Introduzione

La fertilità delle vacche è diventata una problematica importante nel settore dell’allevamento da latte. Le performance riproduttive delle vacche Frisone sono diminuite notevolmente negli ultimi decenni [1–4]. Questo viene considerato un problema multifattoriale complesso [1,5] con interazioni che rendono difficile determinare una causa specifica [4]. È probabile che siano coinvolte la selezione intensiva dei tratti relativi alle performance della produzione di latte e l’aumento del deficit metabolico durante le fasi iniziali della lattazione. Dopo il parto, le vacche subiscono molti cambiamenti fisiologici in risposta all’aumento della domanda di latte. Questo spesso crea un bilancio energetico negativo, un problema nutrizionale comune nelle vacche da latte in lattazione e una causa plausibile del ritardato recupero della fertilità [6–8] visti gli effetti di ritorno sul tratto riproduttivo [9-11].

Nel complesso, questi risultati ci indicano un effetto negativo di questa fase sulla competenza degli ovociti nello sviluppo dell’embrione, sebbene gli effetti metabolici non si limitino solamente allo sviluppo follicolare [12]. Lo sviluppo di complessi cumulo-ovocita e di embrioni precoci subisce molti cambiamenti fisiologici e mostra combinazioni uniche di plasticità e sensibilità metaboliche, utilizzando una varietà di substrati attraverso molteplici vie. Sebbene le cellule siano in grado di adattarsi alle variazioni di disponibilità di nutrienti, tale adattamento spesso avviene a discapito della vitalità dell’embrione [13]. Le cellule della granulosa che si sviluppano in presenza di elevate concentrazioni di β-idrossibutirrato (BHB) mostrano un profilo trascrittomico associato ad una lenta proliferazione cellulare e ad un alterato metabolismo degli acidi grassi [14]. Gli embrioni ottenuti da ovociti maturati in un terreno arricchito con insulina mostrano importanti alterazioni strutturali e funzionali [15]. I fattori di stress rilevati negli embrioni coltivati in presenza di un eccessivo quantitativo di glucosio, lipidi o radicali liberi includono classici segni stress ossidativo, aumento della proliferazione cellulare e de-regolazione dei geni coinvolti nella funzionalità mitocondriale [16-18].

Gli studi dimostrano che le carenze nutrizionali riscontrate durante la gestazione sono associate ad un aumento del rischio di sviluppo di malattie metaboliche durante la vita adulta. Nel caso dei bovini, è molto evidente come la programmazione epigenetica rispecchi l’ambiente metabolico dell’embrione e come possa essere alla base di una diminuzione della fertilità, della produttività e della longevità [19-21]. Ciò è stato dimostrato anche nei topi [22]. Appare chiaro che nei mammiferi gli embrioni precoci sono particolarmente sensibili alla biochimica dell’ambiente in cui si sviluppano. Tenendo conto della tendenza delle vacche ad avere un bilancio energetico negativo durante le fasi iniziali della lattazione, lo scopo di questo studio era quello di indagare gli effetti di questa carenza sui trascrittomi embrionali e, più in generale, il ruolo dello stress metabolico sui pattern di metilazione del DNA embrionale. Questo lavoro mostra che situazioni in vivo caratterizzate da elevati livelli di BHB possono avere effetti negativi sulla qualità dell’embrione e probabilmente anche effetti a lungo termine sull’animale.

Abstract

Le vacche ad inizio lattazione spesso non sono in grado di soddisfare il loro fabbisogno energetico tramite l’alimentazione e quindi mobilitano il grasso corporeo che va a produrre corpi chetonici, incluso il beta-idrossibutirrato (BHB). Nonostante ciò, solitamente vengono inseminate intorno ai 60 giorni dopo il parto, quando si trovano ancora in questo caratteristico periodo di bilancio energetico negativo. Lo scopo di questo studio era quello di osservare gli effetti del bilancio energetico negativo sulla qualità dell’embrione e di individuare alcune metodiche utili a migliorare la fertilità delle bovine da latte. Alcune vacche di razza Frisona (n = 18), raggruppate come “BHB alto” o “BHB basso” sulla base della sua misurazione nel sangue al 45° giorno dopo il parto, sono state sincronizzate (per quanto riguarda l’estro), trattate con l’ormone follicolo stimolante (per ottenere lo sviluppo di più follicoli), indotte ad ovulare ed inseminate con sperma sessato intorno al 60° giorno post-parto. Dei 290 embrioni raccolti nel corso di 16 mesi, 159 erano di una qualità che oscillava da I a IV. Sulla base dell’analisi microarray dell’espressione genica, l’esposizione ad un contesto metabolico con bilancio energetico negativo (BHB elevato) durante lo sviluppo iniziale dell’embrione, sembrava modificare le vie di segnalazione mTOR e delle sirtuine nell’embrione, cosa che implica una disfunzione mitocondriale ed un’inibizione della trascrizione, portando ad una divisione cellulare più lenta e programmando perciò l’embrione ad essere più efficiente dal punto di vista energetico. Marker di metilazione alterati suggeriscono che tali meccanismi di coping potrebbero persistere nell’età adulta.

Embryonic response to high beta-hydroxybutyrate (BHB) levels in postpartum dairy cows

Chaput, M.A. Sirard*

Centre de recherche en reproduction, développement et santé intergénérationnelle, Faculté des sciences de l’Agriculture et de l’Alimentation, Département des Sciences Animales, Pavillon INAF, Université Laval, Québec, Québec, Canada

E-mail address: marc-andre.sirard@fsaa.ulaval.ca  (M.A. Sirard).

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Domestic Animal Endocrinology

doi.org/10.1016/j.domaniend.2019.106431