Autophagy is an intracellular degradation and recycling system. Oocyte maturation is dynamic process, in which various proteins should be synthesized and degraded. In our previous study, we reported the loci of autophagosome and dynamics of autophagic activity in porcine oocytes during in vitro maturation. In this study, we verified loci of autophagosome in porcine follicular cumulus-oocyte complex by detection of microtubule-associated protein 1A/1B-light chain 3 (LC3) which is the reliable marker of autophagosome. Porcine ovary including various sizes of follicles was fixed within 1 hour after collection from slaughterhouse. After fixation, immunohistochemistry was conducted on sliced ovary tissue containing various sizes of follicles by using LC3 antibody. As a result, LC3 signal was clearly detected in both cumulus and oocytes of various sizes of follicles. We also found ring shaped signal which represent autophagosome near oocyte membrane. Most of the signals in oocytes were localized nearby cellular membrane while evenly dispersed in cumulus cells. Therefore, this result suggests that autophagy occurs in porcine COCs (cumulus-oocyte complexes) at follicular stage.
Morphology of cumulus-oocyte-complexes (COCs) at germinal vesicle (GV) stage as one of the evaluation criteria for oocyte maturation quality after in vitro maturation (IVM) plays important roles on the meiotic maturation, fertilization and early embryonic development in pigs. When cumulus cells of COCs are insufficient, which is induced the low oocyte maturation rate by the increasing of reactive oxygen species (ROS) in porcine oocyte during IVM. The ROS are known to generate including superoxide and hydrogen peroxide from electron transport system of mitochondria during oocyte maturation in pigs. To regulate the ROS production, the cumulus cells is secreted the various antioxidant enzymes during IVM of porcine oocyte. Our previous study showed that Mito-TEMPO, superoxide specific scavenger, improves the embryonic developmental competence and blastocyst formation rate by regulating of mitochondria functions in pigs. However, the effects of Mito-TEMPO as a superoxide scavenger to help the anti-oxidant functions from cumulus cells of COCs on meiotic maturation during porcine oocyte IVM has not been reported. Here, we categorized experimental groups into two groups (Grade 1: G1; high cumulus cells and Grade 2: G2; low cumulus cells) by using hemocytometer. The meiotic maturation rate from G2 was significantly (p < 0.05) decreased (G1: $79.9{\pm}3.8%$ vs G2: $57.5{\pm}4.6%$) compared to G1. To investigate the production of mitochondria derived superoxide, we used the mitochondrial superoxide dye, Mito-SOX. Red fluorescence of Mito-SOX detected superoxide was significantly (p < 0.05) increased in COCs of G2 compared with G1. And, we examined expression levels of genes associated with mitochondrial antioxidant such as SOD1, SOD2 and PRDX3 using a RT-PCR in porcine COCs at 44 h of IVM. The mRNA levels of three antioxidant enzymes expression in COCs from G2 were significantly (p < 0.05) lower than COCs of G1. In addition, we investigated the anti-oxidative effects of Mito-TEMPO on meiotic maturation of porcine oocyte from G1 and G2. Meiotic maturation and mRNA levels of antioxidant enzymes were significantly (p < 0.05) recovered in G2 by Mito-TEMPO ($0.1{\mu}M$, MT) treatment (G2: $68.4{\pm}3.2%$ vs G2 + MT: $73.9{\pm}1.4%$). Therefore, our results suggest that reduction of mitochondria derived superoxide by Mito-TEMPO may improves the meiotic maturation in IVM of porcine oocyte.
Park, Hyo-Jin;Kim, In-Su;Kim, Jin-Woo;Yang, Seul-Gi;Kim, Min-Ji;Koo, Deog-Bon
Journal of Animal Reproduction and Biotechnology
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v.34
no.3
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pp.212-221
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2019
Sestrin-2 (SESN2) as a stress-metabolic protein is known for its anti-oxidative effects as a downstream factor of PERK pathways in mammalian cells. However, the expression patterns of SESN2 in conjunction with the UPR signaling against to ER stress on porcine oocyte maturation in vitro, have not been reported. Therefore, we confirmed the expression pattern of SESN2 protein, for which to examine the relationship between PERK signaling and SESN2 in porcine oocyte during IVM. We investigated the SESN2 expression patterns using Western blot analysis in denuded oocytes (DOs), cumulus cells (CCs), and cumulus-oocyte complexes (COCs) at 22 and 44 h of IVM. As expected, the SESN2 protein level significantly increased (p < 0.01) in porcine COCs during 44 h of IVM. We investigated the meiotic maturation after applying ER stress inhibitor in various concentration (50, 100 and 200 μM) of tauroursodeoxycholic acid (TUDCA). We confirmed significant increase (p < 0.05) of meiotic maturation rate in TUDCA 200 μM treated COCs for 44 h of IVM. Finally, we confirmed the protein level of SESN2 and meiotic maturation via regulating ER-stress by only tunicamycin (Tm), only TUDCA, and Tm + TUDCA treatment in porcine COCs. As a result, treatment of the TUDCA following Tm pre-treatment reduced SESN2 protein level in porcine COCs. In addition, SESN2 protein level significantly reduced in only TUDCA treated porcine COCs. Our results suggest that the SESN2 expression is related to the stress mediator response to ER stress through the PERK signaling pathways in porcine oocyte maturation.
This study was conducted to find out the recovery rate of oocyte according to the different size of follicles from porcine ovaries, and the effect of in vitro maturation of porcine immature oocyte at the different transportation temperature of ovaries from slaughter house. The results obtained were summarized as follows : 1. The number of follicles per ovary was 22.5. The number of A-and B-typed oocytes(type A: cumulus-enclosed oocyte, type-B : corona-enclosed oocyte) per ovary was 2.4. The proportion of A-and B-typed oocytes was 29.6% of the total recovery oocytes. 2. When the immature oocytes were cultured for 36, 40, 44 and 48 h at 5$^{\circ}C$ transportation temperature of ovary, the germinal vesicle breakdown(GVBD) rates of porcine oocytes were 32.5, 28.2, 22.6 and 25.9% respectively. There were no significant differences between all the culture time for GVBD. Especially, most of oocytes were observed to arrest the development beyond germinal vesicle(GV) stage. 3. When the immature oocytes were cultured for 36, 40, 44 and 48 h at $25^{\circ}C$ transportation temperature of ovary, the GVBD rates were 81.0, 90.0, 91.7 and 92.9%, and the maturation (Met-II) rates were 51.2, 78.8, 76.2 and 78.6%, respectively. 4. When the immature oocytes were cultured for 36, 40, 44 and 48 h at 38$^{\circ}C$ transportation temperature of ovary, the GVBD rates were 93.9, 96.5, 96.5 and 95.3%, and the maturation rates were 62.2, 88.4, 84.7 and 86.0%, respectively. 5. The above results showed that the maturation rates of immature oocytes between $25^{\circ}C$ and 38$^{\circ}C$ transportation temperature of ovary did not differ significantly.
The objective of this study was to identify a follicular fluid ingredient inhibiting the cumulus oocyte complex (COC) expansion. Thus, follicular fluid or liquid chromatographic fractions of follicular fluid was supplemented in COC culture medium. And COCs were incubated for 48 hours to investigate about cumulus expansion and also the first polar body extrusion. The results obtained were as follows; 1. The fluid of medium follicle significantly inhibited the COC expansion. 2. The fluid of large follicle inhibited the COC expansion. 3. Follicular fluid showed six major fractions at retention volumes (RVs) 1.83, 1.91, 2.15, 2.34, 2.53 and 2.74 ml after separation with Superose 12 column. Of the major fractions, fractions RV2.15, RV2.34, RV2.53 and RV2.74 inhibited both COC expansion and polar body extrusion. Especially, fractions of RV2.15 and RV2.53 significantly inhibited COC expansion, oocyte denudation and polar body extrusion. In conclusion, porcine follicular fluid contained a COC expansion inhibiting ingredient (CEI) that may be contained largely in fractions RV2.15 and RV2.53. And CEI may inhibit oocyte maturation by inhibition of oocyte denudation and extrusion of the first polar body.
Presently, the effect of 0.5 mM dibutyryl cAMP (dbcAMP)-supplemented maturation medium during different incubation time on meiotic arrest (germinal vesicle) and resumption (metaphase II) of porcine oocytes and embryonic development of porcine oocytes following in vitro fertilization (IVF) or parthenogenetic activation (PA) was determined. Porcine cumulus oocyte complexes (COCs) were cultured in 0.5 mM dbcAMP for 17, 22, 27, or 42 h, and an additional 22 h without 0.5 mM dbcAMP. The nuclear status was examined at each time point. Oocytes cultured from 39~49 h displayed more than 80% meiotic resumption. More than 85 % of meiotic arrest was presented at 17~22 h. Oocytes were cultured for 22 h with 0.5 mM dbcAMP and additional 22 h without dbcAMP to assess developmental potential following IVF or PA. There were no significant differences in blastocyst rates among the dbcAMPIVF, IVF, dbcAMP-PA, and PA groups, although cleavage rate of IVF group was significantly higher than those of dbcAMP-PA, and PA groups. In conclusion, 0.5 mM dbcAMP influenced meiotic maturation of porcine oocytes depending on incubation time of oocyte, although embryonic development was not improved in both IVF and PA.
In the present study, effects of concentration and time of culture in presence of roscovitine on nuclear maturation and meiotic spindle configuration, chromosomal alignment were examined in porcine oocytes. In experiment 1, porcine cumulus oocyte complexes (COCs) were cultured at $39^{\circ}C$ in a 5% $CO_2$ atmosphere in North Carolina State University 23 (NCSU-23) supplemented with 25, 50, 75 or $100\;{\mu}M$ roscovitine for 22 h and then were cultured for additional 22 h after removal of roscovitine. Nuclear maturation and morphology of the meiotic spindle and chromosomal alignment were examined to determine the optimal concentration of roscovitine in oocyte maturation. In experiment 2, COCs were cultured in NCSU-23 supplemented with $50\;{\mu}M$ roscovitine for 17, 20, 27 or 42 h and then an additional 22 h without roscovitine was followed to determine the optimal time of culture. The optimal concentration of roscovitine to arrest and resume meiosis of porcine oocyte was $50\;{\mu}M$ by examining nuclear status (p<0.05) and normal spindle and chromosome configuration. The optimal time of culture in presence of roscovitine to arrest meiosis of porcine oocyte was 17 h (p<0.05), although MII rates and normal morphology of the meiotic spindle and chromosomal alignment were not significantly different among various times of culture. In conclusion, the optimal concentration and time of culture in presence of roscovitine to arrest porcine oocytes are $50\;{\mu}M$ and 17 h, respectively.
This study was conducted to find out the effect of follicle size and oocyte type on in vitro maturation of poricine follicular oocytes. TCM-HEPEAS medium was used to basic medium, and the oocyte matured in vitro was stained with the Rapid staining method. The results obtained were summarized as follows; 1. The number of follicles an ovary was 20.5. The number of A-and B-typed oocytes an ovary was 2.34. The proportion of A-and b-types oocytes was 40% of the recovery oocytes. 2. Cumulus expanison indexes(CEI) by the follicle size were 1.62∼2.34(<2mm), 1.27∼2.28(2∼5mm) and 1.46∼2.75(>5mm). It was no differ to maturation rate by the follicle size. 3. The degree of oocyte maturation based on oocyte type did not differ for B-and C-typed oocyted but the index of oocyte type A was higher than that of b-and C-typed oocytes. 4. When follicluar oocytes were cultured for 42 hours, the proportion of the Met-II(second metaphase) stage were 22.5% (degree 1), 35.4%(degree 2) and 65.5% (degree 3).
Hyeonyeong Shin;Soyeon Kim;Myungyoun Kim;Jaeeun Lee;Dongil Jin
Journal of Animal Science and Technology
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v.65
no.4
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pp.767-778
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2023
The aim of the research is to identify that porcine oocytes can function as recipients for interspecies cloning and have the ability to develop to blastocysts. Furthermore each mitochondrial DNA (mtDNA) in interspecises cloned embryos was analyzed. For the study, mouse-porcine and porcine-porcine cloned embryos were produced with mouse fetal fibroblasts (MFF) and porcine fetal fibroblasts (PFF), respectively, introduced as donor cells into enucleated porcine oocytes. The developmental rate and cell numbers of blastocysts between intraspecies porcine-porcine and interspecies mouse-porcine cloned embryos were compared and real-time polymerase chain reaction (PCR) was performed for the estimate of mouse and porcine mtDNA copy number in mouse-porcine cloned embryos at different stages.There was no significant difference in the developmental rate or total blastocyst number between mouse-porcine cloned embryos and porcine-porcine cloned embryos (11.1 ± 0.9%, 25 ± 3.5 vs. 10.1 ± 1.2%, 24 ± 6.3). In mouse-porcine reconstructed embryos, the copy numbers of mouse somatic cell-derived mtDNA decreased between the 1-cell and blastocyst stages, whereas the copy number of porcine oocyte-derived mtDNA significantly increased during this period, as assessed by real-time PCR analysis. In our real-time PCR analysis, we improved the standard curve construction-based method to analyze the level of mtDNA between mouse donor cells and porcine oocytes using the copy number of mouse beta-actin DNA as a standard. Our findings suggest that mouse-porcine cloned embryos have the ability to develop to blastocysts in vitro and exhibit mitochondrial heteroplasmy from the 1-cell to blastocyst stages and the mouse-derived mitochondria can be gradually replaced with those of the porcine oocyte in the early developmental stages of mouse-porcine cloned embryos.
In vitro maturation of porcine immature cumulus-enclosed oocytes can be enhanced by co-incubation with spermatozoa even before fertilization. The aim of this study was to determine whether the addition of spermatozoa into the culture medium can stimulate the meiosis resumption of porcine cumulus-enclosed oocytes arrested at germinal vesicle (GV). Cumulus-enclosed oocytes (CEOs) were collected from follicles of 3 to 5mm diameter. Porcine CEOs were cultured in tissue culture medium containing various meiosis inhibitors and spermatozoa. Oocytes were examined for evidence of GV and GV breakdown after 24 h culture. After 24 h culture $43.8\%$ of oocytes cultured in only TCM 199 remained at GV stage whereas $56.2\%$ of oocytes were able to resume meiosis. When porcine CEOs were cultured in the medium with meiosis inhibitor such as, dibutyryl cAMP (dbcAMP) and forskolin (Fo), more than $90\%$ of oocytes were not able to resume meiosis. However, co-culture of porcine CEOs with spermatozoa was able to overcome the inhibitory effect of dbcAMP and Fo. Irrespective of the presence of 3-isobutyl-1-methylxanthine (IBMX), no difference was observed in the proportion of oocyte reached germinal vesicle breakdown (GVBD). The present study suggests that dbcAMP and Fo prevent the spontaneous maturation of competent oocyte in culture after isolation from follicles and that mammalian spermatozoa contain a substance(s) that improves meiosis resumption in vitro of porcine cumulus-enclosed oocytes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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