos, os principais foram: atraso na morfogênese (Pinho et al., 2013, Colombelli et al, 118 2017), alterações na microdensidade vascular em ratos jovens (Colombelli et al., 2017), 119 alteração na expressão de receptores hormonais em ratos jovens (Ibrahim et al., 2014), 120 menor quantidade e tamanho dos ácinos na próstata dorsolateral (Ramos et al., 2010) e 121 ventral em ratos adultos (Rinaldi et al., 2013; Colombelli et al., 2017) e carcinogênese 122 prostática em ratos idosos (Santos et al., 2018). Grande parte dos estudos relacionados ao 123 sistema genital masculino utilizam a próstata como órgão alvo, tendo em vista sua 124 suscetibilidade a desenvolver câncer. Apesar disso, outros aspectos reprodutivos devem 125 ser investigados, como, os fatores que estão relacionados ao sucesso reprodutivo. 126 Desde 1992, a infertilidade é considerada caso de saúde pública pela Organização 127 Mundial da Saúde (OMS) (OMS, 1992). Esta doença acomete mundialmente cerca de um 128 em cada seis casais em idade reprodutiva que desejam ter filhos, ou seja, 129 aproximadamente 15% dos casais sofrem de subfertilidade involuntária, sendo o fator 130 masculino responsável por 30-50% dos casos (Boivin et al., 2007; Miyamoto et al., 2017). 131 22 A infertilidade masculina geralmente é causada por condições que afetam a 132 produção e/ou função dos espermatozoides, ou falhas na ejaculação que podem ser 133 decorrentes de doenças inflamatórias pélvicas ou infecções sexualmente transmissíveis 134 (Kamel, 2010; Miyamoto et al., 2017). No entanto, na última década, estudos tem 135 relacionado a infertilidade masculina a defeitos congênitos ocasionados por falhas 136 durante o desenvolvimento embrionário e fetal (Esteves et al., 2011). 137 Estudos epidemiológicos e experimentais relacionados a aspectos reprodutivos 138 em humanos, sobretudo os masculinos, mostraram que o baixo peso ao nascimento pode 139 estar associado a subfertilidade masculina (Faure et al., 2015). Boeri e colaboradores 140 (2016) observaram uma associação entre a infertilidade ou baixa fertilidade com o baixo 141 peso ao nascimento. Os homens analisados apresentaram alterações associadas, 142 principalmente, às funções do epidídimo, como motilidade espermática reduzida, 143 incluindo astenozoospermia (redução ou ausência da mobilidade dos espermatozóides) e 144 maiores taxas de teratozoospermia (alterações na morfologia espermática que podem 145 levar a infertilidade). Outros estudos utilizando animais experimentais, cujas mães foram 146 submetidas à restrição proteica gestacional, além de nascerem com baixo peso, mostraram 147 alterações na organização dos túbulos seminíferos nos testículos (Rodriguez-Gonzalez et 148 al., 2014) e também alterações associadas às funções do epidídimo, semelhantes às 149 encontradas em homens com baixo peso ao nascimento, como: redução da motilidade, 150 viabilidade e concentração espermática, alterações morfológicas e a presença de gota 151 citoplasmática (Toledo et al., 2011). 152 Nos últimos anos, a preocupação com o declínio na saúde reprodutiva vem 153 crescendo, acompanhada por aumento na demanda de tratamentos para a infertilidade. No 154 entanto, mesmo que esses tratamentos permitam que homens inférteis possam procriar, 155 não se exclui a possibilidade de o problema permanecer e afetar a próxima geração (Wu 156 et al. 2010). Entretanto, apesar dos estudos mostrarem efeitos da desnutrição materna, 157 sobretudo da restrição proteica materna, associados a funções epididimárias, não há 158 trabalhos na literatura que mostrem alterações diretas ou mecanismos que possam afetar 159 o desenvolvimento do epidídimo, durante a vida perinatal da prole, e que possam estar 160 ligados a funcionalidade deste órgão na idade adulta. 161 162 163 164 165 23 Epidídimo 166 O epidídimo, órgão par pertencente ao sistema genital masculino, é formado por 167 um ducto único altamente enovelado, cuja função primária é transportar os 168 espermatozoides que chegam dos testículos via dúctulos eferentes, até os ductos 169 deferentes. Durante a passagem pelo epidídimo, os gametas interagem com o epitélio 170 epididimário especializado e fatores luminais. Esta interação promove os processos de 171 maturação, proteção e concentração espermática, por meio de transformações 172 bioquímicas, morfológicas e fisiológicas, e, por fim, ocorre a estocagem dos gametas 173 (Cosentino e Cockett, 1989; Hermo e Robaire, 2002, Gatti et al., 2004). 174 Ao final da sua morfogênese, o ducto epididimário atinge mais de um metro de 175 comprimento no camundongo, três metros no rato e seis metros no humano. Este ducto 176 dobra-se em uma estrutura altamente organizada, a qual é composta por vários segmentos, 177 com morfologias e funções específicas (Joseph et al., 2009). Assim, o processo de 178 maturação do espermatozoide depende de seu trajeto ao longo de todos os segmentos do 179 epidídimo, o qual, provavelmente sem o comprimento apropriado, não ocorreria a 180 maturação dos gametas de forma adequada (Hinton et al., 2011). 181 Anatomicamente, o epidídimo é dividido em cabeça, corpo e cauda, mas devido a 182 importantes diferenças histológicas, bioquímicas e funcionais segmentares, presentes em 183 diferentes mamíferos, foram descritas quatro regiões bem definidas. Assim, o ducto 184 epididimário é compreendido em segmento inicial (SI), cabeça, corpo e cauda (Figura 1) 185 (Robaire e Hermo, 1988; Domeniconi et al., 2016). 186 187 24 Figura 1: Comparação das regiões do epidídimo com os segmentos do epidídimo no rato 188 adulto. Os segmentos 1 a 4 correspondem ao segmento inicial, a zona intermediária (ZI), os 189 segmentos 5 a 11 correspondem à região da cabeça, os segmentos 12, 13 e 14 correspondem à 190 região do corpo, e os segmentos 14 a 19 correspondem à região da cauda. diagrama adaptado de 191 Domeniconi et al. 2016. 192 193 Todos os segmentos do epidídimo são importantes, pois são responsáveis por 194 funções específicas. Por exemplo, as regiões proximais (SI e cabeça) são responsáveis 195 pela a maturação espermática, enquanto a cauda mantém os espermatozoides em estado 196 quiescente e desempenha papel no armazenamento dos gametas. Isto só é possível porque 197 cada compartimento possui perfis distintos de expressão gênica que levam a expressão de 198 moléculas de sinalização, proteínas reguladoras, transportadores e receptores específicos, 199 os quais contribuem para a formação de um microambiente adequado em cada região. 200 Assim, permite que o epitélio de cada segmento possa responder exclusivamente a 201 diferentes estímulos, tais como hormônios e fatores de regulação (Cornwall, 2009; 202 Bedford, 2015). 203 O epidídimo é um órgão tubular epitelial formado por um epitélio 204 pseudoestratificado composto por diferentes tipos celulares: as células principais, basais, 205 claras, estreitas, apicais, halo e dendríticas (Fig. 2). As células principais, estreitas, claras 206 e basais, aderidas com múltiplas junções, delimitam o compartimento intraluminal, 207 formando a barreira hemato-epididimária responsável pela imunoproteção do ambiente 208 intraluminal (Cyr, 2011; Breton et al., 2016). 209 As células principais constituem 80% do epitélio epididimário e são responsáveis 210 pela maior parte das proteínas que são secretadas no lúmen. A contribuição destas células 211 para o estabelecimento de um ambiente luminal ácido é complexa e depende de diferentes 212 mecanismos. Por exemplo: no SI, as células principais reabsorvem o bicarbonato, 213 enquanto que na cauda, dependendo de sinais fisiológicos, elas têm a capacidade de 214 secretar bicarbonato para a manutenção do pH intraluminal. Além disso, as células 215 principais também contribuem para a regulação da secreção de prótons por meio de 216 sinalização parácrina para as células claras (Breton et al., 2019). 217 As células estreitas, presentes exclusivamente no SI, as células claras e as apicais 218 são células epiteliais que apresentam atividade endocítica. Estas células contém a bomba 219 vacuolar de prótons (V-ATPase) responsável pela acidificação intraluminal (Breton et al., 220 1996; Breton & Brown, 2013). 221 javascript:; 25 As células basais se encontram na base do epitélio, ao longo de todo o órgão, e 222 possuem um prolongamento citoplasmático, o qual permite a regulação destas células. 223 Dentre suas funções destacam-se a proteção do meio intraluminal do ducto contra 224 espécies reativas de oxigênio, e também a secreção de prostaglandinas. Além disso, estas 225 células apresentam características de células-tronco adultas, pois têm a capacidade de se 226 diferenciar in vitro e potencialmente regenerar o epitélio epididimário (Shum et al., 2008; 227 Mandon et al., 2015, Whitfield et al., 2016; Sullivan e Belleannee, 2018). E por fim, as 228 células halo, que são as células imunes primárias do epidídimo (Sullivan et al., 2019). 229 Os diferentes tipos celulares desempenham funções separadas e integradas. As 230 interações combinadas representam um processo complexo pelo qual o epitélio 231 epididimário estabelece e modula o ambiente apropriado para a maturação, proteção, 232 seleção e armazenamento dos gametas. Assim, as interações célula-célula podem afetar 233 diretamente o ambiente luminal e, consequentemente, a fertilidade do indivíduo (Breton 234 et al., 2019). 235 O ducto epididimário, como outros órgãos tubulares, é envolvido por múltiplas 236 camadas concêntricas de células peritubulares ou mioides. Estas células são semelhantes 237 às células musculares lisas e tem como função contribuir para a aquisição da motilidade 238 dos espermatozoides ao longo do ducto (Oliveira et al., 2016). 239 240 Figura 2: Diagrama esquemático da organização celular em uma seção representativa do 241 epidídimo de rato. Adaptado de Knobil and Neill's Physiology of Reproduction, 2015. 242 26 Morfogênese Epididimária 243 O epidídimo é um dos órgãos tubulares epiteliais menos estudados na perspectiva 244 da morfogênese. Esclarecer e compreender os processos do desenvolvimento epididimário 245 como alongamento, enovelamento, expansão e diferenciação, vem atraindo o interesse de 246 pesquisadores da área de reprodução (Joseph et al., 2009). A formação da estrutura tubular 247 é seguida por eventos morfogênicos únicos em cada órgão para gerar sua estrutura adulta 248 final. A morfogênese do epidídimo exibe um padrão único, após sua formação, como um 249 tubo simples, sistematicamente ele se alonga e se enrola, formando um tubo altamente 250 enovelado em um pequeno espaço físico (Hinton et al., 2011). 251 Para alcançar a forma, tamanho e comprimento ideal de um órgão tubular e, 252 consequentemente, se tornar funcional é essencial que os complexos processos 253 morfogênicos sejam regulados e que ocorram no tempo certo do desenvolvimento (Xu et 254 al., 2014). A morfogênese do epidídimo não é exceção. Trata-se da transformação de um 255 ducto para um órgão segmentado, altamente enovelado e que deve permanecer com 256 comprimento e forma adequados, de modo que possa ser funcional (Xu et al., 2014). 257 Os estudos que abordam a morfogênese epididimária ainda são escassos. Mas, 258 estudos sobre a formação do rim têm contribuído para a compreensão dos processos 259 envolvidos na organogênese do epidídimo, uma vez que ambos os órgãos tem a mesma 260 origem embrionária (Joseph et al., 2009). 261 Durante a embriogênese, para que ocorra a formação e o desenvolvimento do 262 epidídimo ocorrem três processos importantes, sendo que cada processo é mediado por 263 fatores hormonais e de crescimento. São estes: (1) formação do ducto mesonéfrico, (2) a 264 estabilização do sistema ductal através da interação epitélio-mesênquima e (3) 265 diferenciação pós-natal (Murashima et al., 2015). 266 Durante o desenvolvimento embrionário, o mesoderme se divide em três regiões, o 267 mesoderme paraxial, o mesoderme intermediário e o mesoderme lateral. Os mesonéfros, 268 dos quais derivam os ductos mesonéfricos e Müllerianos, são formados a partir do 269 mesoderme intermediário. Ainda não é bem conhecido(s) o(s) mecanismo(s) pelo(s) 270 qual(is) o ducto mesonéfrico tem início na extremidade rostral do embrião, se alonga e se 271 une à cloaca. No entanto, estudos utilizando o embrião de galinha mostraram que, uma vez 272 que a extremidade rostral do embrião recebe a sinalização de um gradiente de fatores de 273 crescimento de fibroblastos 8 (FGF8) e suas vias de transdução de sinalização, as células 274 migram em direção à cloaca (Atsuta e Takahashi, 2015). Contanto que as células sejam 275 27 mantidas cercadas por altas concentrações de FGFs, elas mantêm um fenótipo 276 mesenquimal semelhante à migração. As células que são mais distais, e, portanto, não são 277 mais influenciadas pelas altas concentrações de FGF8, passam por uma transição 278 mesênquima-epitelial e formam um lúmen. A maneira pela qual as células sofrem 279 especificação no início deste evento não é conhecida. Porém, sabe-se que vários fatores de 280 transcrição também são necessários para a formação e manutenção de ductos mesonéfricos, 281 incluindo Gata3, Lim1, Pax2, Wt-1, Six1, Emx2 e Foxc1/Foxd1 (Murashima et al., 2015b; 282 McMahon, 2016). Mutações de cada um desses genes resultam em vários graus de má 283 formação dos ductos mesonéfricos, por exemplo, camundongos mutantes Gata3 não 284 completam a migração celular para a cloaca (Grote et al., 2006). Além de fatores de 285 transcrição, o ectoderma superficial próximo ao mesonéfro também desempenha um papel 286 durante a formação do ducto mesonéfrico (Obara-Ishihara et al., 1999). 287 À medida que as células mesenquimais migram em direção à cloaca, elas induzem 288 o mesênquima adjacente a formar túbulos epiteliais em forma de S ou J, os quais são 289 chamados de túbulos mesonéfricos. Entretanto, muitos regridem e os poucos que 290 permanecem, aqueles que se encontram mais cranialmente e são opostos aos testículos, 291 formam os ductos eferentes (Sainio et al., 1997). 292 O número e padronização dos ductos eferentes em humanos difere 293 consideravelmente de outras espécies. Em roedores, por exemplo, a região proximal, 294 incluindo o segmento inicial e cabeça, é formada apenas pelo ducto epididimário. Enquanto 295 que no humano, a região de segmento inicial e parte da cabeça do epidídimo são formadas 296 principalmente pelos ductos eferentes, e tem uma contribuição limitada do ducto 297 epididimário. Portanto, é importante levar em consideração essas diferenças ao comparar 298 as funções do epidídimo humano com o de outras espécies (Hinton e Avellar, 2018). 299 Estudar o desenvolvimento do epidídimo durante a fase embrionário em humanos, 300 envolve uma série de fatores que geram dificuldades para tal. Assim, modelos animais, por 301 exemplo, animais geneticamente modificados, são bons modelos experimentais utilizados 302 em substituição ao humano. Esses modelos fornecem informações sobre os mecanismos 303 dos processos que ocorrem durante a morfogênese epididimária, que são provavelmente 304 semelhantes aos mecanismos que ocorrem no humano (Hinton e Avellar, 2018). 305 Em camundongos e ratos, o ducto mesonéfrico permanece reto até o dia 306 embrionário 14,5 e E17,5, respectivamente. Então, na região mais proximal (suposta região 307 de SI) observa-se um enovelamento bidimensional inicial. O enovelamento progride 308 28 gradualmente ao longo do ducto e no E18,5, em camundongos e E20,5 em ratos, inicia-se 309 o enovelamento tridimensional (Fig. 3) (Joseph et al., 2009; Hinton et al., 2011). 310 311 312 Figura 3: Processo de enovelamento do ducto epididimário de camundongos em diferentes 313 estágios. Publicado por Hinton et al., 2011. E= dia gestacional; P= dia pós-natal 314 315 Concomitantemente ao enovelamento, o processo de alongamento do ducto ocorre 316 através de dois eventos principais: proliferação de células epiteliais e rearranjos destas 317 células por meio da intercalação médio-lateral (Xu et al., 2016). O enovelamento e o 318 alongamento ainda continuam durante o período pós-natal, juntamente com a formação dos 319 septos que permitem a divisão do ducto em vários segmentos. Embora existam diversos 320 mediadores dos processos de alongamento e enovelamento, ainda não está claro como os 321 mecanismos modulam o comprimento e a forma do ducto epididimário. No entanto, sabe-322 se que, se estes processos não ocorrerem de maneira adequada, o epidídimo não conseguirá 323 desempenhar sua função e consequentemente, levará o indivíduo à infertilidade (Kumar e 324 Tanwar, 2016). 325 A estabilização e diferenciação do ducto mesonéfrico é dependente de vários 326 fatores, que incluem hormônios sexuais e fatores de crescimento. Os andrógenos 327 produzidos pelos testículos fetais são responsáveis pela estabilização do ducto e, 328 29 posteriormente, essenciais para coordenar diferentes mecanismos durante a morfogênese 329 epididimária (Welsh et al., 2009). 330 Diferentemente de outros órgãos dependentes de andrógenos, tais como próstata e 331 glândula seminal, tem sido sugerido que, para a estabilização do ducto mesonéfrico é 332 necessária a chegada dos andrógenos, não só pela circulação sistêmica, mas também 333 através do fluido seminal proveniente dos testículos (Shima et al., 2013). Assim, em 334 roedores, observou-se que a rede testicular se liga ao ducto eferente no E13,5, e tem início 335 o transporte do fluido testicular (Tong et al., 1996, de Mello Santos e Hinton, 2019). 336 Os andrógenos são hormônios esteroides que exercem seus efeitos através da 337 ativação de seu receptor de andrógeno (AR), membro da superfamília de receptores 338 hormônio-esteroide ativado por ligante. O AR pode ser ativado tanto pela testosterona, 339 como pela di-hidrotestosterona (DHT), potente metabólito resultante da conversão da 340 testosterona pela 5-alfa-redutase (Gloyna e Wilson, 1969; Cohen et al., 1981; Shaw e 341 Renfree, 2014). 342 A testosterona, mas não a DHT, é responsável por orquestrar o desenvolvimento do 343 ducto mesonéfrico. Pacientes com deficiência de 5-alfa-redutase mostraram ter o 344 desenvolvimento epididimário pré-natal normal, e de fato, a DHT não está presente no 345 ducto até o nascimento do indivíduo (Fig. 4). 346 O AR age como um fator de transcrição o qual regula a expressão de genes alvo 347 específicos (sinalização androgênica genômica clássica), desempenhando um papel 348 importante no desenvolvimento do ducto mesonéfrico. Durante o período embrionário, o 349 AR é expresso pelas células mesenquimais, e está ligado aos processos de 350 proliferação/alongamento celular e enovelamento, por meio da modulação de fatores de 351 crescimento, incluindo inibina betaA (Inba), Wnt5a, Fgf8, Dusp6, Hoxa10, entre outros 352 (Murashima et al., 2015). 353 Murashima e colaboradores (2011), avaliando tecidos nocaute específicos para AR, 354 demonstraram que a estabilização do ducto mesonéfrico, o alongamento e a indução do seu 355 enovelamento, não ocorrem na ausência de AR, demonstrando a importância deste receptor 356 no mesênquima. Portanto, a exposição pré-natal a compostos que reduzem a síntese ou a 357 ação da testosterona podem interferir no desenvolvimento epididimário frequentemente 358 resultando na disgênese ou agenesia do órgão. 359 360 30 361 Figura 4: Diagrama esquemático representando eventos chaves da ação dos andrógenos 362 no desenvolvimento do ducto mesonéfrico no embrião de ratos Wistar. DM= ductos mesonéfricos; 363 DE= ductos eferentes; DD= ductos deferentes. Adaptado de Hinton e Avelar, 2018. 364 365 Hinton e colaboradores (2011) observaram que na região onde o looping ou 366 dobramento ocorrem, há remodelação assimétrica extracelular considerável, tornando-se 367 evidente que para que ocorra o enovelamento do epitélio é necessária interação entre 368 epitélio e mesênquima. Assim, ficou evidente que o mesênquima circundante ao epitélio 369 apresenta papel fundamental para o enovelamento do ducto. 370 Como pode ser observado na Figura 5, o mesênquima circundante (setas) ao epitélio 371 epididimário em desenvolvimento, influencia no enovelamento do ducto. Ou seja, as 372 limitações de espaço conforme estabelecido pelas fronteiras do mesênquima circundante, 373 desempenham papel fundamental no início do enovelamento 3D (Hinton et al., 2011). 374 31 375 Figura 5: Padrão de enovelamento do ducto mesonéfrico nas regiões do segmento inicial 376 e cabeça no DG18.5 em camundongos. As setas apontam para a movimentação das células 377 mesenquimais que tem influência sobre a formação das dobras epiteliais. Publicado por Hinton et 378 al., 2011. 379 380 Além da testosterona, alguns fatores de crescimento também regulam a expressão 381 gênica e as interações epitélio-mesenquimal no epidídimo. O fator de crescimento de 382 fibroblastos (FGF) atua em eventos de sinalização durante a formação do ducto 383 mesonéfrico e no desenvolvimento epididimário pós-natal. Diferentes tipos de FGF se 384 ligam e ativam cascatas intracelulares através de quatro receptores tirosina-quinase de FGF 385 (FGFR 1-4). No mesênquima, ocorre a expressão do FGFR1 e no epitélio do FGFR2, tendo 386 como função principal regular a proliferação celular durante a fase pré-natal e atuar na 387 promoção da citodiferenciação na fase pós-natal (Kitagaki et al., 2011; Ornitz e Itoh, 2001). 388 Cabe ressaltar que os FGFs são modulados por fatores androgênicos, porém os mecanismos 389 moleculares dessa interação ainda não conhecidos (Donjacour et al., 2003; Murashima et 390 al., 2015). 391 Outras proteínas, como as Wnts, também estão relacionadas com processos que 392 ocorrem durante o desenvolvimento, incluindo a proliferação e a polaridade celular. As 393 Wnts são altamente expressas nos órgãos precursores dos genitais, como o ducto 394 mesonéfrico e ducto de Müller. A ausência de sinalização destas proteínas leva ao 395 desenvolvimento incorreto dos órgãos reprodutivos derivados desses precursores (Carrol 396 et al., 2005., Tanwar et al., 2010). 397 Durante a morfogênese pré e pós-natal, o epidídimo expressa diversas Wnts. Dentre 398 elas estão as Wnt4 e a Wnt9b, sendo que a Wnt9b é a mais expressa, atua com um sinal 399 32 parácrino e está relacionada aos primeiros sinais do desenvolvimento do ducto mesonéfrico 400 (Carroll et al., 2005). 401 Nos mamíferos, em geral, o desenvolvimento pós-natal do epidídimo pode ser 402 dividido em três períodos que ocorrem em duas fases: primeira fase – período 403 indiferenciado; segunda fase – período de diferenciação e expansão (Hinton et al., 2011). 404 A primeira fase em roedores tem início no DPN1 e segue até DPN7. Nos primeiros dias 405 após o nascimento inicia-se a segmentação anatômica do epidídimo. O epitélio é ainda 406 indiferenciado e é caracterizado por células colunares. A diferenciação celular terá início 407 somente com o aparecimento de células halo após o DPN7 (Robaire et al., 2006). 408 A segunda fase se inicia no DPN7 e termina próximo ao DPN44-50. O epitélio do 409 epidídimo se diferencia então, nas seguintes células: basal, apical, principais e células 410 claras. Mas somente no início da puberdade, próximo ao DPN44, é que ocorre a completa 411 diferenciação celular e a expansão do epidídimo. Este período de expansão descreve o 412 crescimento contínuo do epidídimo e o aparecimento de espermatozoides no lúmen (De 413 Miguel et al., 1998; Dacheux et al., 2005; Cornwall, 2009; Robaire et al., 2006). 414 Na primeira fase, as células epiteliais e mesenquimais do epidídimo tem altos 415 índices de proliferação, principalmente na região proximal. No seguimento inicial, a 416 proliferação celular é regulada via proteínas quinases reguladas por sinal extracelular 417 (ERK1/2). ERK1 e ERK2 são proteína-serina/treonina quinases que participam da cascata 418 de transdução do sinal Ras-Raf-MEK-ERK. Esta cascata participa na regulação diversos 419 processos, a ERK1 sendo mais responsiva na sobrevivência celular, transcrição, adesão 420 celular e progressão do ciclo celular; e a ERK2 na migração celular, citodiferenciação, 421 remodelação do citoesqueleto e metabolismo (Roskoski, 2012). 422 A ERK1/2 pode ser ativada via fosforilação de diferentes substratos, incluindo 423 fatores de transcrição, proteínas quinases e outras proteínas funcionais. A ativação de Src, 424 proteínas quinases não receptoras, é um dos fatores que leva à estimulação da cascata de 425 sinalização Raf-MEK-ERK e atua na proliferação e no crescimento celular (Roskoski, 426 2012). 427 As proteínas Src desempenham papel chave na regulação da transdução de sinal por 428 um conjunto diverso de receptores da superfície celular no contexto de múltiplos ambientes 429 celulares (Parsons and Parsons, 2004). Recentemente tem se destacado o papel essencial 430 das Src no desenvolvimento epididimário e também em alterações importantes 431 relacionadas à capacidade de maturação dos espermatozoides (Krapf et al., 2012). 432 33 Krapf e colaboradores (2012) mostraram que camundongos Src nocaute 433 apresentaram alterações na estrutura do epidídimo e espermatozoides com motilidade 434 reduzida e incapazes de fertilizar um ovócito in vitro. Baseado nos resultados desse estudo, 435 os autores atribuíram papel essencial para Src no desenvolvimento epididimário e 436 sugeriram que a Src também é responsável por importantes alterações na capacidade de 437 maturação dos espermatozoides que ocorrem durante sua passagem pelo epidídimo (Krapf 438 et al., 2012). 439 Como mencionado anteriormente, o SI tem papel fundamental na maturação dos 440 espermatozoides, e assim sua correta formação é fundamental (Xu et al., 2014). O SI 441 contém altos níveis de atividade dos componentes da via ERK1/2. Durante o 442 desenvolvimento pré-púbere, a primeira onda de fluido luminal testicular entra no 443 epidídimo e ativa os componentes da via de ERK no epitélio do SI. Assim a via ERK inicia 444 a promoção da diferenciação do epitélio, atuando principalmente nas células principais e 445 células basais (Xu et al., 2014; 2010; Rodriguez et al., 2002). 446 Em relação aos componentes da via ERK, existem dois níveis de atividades no 447 epitélio do epidídimo: nível basal e nível elevado (Xu et al., 2011). Xu e colaboradores 448 (2010) observaram que o nível de atividade basal dos componentes da via ERK foi 449 encontrado nas células epiteliais, em todas as regiões do epidídimo, antes do período de 450 diferenciação celular. Se as atividades desta via forem interrompidas no epitélio do SI de 451 ratos jovem, a proliferação e diferenciação celular deste segmento cessam. Fato este, que 452 resulta em uma onda de apoptose no epitélio do SI dos ratos na fase adulta. Portanto, o 453 nível elevado de atividade dos componentes da via ERK é essencial para a proliferação 454 celular, diferenciação e para a sobrevivência do epitélio que constitui o epidídimo antes da 455 fase de citodiferenciação (Xu et al., 2010; 2011). 456 Na segunda fase do desenvolvimento pós-natal do epidídimo, fase em que as células 457 epiteliais iniciam a diferenciação, as células principais são as primeiras células a se 458 diferenciarem. Nestas células, a presença da Aquaporina 9 (AQP 9) na região apical é sinal 459 que esta diferenciação já teve início (Pastor-Soler, 2001; Badran e Hermo, 2002; 460 Domeniconi et al., 2008; Hermo et al., 2008). 461 Na região mesenquimal, as células mesenquimais adjacentes às epiteliais, se 462 diferenciam em células musculares lisas. As células endoteliais dos canais vasculares, os 463 quais estão presentes no mesênquima epididimário, também se diferencia e ambos os tipos 464 celulares passam a expressar a Aquaporina 1 (AQP1) (Huang, 2006; Domeniconi et al., 465 2008; Teixeira et al., 2012). 466 34 As aquaporinas (AQPs) são proteínas transmembranas que atuam como canais de 467 água aumentando a permeabilidade da membrana celular. Até o momento, nove mRNAs 468 codificantes para AQPs (Aqp1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9 e 11) estão presentes no epidídimo, entre 469 elas as AQP1 e AQP9 (Agre, 2004; Da Silva et al., 2006; Domeniconi et al., 2008; 470 Schimming et al., 2015). No epidídimo, a presença da AQP1 é importante para manter o 471 equilíbrio de fluidos no tecido e a AQP9 é a principal AQP do epitélio epididimário, onde 472 contribui para a permeabilidade da membrana apical à água e solutos neutros. A AQP9 473 contém um local putativo de ligação esteroide e é afetada diretamente pelo equilíbrio 474 estrogênio/androgênio. Por outro lado, a AQP1 parece não ser diretamente afetada pelos 475 hormônios sexuais 476 Arrighi e colaboradores (2010) observaram que a expressão de AQP9, no epidídimo 477 de ratos adultos, foi modificada pela subnutrição no início da vida desses animais. Filhotes 478 cujas mães sofreram restrição alimentar, durante a gestação e lactação, apresentaram 479 diminuição na marcação desta proteína nas microvilosidades das células principais. Estes 480 resultados sugeriram que a diminuição ou ausência desta proteína prejudica as funções do 481 epidídimo e, possivelmente, compromete a fertilidade destes animais na vida adulta. 482 Recentemente nosso grupo de pesquisa mostrou que a restrição proteica materna 483 altera os padrões de expressão das AQP1 e AQP9 no epidídimo de ratos jovens e adultos 484 afetando a dinâmica dos fluidos e a angiogênese em estágios importantes do 485 desenvolvimento do epidídimo. A restrição proteica materna diminuiu a expressão das 486 AQP1 e AQP9 no SI e cabeça do epidídimo dos filhotes com 21, 44 e 120 dias pós-natais. 487 Além disso, houve redução da densidade microvascular nos DPNs 21 e 44, relacionada a 488 queda na expressão do Fator de crescimento vascular endotelial (VEGF) e seu receptor 489 (VEGFr-2), os quais são os principais reguladores da promoção da angiogênese e também 490 estão associados a fertilidade masculina. Contudo, nos animais adultos a densidade 491 microvascular do epidídimo parece ter sido reestabelecida (Cavariani et al., 2019). 492 O modelo de restrição proteica materna é um dos modelos de restrição precoce do 493 crescimento mais caracterizados e utilizados para observar alterações que a mudança 494 nutricional gera no desenvolvimento, e as consequências sobre o sistema genital masculino 495 da prole. Tendo em vista o importante papel do epidídimo para a fertilidade masculina, pois 496 é durante a passagem pelo epidídimo que os espermatozoides adquirem motilidade e 497 capacidade fértil, passa a ser essencial entender os mecanismos que regulam o seu 498 desenvolvimento. 499 35 Foram observadas alterações em parâmetros relacionados à funcionalidade do 500 epidídimo, bem como, alterações morfofuncionais deste órgão nas fases pré-pubere e 501 adulta, em ratos que foram submetidos à restrição proteica durante a gestação e lactação. 502 No entanto, não há informações na literatura que mostrem se a restrição proteica, 503 em fase inicial do desenvolvimento, pode afetar a morfogênese epididimária durante as 504 fases embrionárias e iniciais do desenvolvimento pós-natal. Assim, sugere-se que a origem 505 das alterações funcionais no epidídimo adulto, descritas anteriormente, possam estar 506 relacionadas a falhas em vias que atuam desde as fases iniciais do desenvolvimento 507 epididimário, refletindo nos processos de diferenciação e maturação na vida pós-natal, e 508 consequentemente, na funcionalidade do órgão. 509 Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi investigar se dieta materna com baixa 510 quantidade de proteínas pode alterar a morfogênese epididimária nos filhotes machos em 511 fases iniciais do desenvolvimento em ratos Wistar, e assim, contribuir com novos dados 512 para a biologia da reprodução e esclarecer possíveis lacunas sobre a baixa fertilidade 513 relacionada ao epidídimo após restrição proteica materna. 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 36 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 “Os que se encantam com a prática sem a ciência são como os timoneiros que 547 entram no navio sem timão nem bússola, nunca tendo certeza do seu destino”. 548 (Leonardo da Vinci) 549 550 551 552 553 554 555 106 CONCLUSÕES Conclusões 107 Nossos resultados mostraram que programação fetal por restrição proteica materna leva 1 ao aumento de estradiol sérico na prole masculina e causa alterações importantes nas fases 2 iniciais do desenvolvimento epididimário pós-natal, como: diminui a densidade microvascular; 3 compromete o microambiente luminal; causa estrogenização do tecido epididimário; 4 compromete a citodiferenciação modulada por hormônios e fatores de crescimento; altera a 5 expressão de proteínas importantes que atuam na interação epitélio-mesênquima; altera a 6 atividade de proteínas que modulam a proliferação celular e citodiferenciação, e ainda na fase 7 embrionária, atrasa o desenvolvimento do ducto mesonéfrico. Assim, constrói-se a hipótese de 8 que essas alterações durante as fases iniciais do desenvolvimento possam estar relacionadas às 9 alterações encontradas nas funções do epidídimo em ratos adultos cujas mães sofreram restrição 10 proteica nas fases de gestação e lactação. 11 108 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Referências Bibliográficas 109 Agarwal P, Morriseau T S, Kereliuk S M, Doucette C A, Wicklow B A, Dolinsky V W. Maternal obesity, diabetes during pregnancy and epigenetic mechanisms that influence the developmental origins of cardiometabolic disease in the offspring. Crit Rev Clin Lab Sci,. 2018. Agre P. Aquaporin water channels (Nobel Lecture). Angew Chem Int Ed Engl. 43:4278-90, 2004. Arrighi S, Aralla M, Genovese P, Picabea N, Bielli A. Undernutrition during fetal to prepubertal life affects aquaporin 9 but not aquaporins 1 and 2 expression in the male genital tract of adult rats. Theriogenology. 74:1661-9, 2010. Antiwi S. Malnutrition: Missed Opportunities for Diagnosis. 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