Nuclear transfer (NT) techniques have advanced in the last years, and cloned animals have been produced by using somatic cells in several species including pig. However, it is difficult that the nuclear transfer porcine embryos development to blastocyst stage overcoming the cell block in vitro. Abnormal segregation of chromosomes in nuclear transferred embryos on genome activation stage bring about embryo degeneration, abnormal blastocyst, delayed and low embryo development. Thus, we are evaluated that the correlations of the frequency of embryo developmental rates and chromosome aberration in NT and In viかo fertilization (IVF) derived embryo. We are used for ear-skin-fibroblast cell in NT. If only karyotyping of embryonic cells are chromosomally abnormal, they may difficultly remain undetected. Then, we evaluate the chromosome aberrations, fluorescent in situ hybridization (FISH) with porcine chromosome 1 submetacentric specific DNA probe were excuted. In normal diploid cell nucleus, two hybridization signal was detected. In contrast, abnormal cell figured one or three over signals. The developmental rates of NT and IVF embryos were 55% vs 63%, 32% vs 33% and 13% vs 17% in 2 cell, 8 cell and blastocyst, respectively. When looking at the types of chromosome aberration, the detection of aneuploidy at Day 3 on the embryo culture. The percentage of chromosome aneuploidy of NT and IVF at 4-cell stage 40.0%, 31.3%, respectively. This result indicate that chromosomal abnormalities are associated with low developmental rate in porcine NT embryo. It is also suggest that abnormal porcine embryos produced by NT associated with lower implantation rate, increase abortion rate and production of abnormal fetuses.
K. S. Chung;Ko, S. A;S. J. Song;J. T. Do;Park, Y. S.;Lee, H. T.
한국가축번식학회지
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제26권4호
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pp.385-394
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2002
This study was constructed the correlations of the embryonic developmental rates and the frequency of chromosome aberration using ear-skin-fibroblast cell in nuclear transfer (NT) derived embryos. Karyoplast-oocyte complexes were fused and activated simultaneously, then cultured for seven days to assess development. The developmental rates of NT and in vitro fertilization (IVF) embryos were 55.4% vs 63.5%, 31.7% vs 33% and 13.4% vs 16.8% in 2 cell, 8 cell and blastocyst, respectively. Firstly, the frequency of chromosome aberrations were evaluated using fluorescent in situ hybridization (FISH) technique with porcine chromosome 1 submetacentric specific probe. Chromosome aberration was detected at day 3 on the embryo culture, the percentages of chromosomal aneuploidy in NT and IVF embryos at 4-cell stage were 40%, 31.3%, respectively. Secondly, embryonic fragmentation was evaluated at 4-cell stage embryo. Frequency of embryonic fragmentations was in 51.3% of NT, 61.3% of IVF, 28.9% of parthenogenetic activation at 4-cell stage. The proportion of fragmentation in NT embryos was higher than activation embryos. This result indicates that chromosomal abnormalities and embryonic fragments are associated with low developmental rate in porcine NT embryo. It is also suggest that abnormal porcine embryos produced by NT related with lower implantation rate, increased abortion rate and production of abnormal fetuses.
Cytokines are protein mediators that possess the ability to assist cell-to-cell communication in immune system-related activities. In general, pathogen endotoxins activate the release of inflammatory mediators, and with time, there is an increase in the cytokine levels in the body. Interleukin (IL)-6 mediates the acute-phase inflammatory response, and elevated IL-6 levels have been reported in peritoneal fluids of women with pelvic inflammation and endometriosis, thereby associating it with oocyte quality and infertility. To overcome subfertility or infertility in humans and animals, the present study was done to examine the effect of recombinant IL-6 on porcine oocytes matured in vitro and subsequently to determine the fertilization rate and embryo development. Porcine oocytes were incubated with varying concentrations of IL-6 (0 - 2 ㎍·mL-1) for 44 h followed by in vitro fertilization and culturing of the oocytes. The oocytes or embryos were fixed with 3.7% paraformaldehyde (PFA) and stained with fluorescence dyes, and the meiotic spindle, chromosome organization, fertilization status and embryo development were subsequently assessed under a fluorescence microscope. We observed induction of an abnormal meiotic spindle alignment in the oocytes incubated with IL-6 compared to the control oocytes incubated without IL-6. Moreover, significantly decreased fertilization rates and embryo development were observed for oocytes incubated with IL-6 (p < 0.05). Thus, an increased IL-6 level during oocyte maturation could be associated with fertilization failure due to an aberrant chromosomal alignment and a disruption of the cortical granules. Taken together, our results indicate that successful assisted reproduction can be achieved by controlling the levels of inflammatory cytokines.
The faulty regulation of imprinting gene lead to the abnormal development of reconstructed embryo after nuclear transfer. However, the correlation between the imprinting status of donor cell and preimplantation stage of embryo development is not yet clear. In this study, to determine this correlation, we used the porcine spermatogonial stem cell (pSSC) and fetal fibroblast (pFF) as donor cells. As the results, the isolated cells with laminin matrix selection strongly expressed the GFR ${\alpha}$-1 and PLZF genes of SSCs specific markers. The pSSCs were maintained to 12 passages and positive for the pluripotent marker including OCT4, SSEA1 and NANOG. The methylation analysis of H19 DMR of pSSCs revealed that the zinc finger protein binding sites CTCF3 of H19 DMRs displayed an androgenic imprinting pattern (92.7%). Also, to investigate the reprogramming potential of pSSCs as donor cell, we compared the development rate and methylation status of H19 gene between the reconstructed embryos from pFF and pSSC. This result showed no significant differences of the development rate between the pFFs ($11.2{\pm}0.8%$) and SSCs ($13.3{\pm}1.1%$). However, interestingly, while the CTCF3 methylation status of pFF-NT blastocyst was decreased (36.3%), and the CTCF3 methylation status of pSSC-NT blastocyst was maintained. Therefore, this result suggested that the genomic imprinting status of pSSCs is more effective than that of normal somatic cells for the normal development because the maintenance of imprinting pattern is very important in early embryo stage.
Insulin-like growth factor II (IGF2) and H19 genes are mutually imprinted genes which may be responsible for abnormalities in the cloned fetuses and offspring. This study was performed to identify putative differentially methylated regions (DMRs) of porcine H19 locus and to explore its genomic imprinting in in vitro fertilized (IVF) and somatic cell nuclear transferred (SCNT) embryos. Based on mice genomic data, we identified DMRs on H19 and found porcine H19 DMRs that included three CTCF binding sites. Methylation patterns in IVF and SCNT embryos at the 2-, 4-, $8{\sim}16$-cells and blastocyst stages were analyzed by BS (Bisulfite Sequencing)-PCR. The CpGs in CTCF1 was significantly unmethylated in the 2-cell stage IVF embryos. However, the 4- (29.1%) and $8{\sim}16$-cell (68.2%) and blastocyst (48.2%) stages showed higher methylation levels (p<0.01). On the other hand, SCNT embryos were unmethylayted ($0{\sim}2%$) at all stages of development. The CpGs in CTCF2 showed almost unmethylation levels at the 2-,4- and $8{\sim}16$-cell and blastocyst stages of development in both IVF ($0{\sim}14.1%$) and SCNT ($0{\sim}6.4%$) embryos. At all stages of development, CTCF3 was unmethylated in IVF ($0{\sim}17.3%$) and SCNT ($0{\sim}1.2%$) embryos except at the blastocyst stage (54.5%) of IVF embryos. In conclusion, porcine SCNT embryos showed an aberrant methylation pattern comprised to IVF embryos. Therefore, we suggest that the aberrant methylation pattern of H19 loci may be a reason for increased abnormal fetus after embryo transfer of porcine SCNT embryos.
Beta-catenin is very important in early development including involvement in cell adhesion, cell signaling, and developmental fate specification. Cell-cell interaction is an important process during mammalian embryonic development. In preimplantation embryos, embryonic compaction is the process of increased cellular flattening and adhesion of junctional complexes and results in a polarized distribution. Beta-catenin is associated with embryonic compaction in mammals. Here, we examined the relationship between beta-catenin expression and compaction in porcine embryos derived from in vitro fertilization. First of all, we investigated beta-catenin expression in each embryonic developmental stage and also focused on expression pattern according to full, partial and non-compaction at morula stage. We used the immunocyto-chemical method in this research. To confirm compaction affects on the embryonic development, we compared between compaction and developmental rates to the blastocyst. The result showed that compaction and non-compaction rates were 14.6% and 63.8% at 4 days after IVF, respectively The developmental rates to the blastocyst and their total cell number were 50.9% vs 36.4% and 41.4$\pm$11.5 vs 26.8$\pm$12.7 in compaction and non-compaction groups. Although no difference was detected in the ratio of ICM to total cells between two groups, total cell number of the blastocysts in compaction group was superior to that of the blastocysts in non-compaction group (P<0.05). Expression of beta-catenin appeared in the boundary of membrane surface between blastomeres in 2- and 4-cell stage, and observed irregular pattern from 8-cell to blastocyst stage. We also investigated beta-catenin expression pattern according to the degree of compaction in the 3 groups; full, partial (>50%) and non-compaction. The expression signal in fully compacted embryos was stronger than those of partial and non-compacted embryos. Especially, beta-catenin expression appeared various patterns in morula stage suggesting the aberrant distribution of beta-catenin is affected by compaction patterns. Our results suggest that abnormal beta-catenin expression was affected by embryo quality and further development in porcine embryos in vitro.
This study was performed to identify the differentially methylated region (DMR) and to examine the mRNA expression of the imprinted H19 gene in day 35 of SCNT pig fetuses. The fetus and placenta at day 35 of gestation fetuses after natural mating (Control) or of cloned pig by somatic cell nuclear transfer (SCNT) were isolated from a uterus. To investigate the mRNA expression and methylation patterns of H19 gene, tissues from fetal liver and placenta including endometrial and extraembryonic tissues were collected. The mRNA expression was evaluated by real-time PCR and methylation pattern was analyzed by bisulfite sequencing method. Bisulfite analyses demonstrated that the differentially methylated region (DMR) was located between -1694 bp to -1338 bp upstream from translation start site of the H19 gene. H19 DMR (-1694 bp to -1338 bp) exhibits a normal mono allelic methylation pattern, and heavily methylated in sperm, but not in oocyte. In contrast to these finding, the analysis of the endometrium and/or extraembryonic tissues from SCNT embryos revealed a complex methylation pattern. The DNA methylation status of DMR Region In porcine H19 gene upstream was hypo methylated in SCNT tissues but hypermethylated in control tissues. Furthermore, the mRNA expression of H19 gene in liver, endometrium, and extraembryonic tissues was significantly higher in SCNT than those of control (p<0.05). These results suggest that the aberrant mRNA expression and the abnormal methylation pattern of imprinted H19 gene might be closely related to the inadequate fetal development of a cloned fetus, contributing to the low efficiency of genomic reprogramming.
So-Hee Kim;Seung-Eun Lee;Jae-Wook Yoon;Hyo-Jin Park;Seung-Hwan Oh;Do-Geon Lee;Da-Bin Pyeon;Eun-Young Kim;Se-Pill Park
Animal Bioscience
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제36권5호
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pp.710-719
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2023
Objective: The present study investigated whether protodioscin (PD), a steroidal saponin mainly found in rhizome of Dioscorea species, alleviates oxidative stress-induced damage of porcine oocytes during in vitro maturation. Methods: Oocytes were treated with different concentrations of PD (0, 1, 10, 100, and 200 µM) in the presence of 200 µM H2O2 during in vitro maturation. Following maturation, spindle morphology and mitogen-activated protein kinase activity was assessed along with reactive oxygen species level, GSH activity, and mRNA expression of endogenous antioxidant genes at the MII stage. On the day 7 after parthenogenetic activation, blastocyst formation rate was calculated and the quality of embryo and mRNA expression of development-related genes was evaluated. Results: Developmental competence was significantly poorer in the 0 µM PD-treated (control) group than in the non-treated (normal) and 10 µM PD-treated (10PD) groups. Although the reactive oxygen species level did not significantly differ between these three groups, the glutathione level and mRNA expression of antioxidant genes (superoxide dismutase 1 [SOD1], SOD2, nuclear factor erythroid 2-related factor 2 [Nrf2], and hemo oxygenase-1 [HO-1]) were significantly higher in the normal and 10PD groups than in the control group. In addition, the percentage of oocytes with defective spindle and abnormal chromosomal alignment was significantly lower and the ratio of phosphorylated p44/42 to total p44/42 was significantly higher in the normal and 10PD groups than in the control group. The total cell number per blastocyst was significantly higher in the 10PD group than in the control group. The percentage of apoptotic cells in blastocysts was highest in the control group; however, the difference was not significant. mRNA expression of development-related genes (POU domain, class 5, transcription factor 1 [POU5F1], caudal type homeobox 2 [CDX2], Nanog homeobox [NANOG]) was consistently increased by addition of PD. Conclusion: The PD effectively improves the developmental competence and quality of blastocysts by protecting porcine oocytes against oxidative stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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