The present study was performed to investigate the effects of in vitro maturation (IVM) and in vitro fertilization (IVF) duration on the development of Korean Native Cattle embryos. The time of blastocyst formation and the quality of blastocysts based on cell numbers were examined. The cleavage rate increased with the length of IVF duration in the groups of 18-hr IVM, but was constant in the groups of 24-hr IVM. The development rate to the 8-cell stage was significantly higher in the IVM 18: IVF 20 group than in the IVM 24: IVF 24 group. The development rate to the blastocyst stage was highest in the IVM 18: IVF 20 group, significantly different from that of the IVM 18: IVF 16, IVM 24: IVF 20 and IVM 24: IVF 24 group. The time of blastocysts formation tended to be shorter when IVM and IVF duration were decreased. The number of inner cell mass, trophoblast and the total cells were significantly higher in the IVM 18: IVF 16 group than in the IVM 24: IVF 24 group (P<0.05). These results demonstrated that the IVM and IVF duration should be adequate for the efficient production of bovine embryos, and it might particularly be essential to determine the proper combination of IVM and IVF duration.
This study was aimed at testing the gene expression of antioxidant enzymes and apoptosis genes for in vitro culture in porcine embryos produced by in vitro maturation/in vitro fertilization (IVM/IVF). Pocine preimplantation embryos obtainted from IVM/IVF can be successfully culture in vitro, but they are delayed or stop to develop at specific developmental stage. Many factors such as reactive oxygen species and apoptosis in an IVM/IVF system followed by in vitro culture influence the rate of production of viable blastocysts. Porcine embryos derived from IVM/IVF were cultured in the atmosphere of 5% $CO_2$ and 20% $O_2$ at $38.5^{\circ}C$ in NCSU23 medium. The patterns of gene expression for antioxidant enzymes and apoptosis genes during in vitro culture in pocine IVM/IVF embryos were examined by the modified semi-quantitative single cell reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR). Porcine embryos produced by in vitro procedures were expressed mRNAs for CuZn-SOD, GAPDH and GPX, whereas transcripts for Mn-SOD and catalase were not detected at any developmental stages. Expression of caspase-3 mRNA was detected at 2 cell, 8 cell 16 cell and blastocyst, but p53 mRNA was not detected at any stages. The fas transcripts was only detected in blastocyst stage. These results suggest that various antioxidant enzymes and apoptosis genes play crucial roles in vitro culture of porcine IVM/IVF embryos.
Bovine embryos at 2-to 8-cell produced by in vitro matured/in vitro fertilized(IVM/IVF) were cultured in TCM 199 or Synthetic oviduct fluid(SOF) with 10% fetal bovine serum(FBS) or cocultured with cumulus or bovine oviduct epithelial cell(BOEC) in TCM-199 or SOF medium. In experiment 1, the proportions of embryos developed to morula and blastocysts stages in TCM 199 medium were higher when they were co-cultured with cumulus cell(29%) or BOEC(33%) than that of TCM 199 with 10% FBS(12%, P<0.01). In experiment 2, embryos deived from IVM/IVF were cultured in SOF with 10% FBS or cocultured with cumulus cell or BOEC in same medium. The higher development rates of IVM/IVF embryos developed beyond morula stages were obtained in cumulus cell co-culture group(39%) than those of BOEC group(26%) and SOF with 10% FBS group(17%, P<0.01). The present results indicated that the early development of IVM/IVF embryos can be maintained efficienty in SOF with cumulus cell co-culture.
This study was conducted to examine the condition of in vitro culture system and the viability after embryo transfer of in vitro matured-in vitro fertilized (IVM-IVF) bovine embryos. The in vitro development to the blastocyst stage was enhanced by supplying bovine serum albumin(BSA) to co-culture medium with bovine oviduct epithelial tissue(BOET) compared with that in medium supplemented with fetal bovine serum(FBS) (41.2% vs. 26. 3%, P<0.05). After transfer of IVM-IVF blastocysts into the uterine horn of recipient females (Aberdeen Angus), one was pregnant to term and produced a head of male Korean native calf. These results confirm that the in vitro development of IVM-IVF bovine embryos is affected with different protein source in co-culture with BOET, and IVM-IVF embryos can develop to term after in vitro culture and embryo transfer.
Somatic cells such as oviduct epithelial cell, uterine epithelial cell, cumulus-granulosa cell and buffalo rat river cell has been used to establish an effective culture system for bovine embryos produced in in vitro. But nitric oxide (NO) metabolites secreted from somatic cells were largely arrested the development of bovine in vitro matured/ in vitro fertilized (IVM/IVF) embryos, suggesting that NO was induced the embryonic toxic substance into culture medium. The objective of this study was to investigate whether BOEC co-culture system can ameliorate the NO-mediated oxidative stress in the culture of bovine IVM/IVF embryos. Therefore, we evaluated the developmental rate of bovine IVM/IVF embryos under BOEC co-culture system in the presence or absence of sodium nitroprusside (SNP), as a NO donor, and also detected the expression of growth factor (TGF-$\beta$, EGF and IGFBP) and apoptosis (Caspase-3, Bax and Bcl-2) genes. The supplement of SNP over 5 uM was strongly inhibited blastocyst development of bovine IVM/IVF embryos than in control and 1 uM SNP group (Table 2). The developmental rates beyond morulae stages of bovine IVM/IVF embryos co-cultured with BOEC regardless of SNP supplement (40.4% in 5 uM SNP+ BOEC group and 65.1% in BOEC group) were significantly increased than those of control (35.0%) and SNP single treatment group (23.3%, p<0.05: Table 3). The transcripts of Bax and Caspase-3 genes were detected in all experiment groups (1:Isolated fresh cell (IFC), 2:Primary culture cell (PCC), 3:PCC after using the embryo culture, 4: PCC containing 5 uM SNP and 5: PCC containing 5 uM SNP after using the embryo culture), but Bcl-2 gene was not detected in IFC and PCC (Fig. 1). In the expression of growth factor genes, TGF-$\beta$ gene was found in all experimental groups, and EGF and IGFBP genes were not found in IFC and PCC (Fig. 2). These results indicate that BOEC co-culture system can increase the development beyond morula stages of bovine IVM/IVF embryos, possibly suggesting the alleviation of embryonic toxic substance like nitric oxide.
This study was conducted to improve the production efficiency of in vitro produced (IVP) embryos in Korean Native cows. The optimal conditions and procedures for in vitro maturation(IVM), in vitro fertilization(IVF) and in vitro culture(IVC) of bovine follicular oocytes and IVP embryos were evaluated. Immature follicular oocytes were collected fiom the follicles of bovine ovaries obtained from abattoirs. The oocytes of Grade I and II for IVM were cocultured with monolayered bovine oviductal epithelial cells(BOEG) or granulosa cells in TCM-199 solution supplemented with follicle stimulating hormone, lutenizing hormone, estradiol-17$\beta$ and heat inactivated fetal calf serum at 39$^{\circ}C$ under 5% $CO_2$ in air for 14 to 24 hours. Most of the oocytes(93%) matured to metaphase II in 24 hours. The cocultured IVM oocytes were fertilized in vitro at significantly(P<0.05) higher rate with BOEC(83.8%) and with granulosa cells(84.6%) than the non-cocultured IVM oocytes(73.6%). The IVM-IVF embryos developed to morula and blastocyst at significantly(P<0.05) higher rate in coculture with BOEC(41.2%) than with granulosa cells(23.1%) or conditioned medium(23.4%).
H. Y. Jang;H. S. Kong;Park, K. D.;G. J. Jeon;Lee, H. K.;B. K. Yang
한국동물번식학회:학술대회논문집
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한국동물번식학회 2003년도 학술발표대회 발표논문초록집
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pp.47-47
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2003
The present study was conducted to determine the expression of the antioxidant enzyme(CuZn-SOD, Mn-SOD and GPX and apoptosis gene(caspase-3) for in vitro culture in in vitro maturation and in vitro fertilization(IVM/IVF) embryos in porcine. Porcine embryos derived from IVM/IVF were cultured in NCSU23 medium under 5% $CO_2$ in air at 38.5$^{\circ}C$. The patterns of gene expression for several antioxidant enzyme and apoptosis genes during preimplantion porcine embryo development were examined by the modified semi-quantitative single cell reverse transcriptase- polymerase chain reaction (RT-PCR). Preimplantation porcine embryos produced by IVM/IVF have expressed mRNAs for CuZn-SOD and GPX, whereas transcripts for Mn-SOD have not detected at any developmental stages. Expression of caspase-3 mRNA was detected at 2 cell, 8 cell, 16 cell and morula stages. The fas ligand transcripts were detected in porcine blastocyst. These results suggest that various antioxidant enzymes and apoptosis genes play crucial roles in in vitro culture of porcine IVM/IVF embryos.
Follicular oocytes of Grade I and II were collected from 2~6 mm ovarian follicles and matured in vitro (IVM) for 24 hrs in TCM-199 su, pp.emented with 35$\mu\textrm{g}$/ml FSH, 10$\mu\textrm{g}$/ml LH, and 1$\mu\textrm{g}$/ml estradiol-17$\beta$ at 39$^{\circ}C$ under 5% CO2 in air. They were fretilized in vitro (IVF) by epididymal spermatozoa capacitated with heparin for 12 hrs. The zygotes were then co-cultured in vitro with bovine oviducted epithelial cells (BOEC) for 7 to 9 days. The optimal time for IVM, the successful enucleation of IVM oocytes by micromanipulation at different oocyte ages after IVM, and the ideal culture system for IVM for effective IVF and in vitro development of IVM-IVF embryos was examined for in vitro production of nuclear recipient oocytes and nuclear donor embryos. To improve the efficiency of nuclear transplantation (NT) of IVF embryo into IVM follicular oocytes, this study evaluated the optimal electric condition and oocytes age for activation of IVM oocytes and in vitro development of NT embryos. In vitro development of NT embryos with preactivation or non-preactivation in enucleation oocytes, cell number of IVN-IVF embryos, and NT embryos wre also examined. The results obtained were as follows; 1. The most suitable enucleation time was at 24 hpm (83.3%) rather than that of 28 hpm(69.6%) and 32 hpm(50.0%). 2. There was no difference among the fusion rates of NT embryos at the voltages of 0.75, 1.0 and 1.5 kV/cm, but the in vitro development rates to morule and blastocyst were significantly (P<0.05) higher at the voltage of 0.75(12.5%) and 1.0kV/cm (12.6%) compared to 1.5kV/cm(0%). 3. No significant difference in activation rates were seen in NT embryos stimulated for 30, 60 and 120 $\mu$sec (71.7, 85.2 and 71.9%, respectively), but the in vitro development rates to morulae and blastocyst were significantly (P<0.05) higher in the oocytes stimulated for 30 $\mu$sec (11.6%) and 60 $\mu$sec(10.7%) than 120 $\mu$sec(0.0%). 4. The fusion rates (71.0 and 87.3%) and the in vitro development rates (9.1 and 12.7%) to morula and blastocyst were seen in the NT embryos stimulated at 28 and 32 hpm under the condition of 1.0 kV/ml, 60 $\mu$sec. However, at 24 hpm the fusion rates were 64.8% and the in vitro development to morula and blastocyst were not seen. 5. The fusion rates between the 8~12, 13~17 and 18~22-cell stage of IVM-IVF embryos were not significantly different. The in vitro development rates of the fused embryos to morula and blastocyst which were received from a blastomere of 8~12, 13~17 and 18~22-cell stages of IVM-IVF embryos were 14.9, 8.3 and 6.5%, respectively. 6. The in vitro development rate of the enucleated recipient oocytes with preactivation (24.2%) to morula and blastocyst was significantly (P<0.05) higher than that of non-preactivation (12.8%). 7. The cell numbers of NT blastocyst and IVM-IVF blastocyst cultured during 7~9 days were 63$\pm$11 and 119$\pm$23, and then their the mean cell cycle number were 5.98 and 6.89, respectively.
To improve nuclear transplantation(NT) efficiency and to produce a large scale genetically identical cloned calves, examined the in vitro development capacity after co-culture of bovine oviductal epithelial cells (BOEC) and granulosa cells in TCM-199 supplemented with 10% fetal calf serum (FCS) with early bovine embryos derived from in vitro matured fertilized(IVM-IVF) oocyte. In addition, the age dependence of IVM oocyte on electro-stimulation and the effective electric voltage on in ivtro development of bovine NT embryos were examined. The results obtained were summerized as follows; 1. The cleavage rates of IVM-IVF bovine embryos in co-culture with bovine oviductal epithelial cells and granulosa cells were not significantly different(P<0.05), but the developmental rate into morula and blastocyst stage were different showing 38.3 and 20.2%, respectively. 2. The activation (82.5%) and development in vitro(8.6%) into later embryo stages of the aging oocytes of 32 hours post-maturation (hpm) were significantly higher than those of 24 hpm at direct current (DC) voltage of 1.5kV/cm, 60$\mu$sec pulse duration and 1 pulse time. 3. The fusion rates of NT eggs of 32 hpm following to different DC voltages from range 0.75 to 1.5kV/cm were not differ, but the developmental rate into morula and blastocyst stages at DC voltages of 0.75 and 1.0kV/cm were higher(11.4 and 12.6%, respectively) than those of 1.5kV/cm(0%). From these results, it can be suggested the optimal culture system for in vitro culture of IVM-IVF bovine embryos is a co-culture system with BOEC in TCM-199 supplemented 10% FCS. The effective time and the DC voltage for activation, electrofusion and in vitro development of NT embryos derived from IVM-IVF bovine embryo are 32hpm and 0.75~1.0kV/cm. But to improve NT efficiency, the advanced research (cell cycle synchronization, micromanipulation, culture system, etc.) is needed.
The objective of this study was to investigate the effects of thiol compounds with bovine oviduct epithlial crlls(BOEC) co culture on development and intracellular glutathione(GSH) concentrations of bovine embryos derived from IVM /IVF oocytes. In experiment 1 and 2, embryos developed to 2~8 cell stage after in vitro fertilization were co-cultured with BOEC in CR$_1$aa with or without $\beta$-mercaptoethanol($\beta$-ME) and cysteamine. The percentage of embryos that developed to morulae and blastocysts in 0,10, 25 and 5O$\pi$M $\beta$-ME with BOEC was 48.1, 64.0, 72.9 and 75.9%, respectively. Twenty-five and 5O$\pi$M $\beta$-ME groups were significantly higher than in 0 and 1O$\pi$M $\beta$- -ME groups(P$\pi$M cysteamine with BOEC was 50.0, 53.2, 72.0 and 66.7%, respectively. Fifty $\pi$M cysteamine group was significantly higher than any other groups (P$_4$aa with 0 and 5O$\pi$M $\beta$-ME or cysteamine were 68.5, 77.8, 78.7 and 80.0pM, respectively. Fifty $\pi$M $\beta$-ME group was significantly higher than that of control(P<0.05), but cysteamine group was not. Cell numbers of blastocysts were not difference in all experimental groups. These experiments indicate that $\beta$-ME and cysteamine with BOEC co-culture can affect the development and intracellular GSH concentrations of bovine embryos produced by IVM /IVF docytes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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