The objective of this study was to examine the effect of macromolecule in a maturation medium on nuclear maturation, intracellular glutathione (GSH) level of oocytes, and embryonic development after parthenogenetic activation (PA) and somatic cell nuclear transfer (SCNT) in pigs. Immature pig oocytes were cultured in maturation medium that was supplemented with each polyvinyl alcohol (PVA), pig follicular fluid (pFF) or newborn calf serum (NBCS) during the first 22 h and the second 22 h. Oocyte maturation was not influenced by the source of macromolecules during in vitro maturation (IVM). Embryo cleavage and cell number in blastocyst after PA was altered by the source of macromolecule but no difference was observed in blastocyst formation among treatments. Oocytes matured in PVA-PVA medium showed lower rates of oocyte-cell fusion (70.4% vs. 77${\sim}$82%) and embryo cleavage (75% vs. 86${\sim}$90%) after SCNT than those matured in other media but blastocyst formation was not altered (13${\sim}$27%) by different macromolecules. pFF added to IVM medium significantly increased the intracellular GSH level of oocytes compared to PVA and NBCS, particularly when pFF was supplemented during the first 22 h of IVM. Our results demonstrate that source of macromolecule in IVM medium influences developmental competence of oocytes after PA and SCNT, and that pFF supplementation during the early period (first 22 h) of IVM increases intracellular GSH level of oocytes.
Hassan, Bahia M.S.;Fang, Xun;Roy, Pantu Kumar;Shin, Sang Tae;Cho, Jong Ki
Journal of Embryo Transfer
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v.32
no.3
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pp.123-130
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2017
This study was conducted to investigate the effects of alpha-lipoic acid (aLA) as an antioxidant that decrease the reactive oxygen species (ROS) in bovine embryonic development. Slaughterhouse derived bovine immature oocytes were collected and 4 different concentrations (0, 5, 10 and 20 mM) of aLA was supplemented in bovine in vitro maturation (IVM) medium. After 20 hrs of IVM, maturation rates, levels of ROS and glutathione (GSH), and further embryonic development after parthenogenetic activation (PA) and in vitro fertilization (IVF) was investigated according to aLA concentrations. Maturation rate was significantly higher in 10 mM group than other groups (80.5% vs. 62.9, 73.9, 64.2%; P<0.05). In the levels of ROS and GSH in matured oocytes as an indicator of oocyte quality, significantly better results were shown in 5 and 10 mM groups compared with other 2 groups. After IVM, significantly higher rates of blastocyst formation were shown in 10 mM groups in both of PA (27.9% vs. 18.8, 22.3, 14.2%; P<0.05) and IVF (32.6% vs. 23.9, 27.3, 16.2%; P<0.05) embryos. In addition, significantly more cell total cell number and higher inner cell mass ratio in 10 mM PA and IVP blastocysts showed developmental competence in 10 uM groups. Therefore, based on the entire data from this study, using $10{\mu}M$ of aLA confirmed to be the optimal concentration for bovine oocyte maturation and embryonic development.
Response of the oocytes to parthenogenetic activation is one of the indice for cytoplasmic maturation. Maturational age-dependent parthenogenetic activation was examined in bovine oocytes. Follicular oocytes recovered from the slaughter house ovaries were matured in vitro in TCM 199+15% FCS+1Oiu/ml PMSG +10 iu/ml hCG from 24 to 48 h at 6 h intervals. The in vitro matured oocytes were activated by 7% ethanol for 7 min. The nuclear maturation and the cytoplasmic maturation were analysed by the nuclear configuration and pronuclei formation stained by rapid staining method. Cumulus oophori expansion increased as the maturation time increased. Proportions of the nuclear maturation were 81, 89, 72, 60 and 60% in IVM 24, 30, 36, 42 and 48 h groups, respectively. Abnor¬mality in metaphase II chromosome increased sharply from 36 h IVM. The rates of the pronuclei formation and diploid upon ethanol activation were 67, 68, 73, 84 and 87%, and 4, 5, 10, 16 and 20% in IVM 24, 30, 36, 42 and 48 h groups, respectively. It was suggested that maturational age increased the formation of the pronuclei and diploid, and that cytoplasmic maturation require longer maturation period than normal nuclear maturation. These results should be useful for determination of an appropriate time for fertilization in mammalian eggs matured or preincubated in vitro.
The present study was carried out to examine the effect of catalase (CAT) on in vitro maturation (IVM) of porcine follicular oocytes and oxygen concentration with CAT on in vitro development (IVD) of porcine IVM/IVF embryos. The results were summarized as follows - 1 . The rates of nuclear maturation, penetrated oocytes, pronucleus formation rates, polyspermic oocytes and mean numbers of the penetrated sperm were significantly lower in oocytes matured with 100, 500 and 1,000 units/ml CAT than those of central groups (P>0.05). 2. The rates of blastocyst formation and total cell numbers of blastocyst at day 7 after in vitro fertilization were significantly lower in CAT treatment groups than those of the central groups (P>0.05). 3. There were not significant difference in the blastocyst development and total cell numbers of blastocyst on in vitro culture of NCSU-23 media with 0, 100, 500 and 1000 units/ml CAT under the 5% and 20% $O_2$ concentrations. These results suggested that the addition of CAT was not helpful for porcine oocyte maturation and further development, also the rates of blastocyst formation and total cell numbers of blastocyst at day 7 of porcine IVM/IVF embryos were not significantly different in the NCSU-23 culture medium under the 5% and 20% $O_2$ concentrations.
Heejae Kang;Seonggyu Bang;Heyyoung Kim;Ayeong Han;Shuntaro Miura;Hye Sun Park;Islam M. Saadeldin;Sanghoon Lee;Jongki Cho
Korean Journal of Veterinary Research
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v.63
no.4
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pp.40.1-40.7
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2023
To optimize the most efficient method for porcine in vitro maturation (IVM), we compared the effects of supplementing extracellular vesicles (EVs) derived from porcine follicular fluid (pFF). The cumulus oocyte complexes were grouped into 4 groups with different supplementations as following: pFF (G1), pFF-depleted EVs (G2), EVs (G3) and control (G4) groups. After IVM with different supplementations, maturation rates and the developmental competences of porcine oocytes and blastocyst development were investigated. Additionally, glutathione (GSH) and reactive oxygen species (ROS) levels were measured in mature oocytes. The EVs were isolated and characterized with cryo-TEM and nanoparticle tracking analysis. The pFF significantly affected the maturation rate, whereas the presence of EVs did not show notable difference in the maturation rates. Although there were numerical increases in the measured parameters in EV and pFF-depleted EVs groups, no significant differences were observed between them. The EV group showed similar oocyte maturation rate for both positive and negative control groups. The GSH was not different among the groups, but ROS levels were significantly lower in pFF-supplemented group when compared with other groups with the highest level in the control group. G2 group wasn't significantly different G1 and G3 group. G3 group wasn't significantly different from G2 and G4 group. This suggests that EVs in IVM medium which probably effected partially to protect against oxidative stress and potentially enhance the quality of oocytes. This study indicates that the EVs in pFF play a significant role in improving the efficiency of oocyte maturation in porcine.
Melatonin (N-acetyl-5-methoxytryptamine), a major hormone of pineal gland in vertebrates, is known to be associated with regulation of the dynamic physiological functions in general and has some functions on reproduction in the ovarian follicles in particular. And its antioxidant properties as a scavenger are also reported. The aim of this study was to investigate the effect of melatonin on the in vitro maturation of mouse germinal vesicle (GV)-stage oocytes. Oocyte maturation, apoptosis, and mRNA expression of melatonin receptor were analyzed in the cumulus cell-enclosed oocytes (CEOs) cultured with melatonin for 18 h. The CEOs were obtained from 3 wk-old ICR female mice cultured in media with 0, 0.1 nM, 10 nM, or 1,000 nM melatonin for 18 h. And then the extrusion of the first polar body was assessed to evaluate the maturation rate. The apoptosis and mRNA expression of melatonin receptor (Mtnr1-a and Mtnr1-b) in cumulus cells of each group were measured by TUNEL assay, ELISA, and real time RT-PCR after in vitro maturation(IVM). The addition of melatonin in the IVM medium significantly improved nuclear maturation of the mouse GV oocytes and the highest maturation rate were obtained from the group treated with 1,000 nM melatonin. Apoptosis was not detected in IVM oocytes, but detected in cumulus cells. And cumulus cells treated with 1,000 nM melatonin exhibited significantly lower apoptosis. In the group treated with 1,000 nM melatonin, the expression of melatonin receptor mRNA was decreased in CEOs. In conclusion, melatonin has a potentially important role for regulating oocyte maturation and reduces the apoptosis of cumulus cells in vitro.
Mitochondrial dysfunction is found in oocytes and transmitted to offspring due to maternal obesity. Treatment of obese mothers with endoplasmic reticulum (ER) stress inhibitors such as salubrinal (SAL) can reverse the mitochondrial dysfunction and result in normal embryonic development. Pig oocytes have also shown ER stress mostly in metaphase II stage. ER stress in oocytes may hinder the in vitro production of pig embryos. This study investigated the effect of ER stress inhibition by SAL treatment during in vitro maturation (IVM) of porcine oocytes at 1, 10, 50 and 100 nM concentrations. Firstly, we tested various concentrations of SAL. SAL at 10 nM showed higher (P < 0.05) developmental competence to the blastocyst stage (55.6%) after parthenogenesis (PA) than control (44.2%) while not different from other concentrations (49.2, 51.6, and 50.8% for 1, 50, and 100 nM, respectively). Secondly, we performed time-dependent treatment at 10 nM of SAL for IVM of oocytes. It revealed that treatment with SAL during 22 to 44 h of IVM significantly improved PA embryonic development to the blastocyst stage compared to control (40.5, 46.3, 51.7 and 60.2% for control, 0 to 22 h, 22 to 44 h and 0 to 44 h of IVM, respectively, P < 0.05). Glutathione (GSH) content is an indicator of cytoplasmic maturation of oocytes. Reactive oxygen species (ROS) have a harmful effect on developmental competence of oocytes. For this, we determined the intraoocyte levels of GSH and ROS after 44 h of IVM. It was found that SAL increased intraoocyte GSH level and also decreased ROS level (P < 0.05). Finally, we performed somatic cell nuclear transfer (SCNT) after treating oocytes with 10 nM SAL during IVM. SAL treatment significantly improved blastocyst formation of SCNT embryos compared to control (39.6% vs. 24.7%, P < 0.05). Our results indicate that treatment of pig oocytes with ER stress inhibitor SAL during IVM improves preimplantation development PA and cloned pig embryos by influencing cytoplasmic maturation in terms of increased GSH content and decreased ROS level in IVM pig oocytes.
Background: Ergothioneine (EGT) is a natural amino acid derivative in various animal organs and is a bioactive compound recognized as a food and medicine. Objectives: This study examined the effects of EGT supplementation during the in vitro maturation (IVM) period on porcine oocyte maturation and subsequent embryonic development competence after in vitro fertilization (IVF). Methods: Each EGT concentration (0, 10, 50, and 100 μM) was supplemented in the maturation medium during IVM. After IVM, nuclear maturation, intracellular glutathione (GSH), and reactive oxygen species (ROS) levels of oocytes were investigated. In addition, the genes related to cumulus function and antioxidant pathways in oocytes or cumulus cells were investigated. Finally, this study examined whether EGT could affect embryonic development after IVF. Results: After IVM, the EGT supplementation group showed significantly higher intracellular GSH levels and significantly lower intracellular ROS levels than the control group. Moreover, the expression levels of hyaluronan synthase 2 and Connexin 43 were significantly higher in the 10 μM EGT group than in the control group. The expression levels of nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) and NAD(P)H quinone dehydrogenase 1 (NQO1) were significantly higher in the oocytes of the 10 μM EGT group than in the control group. In the assessment of subsequent embryonic development after IVF, the 10 μM EGT treatment group improved the cleavage and blastocyst rate significantly than the control group. Conclusions: Supplementation of EGT improved oocyte maturation and embryonic development by reducing oxidative stress in IVM oocytes.
Park, Kyu-Mi;Kim, Kyu-Jun;Jin, Minghui;Han, Yongquan;So, Kyoung-Ha;Hyun, Sang-Hwan
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.32
no.12
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pp.1844-1853
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2019
Objective: We investigated how pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) affects embryonic development during pre-in vitro maturation (pre-IVM) using porcine oocytes isolated from small follicles. Methods: We divided the follicles into the experimental groups by size (SF, small follicles; MF, medium follicles) and treated with and without PACAP and cultured for 18 hours (PreSF[-]PACAP; without PACAP, Pre-SF[+]PACAP; with PACAP) before undergoing IVM. The gene expression related to extracellular matrix formation (amphiregulin, epiregulin, and hyaluronan synthase 2 [HAS2]) and apoptosis (Bcl-2-associated X [BAX], B-cell lymphoma 2, and cysteine-aspartic acid protease 3) was investigated after maturation. The impact on developmental competence was assessed by the cleavage and blastocyst rate and total cell number of blastocysts in embryos generated from parthenogenesis (PA) and in vitro fertilization (IVF). Results: Cleavage rates in the Pre-SF(+)PACAP after PA were significantly higher than SF and Pre-SF(-)PACAP (p<0.05). The cleavage rates between MF and Pre- SF(+)PACAP groups yielded no notable differences after IVF. Pre-SF(+)PACAP displayed the higher rate of blastocyst formation and greater total cell number than SF and Pre-SF(-)PACAP (p<0.05). Cumulus cells showed significant upregulation of HAS2 mRNA in the Pre-SF(+)PACAP compared to the SF (p<0.05). In comparison to other groups, the Pre-SF(+)PACAP group displayed a downregulation in mRNA expression of BAX in matured oocytes (p<0.05). Conclusion: The PACAP treatment during pre-IVM improved the developmental potential of porcine oocytes derived from SF by regulating cumulus expansion and apoptosis of oocytes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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