0004 Biologia celular resolve mistérios da reprodução 04 de agosto de 2012

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EDITORIAL
Cell biology solves mysteries of reproduction
Peter Sutovsky
Published online: 4 August 2012
# Springer-Verlag 2012
Abstract Reproduction and fertility have been objects of
keen inquiry since the dawn of humanity. Medieval anato-
mists provided the first accurate depictions of the female
reproductive system, and early microscopists were fascinat-
ed by the magnified sight of sperm cells. Initial successes
were achieved in the in vitro fertilization of frogs and the
artificial insemination of dogs. Gamete and embryo research
was in the cradle of modern cell biology, providing the first
evidence of the multi-cellular composition of living beings
and pointing out the importance of chromosomes for hered-
ity. In the 20th century, reproductive research paved the way
for the study of the cytoskeleton, cell signaling, and the cell
cycle. In the last three decades, the advent of reproductive
cell biology has brought us human in vitro fertilization,
animal cloning, and human and animal embryonic stem
cells. It has contributed to the development of transgenesis,
proteomics, genomics, and epigenetics. This Special Issue
represents a sample of the various areas of reproductive
biology, with emphasis on molecular and cell biological
aspects. Advances in spermatology, ovarian function, fertil-
ization, and maternal-fetal interactions are discussed within
the framework of fertility and diseases such as endometri-
osis and diabetes.
Paleolithic fertility symbols such as the Venus of Willendorf,
dating back to 24,000–22,000 BC, indicate the great interest
shown in reproduction and fertility even during the early days
of humanity. Tales of early artificial insemination, e.g., thieves
inseminating mares with sponges soaked with semen stolen
from their rivals’ valuable stallions, have been passed down in
Middle Eastern folklore (Foote 2002). The original
Renaissance man, Leonardo Da Vinci, was a keen anatomist,
leaving us detailed illustrations of dissections of female repro-
ductive system, including a depiction of a pregnant human
uterus with a fetus. In the 18th century, Lazzaro (Abé)
Spallanzani, a Catholic priest with a knack for researching
reproduction, fashioned tiny tubes to collect the semen of
male frogs and established that physical contact between the
sperm and egg is necessary for embryo development.
Spallanzani used a scientific method with multiple replicates
of these arguably first ever in vitro fertilization experiments; in
1784, he performed the first successful documented artificial
insemination in dogs (Pinto-Correia 1997).
Gametes are among the largest and most peculiar cells in
the human or animal body, making them an ideal model
system for studying a variety of cellular structures, path-
ways, and mechanisms. Not surprisingly, gametes were
among the earliest cells to which the scientific method and
tools were applied. Among the first cells ever observed
under a microscope by van Leeuwenhoek and his disciple
Hamm were human sperm cells. The modern hypothesis of
cellular composition of multicellular bodies was introduced
in 1839 by Schwann and Schleiden based in part on the
observation that a complete organism develops from a single
cell, namely the fertilized ovum (Aszmann 2000). In the late
19th and early 20th centuries, Theodor Boveri used sea
urchin eggs and embryos to formulate the chromosome
theory of inheritance (Boveri-Sutton theory). Boveri’s work
on the centrosome in sea urchin zygotes set the stage for the
study of the cytoskeleton, a prominent area of today’s field
of cell biology (Baltzer 1964). The use of invertebrate and
lower vertebrate gametes brought about many more advan-
ces in the modern era of cell biology. For example, the
observations of calcium release in fertilized medaka eggs
(Gilkey et al. 1978) ushered in cell signaling/signal
P. Sutovsky (*)
Animal Sciences, University of Missouri-Columbia,
S141 ASRC, 920 East Campus Drive,
Columbia MO 65211-5300, USA
e-mail: SutovskyP@missouri.edu
Cell Tissue Res (2012) 349:631–633
DOI 10.1007/s00441-012-1480-y
transduction studies. Xenopus oocytes and their cytosolic
extracts have been the materials of choice for the study of
the cell cycle, tracing back to the ingenious experiments of
Yoshio Masui (Masui and Markert 1971).
The cell biological approach to the study of reproduction
has made possible important advances in medicine. The
pioneering work of Edwards and Steptoe, which to date
has resulted in the births of a million babies by assisted
fertilization, was recently honored by the Nobel Prize. In the
last two decades, reproductive biology has built on the
research leading to this breakthrough and has given us
human embryonic stem cells, making regenerative medicine
a reality (Gearhart and Coutifaris 2011). Work on somatic
cell nuclear transfer not only yielded the first cloned mam-
mal, but also gave us information about genome reprogram-
ming, leading to the development of induced pluripotent
stem cells (Ezashi et al. 2012) and animal models of human
disease (Zhao et al. 2010). Advances are being made toward
the production of male and female gametes outside of the
gonads, for transgenesis and the restoration of fertility in
cancer and infertility patients (Dores et al. 2012). Gametes
and embryos are also useful in the hot new areas of cell
biology such as the study of small non-coding RNAs and
epigenetics (Hossain et al. 2012). Inversely, basic develop-
mental mechanisms such as the uniparental inheritance of
mitochondrial DNA, an aspect that is important for evolution-
ary biology, are being explored primarily in zygotes and
preimplantation embryos, as reviewed by St John (2012).
The suspected link between infertility, cellular metabolism,
and obesity is now being investigated by modern cell biolog-
ical approaches by usingmammalian embryos (Schoeller et al.
2012). Cellular signaling between mother and embryo/fetus
(Geisert et al. 2012) and the embryonic origin of adult-onset
disease are now better understood (Gallo et al. 2012), thereby
benefitting the treatment of serious reproductive disorders
such as endometriosis (Stilley et al. 2012). Further insight into
female fertility can be gained from an improved understanding
of folliculogenesis and ovarian function (Pohler et al. 2012;
McFee et al. 2012).
Light and electron microscopy combined with organelle
fractionation, proteomics, and molecular biology have pro-
vided a deeper understanding of sperm accessory structures,
such as the sperm acrosome and perinuclear theca (see
regular article by Ferrer et al. 2012a and review by Ferrer
et al. 2012b). As reviewed by Belleannée et al. (2012),
genomic and proteomic studies provide new insight into
process of epididymal sperm maturation.These advances
then allow the exploration of sperm function during fertil-
ization (Ferrer et al. 2012b) and the relationship of the sperm
proteome with male fertility (Govindaraju et al. 2012).
Within the area of fertilization research, important advances
have been made in the study of sperm-egg coat interactions
including the structure and identity of sperm receptor
proteins on the egg coat surface (Gupta et al. 2012) and
the signaling pathways involved in sperm capacitation, a
cascade of events that prepare the sperm cells within the
female oviduct for fertilization (Signorelli et al. 2012).
These events are mediated by ion channels that are present
within the sperm plasma membrane and that are responsible
for communication between the sperm cell interior and the
milieu of the female reproductive system (Darszon et al.
2012). In addition to mammalian models, spermatogenesis
is being researched in invertebrate and lower vertebrate
systems (McClusky 2012).
The present Special Issue on Reproduction thus offers a
sample of the various areas of reproductive biology, with an
obvious emphasis on its molecular and cellbiological aspects.
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Biologia celular resolve mistérios da reprodução 
 
Peter Sutovsky 
 
 
Publicado on-line: 04 de agosto de 2012 
# Springer-Verlag 2012 
 
Reprodução abstrato e fertilidade foram objetos de investigação interessada desde o alvorecer 
da humanidade. Névoas anato- medievais desde as primeiras descrições precisas sobre o 
sistema reprodutivo feminino, e os primeiros microscopistas foram fascinat- ed pela visão 
ampliada de células de esperma. Sucessos iniciais foram alcançados na fertilização in vitro de 
rãs ea inseminação artificial de cães. Gâmetas e embriões pesquisa foi no berço da moderna 
biologia celular, fornecendo a primeira evidência da composição multi-celular dos seres vivos e 
salientando a importância de cromossomos para dade hered-. No século 20, a investigação 
reprodutiva preparou o caminho para o estudo do citoesqueleto, a sinalização celular, e o ciclo 
celular. Nas últimas três décadas, o advento da biologia celular reprodutiva nos trouxe a 
fertilização in vitro humana, a clonagem animal, e as células-tronco embrionárias humanas e 
animais. Ele tem contribuído para o desenvolvimento da transgenia, proteômica, genômica, e 
epigenética. Esta Edição Especial representa uma amostra das várias áreas da biologia 
reprodutiva, com ênfase nos aspectos de biologia molecular e celular. Avanços na 
espermatologia, a função ovariana, ization fertilizan- e interações materno-fetais são 
discutidas no âmbito da fertilidade e doenças como endometri- Osis e diabetes. 
 
 
Símbolos de fertilidade do Paleolítico, como a Vênus de Willendorf, que remonta a 24,000-
22,000 BC, indicam o grande interesse demonstrado na reprodução e fertilidade, mesmo 
durante os primeiros dias da humanidade. Contos de inseminação artificial cedo, por exemplo, 
os ladrões inseminadores éguas com esponjas embebidas com sêmen roubados 
 
_____________ 
 
P. Sutovsky (*) 
Ciências Animais, Universidade de Missouri-Columbia, S141 ASRC, 920 Médio Campus Drive, 
Columbia MO 65211-5300, EUA 
e-mail: SutovskyP@missouri.edu 
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de garanhões valiosos dos seus rivais, foram passados no folclore Oriente Médio (Foote 2002). 
O homem original Renascimento, Leonardo Da Vinci, era um anatomista interessado, 
deixando-nos ilustrações detalhadas de dissecções de fêmea sistema reprodutivo, incluindo 
uma descrição de um útero humano grávida de um feto. No século 18, Lazzaro (ABE) 
Spallanzani, um padre católico, com um talento especial para a pesquisa de reprodução, tubos 
minúsculos formado para coletar o sêmen de rãs do sexo masculino e estabeleceu que é 
necessário para o desenvolvimento do embrião contato físico entre o espermatozóide eo 
óvulo. Spallanzani utilizado um método científico com várias repetições de estes, sem dúvida, 
primeiro de sempre em experiências de fertilização in vitro; em 1784, ele realizou a primeira 
inseminação artificial bem sucedida documentado em cães (Pinto-Correia, 1997). 
Gâmetas estão entre os maiores e mais peculiares células no corpo humano ou animal, 
fazendo-os num sistema de modelo ideal para o estudo de uma variedade de estruturas 
celulares, as vias e os mecanismos. Não surpreendentemente, os gametas estavam entre as 
primeiras células a que foram aplicados o método e as ferramentas científicas. Entre as 
primeiras células já observados sob um microscópio por van Leeuwenhoek e seu discípulo 
Hammforam espermatozóides humanos. A hipótese moderno de composição celular de 
organismos multicelulares foi introduzido em 1839 por Schwann e Schleiden baseado em parte 
na observação de que um organismo completo desenvolve a partir de uma única célula, ou 
seja, o óvulo fertilizado (Aszmann 2000). No final do século 19 e início do século 20, Theodor 
Boveri utilizados ovos de ouriço do mar e embriões a formular a teoria cromossômica da 
herança (teoria Boveri-Sutton). O trabalho de Boveri no centrossoma em zigotos de ouriço do 
mar definir o cenário para o estudo do citoesqueleto, uma área proeminente de campo de 
hoje da biologia celular (Baltzer 1964). O uso de invertebrados e vertebrados inferiores 
gametas trouxe muitas ces mais tagens na era moderna da biologia celular. Por exemplo, as 
observações de liberação de cálcio nos ovos fertilizados medaka (Gilkey et al. 1978) marcou o 
início de sinalização celular / sinal 
estudos de transdução. Oócitos de Xenopus e os seus extractos citosólicos têm sido os 
materiais de escolha para o estudo do ciclo celular, o rastreio de volta para os experimentos 
engenhosos de Yoshio Masui (Masui e Markert 1971). 
A abordagem biológica de células para o estudo de reprodução fez possíveis avanços 
importantes na medicina. O trabalho pioneiro de Edwards e Steptoe, que até à data tem 
resultado em nascimentos de um milhão de bebês por fertilização assistida, foi recentemente 
homenageado pelo Prêmio Nobel. Nas últimas duas décadas, biologia reprodutiva tem 
construído sobre a investigação conducente a esta descoberta e nos deu as células-tronco 
embrionárias humanas, tornando a medicina regenerativa uma realidade (Gearhart e 
Coutifaris 2011). Trabalho sobre a transferência nuclear de células somáticas não só produziu o 
primeiro mal mam- clonado, mas também nos deu informações sobre genoma reprogramação, 
levando ao desenvolvimento de células-tronco pluripotentes induzidas (Ezashi et al. 2012) e 
modelos animais de doença humana ( Zhao et al. 2010). Os avanços estão sendo feitos para a 
produção de gametas masculinos e femininos fora das gônadas, por transgenia ea restauração 
da fertilidade em pacientes com câncer e infertilidade (Dores et al. 2012). Gâmetas e embriões 
também são úteis nas novas zonas quentes de biologia celular, tal como o estudo de pequenos 
RNAs epigenética e não codificantes (Hossain et al., 2012). Inversamente, mecanismos mentais 
desenvolvimentos básicos, tais como a herança uniparental de DNA mitocondrial, um aspecto 
que é importante para evolution- biologia ary, estão sendo exploradas principalmente em 
zigotos e embriões de pré-implantação, como revisto por St John (2012). A suspeita de ligação 
entre infertilidade, metabolismo celular, e obesidade está agora a ser investigado por celulares 
modernos biolog- abordagens iCal usando embriões de mamíferos (Schoeller et al. 2012). 
Sinalização celular entre a mãe eo embrião / feto (Geisert et al. 2012) ea origem embrionária 
da doença na idade adulta são agora melhor compreendida (Gallo et al. 2012), beneficiando, 
assim, o tratamento de distúrbios reprodutivos graves, como a endometriose (Stilley et al. 
2012). Visão mais aprofundada sobre a fertilidade feminina pode ser adquirida a partir de uma 
melhor compreensão da foliculogênese e função ovariana (Pohler et al 2012;. McFee et al 
2012).. 
Microscopia óptica e eletrônica combinada com fracionamento organela, proteômica e 
biologia molecular têm pro- DESDE uma compreensão mais profunda das estruturas acessórias 
de esperma, como o acrossoma esperma e theca perinuclear (ver artigo regular, Ferrer et al. 
2012a e revisão por Ferrer et al . 2012b). Como revisado por Belleannée et al. (2012), os 
estudos de genômica e proteômica fornecer novos insights sobre processo de 
espermatozóides do epidídimo maturation.These avanços em seguida, permitir a exploração 
da função do esperma durante ization fertilizan- (Ferrer et al. 2012b) ea relação do proteoma 
do esperma com a fertilidade masculina (Govindaraju et al. 2012). Dentro da área de pesquisa 
a fertilização, importantes avanços têm sido feitos no estudo de interacções revestimento 
esperma de ovo incluindo a estrutura e a identidade do receptor de esperma 
proteínas na superfície do revestimento de ovos (2.012 Gupta et al.) e as vias de sinalização 
envolvidas na capacitação espermática, uma cascata de eventos que preparam as células de 
esperma dentro do oviduto fêmea para a fertilização (Signorelli et al., 2012). Estes eventos são 
mediados através de canais de iões que se encontram presentes no interior da membrana 
plasmática do esperma e que são responsáveis pela comunicação entre o interior de células de 
esperma e o meio do sistema reprodutor feminino (Darszon et al. 2012). Além dos modelos de 
mamíferos, a espermatogênese está sendo pesquisado em sistemas de vertebrados de 
invertebrados e inferior (McClusky de 2012). 
A presente edição especial de Reprodução oferece, assim, uma amostra das várias áreas da 
biologia reprodutiva, com ênfase óbvia em seus aspectos biológicos moleculares e celulares. 
 
 
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