Embryonic compaction is essential for normal preimplantation development in mammals. The present study was to investigate the effects of compaction patterns on developmental competence of pig embryos. The proportion of blastocyst formation derived from compacted morula was higher than those of compacting and pre-compacting morula (P<0.01). Nuclei numbers of inner cell mass (ICM), trophectoderm (TE), and total of blastocysts derived from compacted group were also superior to those of compacting and pre-compacting groups (P<0.05). Then, compaction patterns, developmental ability and structural integrity were compared between mono- and poly-spermic embryos. The rate of compacted morula in mono-spermic embryos was higher than that of poly-spermic embryos (P<0.05). Especially, the rate of blastocyst formation derived from compacted embryos in mono-spermic embryo group was higher than that of poly-spermic embryo group (P<0.05), although no difference was detected between the two groups in the structural integrity. Finally, we confirmed that beta-catenin was differentially expressed according to compaction patterns in morula and blastocyst stage embryos. In conclusion, our results suggest that the compaction patterns during preimplantation development play a direct role in developmetal competence and quality of pig embryos.
Cell adhesion plays an important role in the differentiation of the morphogenesis and the trophectoderm epithelium of the blastocyst. In the porcine embryo, CDH1 mediated adhesion initiates at compaction before blastocyst formation, regulated post-translationally via protein kinase C and other signaling molecules. Here we focus on muscle RAS oncogene homolog (M-RAS), which is the closest relative to the RAS related proteins and shares most regulatory and effector interactions. To characterize the effects of M-RAS on embryo compaction, we used gain- and loss-of-function strategies in porcine embryos, in which M-RAS gene structure and protein sequence are conserved. We showed that knockdown of M-RAS in zygotes reduced embryo development abilities and CDH1 expression. Moreover, the phosphorylation of ERK was also decreased in M-RAS KD embryos. Overexpression of M-RAS allows M-RAS KD embryos to rescue the embryo compaction and blastocyst formation. Collectively, these results highlight novel conserved and multiple effects of M-RAS during porcine embryo development.
The first morphogenetic event of preimplantation development, compaction, was required efficient production of porcine embryos in vitro. Compaction of the porcine embryo, which takes place at post 4-cell stage, is dependent upon the adhesion molecule E-cadherin. The E-cadherin through ${\beta}$-catenin contributes to stable cell-cell adhesion. Rho-associated kinase (ROCK) signaling was found to support the integrity of E-cadherin based cell contacts. In this study, we traced the effects of ROCK-1 on early embryonic development and structural integrity of blastocysts in pigs. Then, in order to gain new insights into the process of compaction, we also examined whether ROCK-1 signaling is involved in the regulation of the compaction mediated by E-cadherin of cellular adhesion molecules. As a result, real-time RT-PCR analysis showed that the expression of ROCK-1 mRNA was presented throughout porcine preimplantation stages, but not expressed as consistent levels. Thus, we investigated the blastocyst formation of porcine embryos treated with LPA and Y27632. Blastocysts formation and their qualities in LPA treated group increased significantly compared to those in the Y27632-treated group (p < 0.05). Then, to determine whether ROCK-1 associates embryonic compaction, we explored the effect of activator and/or inhibitor of ROCK-1 on compaction of embryos in pigs. The rate of compacted morula in LPA treated group was increased compared to that in the Y27632-treated group (39.7 vs 12.0%). Furthermore, we investigated the localization and expression pattern of E-cadherin at 4-cell stage porcine embryos in both LPA- and Y27632-treated groups by immunocytochemical analysis and Western blot analysis. The expression of E-cadherin was increased in LPA-treated group compared to that in the Y27632-treated group. The localization of E-cadherin in LPA-treated group was enriched in part of blastomere contacts compared to that Y27632-treated group. ROCK-1 as a crucial mediator of embryo compaction may plays an important role in regulating compaction through E-cadherin of the cell adhesion during the porcine preimplantation embryo. We concluded that ROCK-1 gene may affect the developmental potential of porcine blastocysts through regulating embryonic compaction.
In mammalian development, the embryo which is in the process of compaction, involves a progressive flattening of blastomeres against each other with the consequence that the embryo assumes a spherical shape. This stage happens in the first differentiation. The present study was aimed to examine the involvement of other metal ions in compaction by treating with various divalent cations in the absence of $Ca^{++}$. When 8-cell embryos were cultured in $Ca^{++}$-free medium for 24hrs, they developed to 16-cell stage but did not compaction, and degenerated after 48hrs of culture. Embryos were cultured in $Ca^{++}$-free medium for 24hrs and then transferred to the control medium showed the normal compaction afterwards. When 8-cell embryos were cultured in the presence of $Ni^{++}$, known as a $Ca^{++}$ inhibitor, they cleaved to 16-cell stage but did not compact in the absence of $Ca^{++}$. On the other hand, embryos cultured in the media containing both $Ca^{++}$ and $Ni^{++}$ developed normally so that they underwent compaction during culture for 48hrs. However, they failed to hatch during further 24hrs in the same medium, indicationg that $Ni^{++}$ may exert some harmful effects. Embryos grow in the control medium that contained $Ca^{++}$ but not $Ni^{++}$, developed to the hatched blastocysts. The treatment with $Cd^{++}$$10^{-1}$,$10^{-2}{\mu}M$, $Mn^{++}$ or $Ba^{++}$ 10,100, $1000{\mu}M$ in $Ca^{++}$-free medium, respectively, inhibited compaction and embryonic degeneration began as in $Ca^{++}$-free medium. When 3, 5, 10mM of $Sr^{++}$, known as a substitute for $Ca^{++}$ in cell, was added to $Ca^{++}$-free medium, respectively, compaction was induced unlike the above metal ions. Embryos were cultured in $Sr^{++}$ developed to blastocysts, but failed to hatch after 72hrs and degenrated. On the other hand, when embryos were cultured in 3, 5, 10mM of $Sr^{++}$ but in $Ca^{++}$-free medium for 24hrs respectively and then transferred to the control, they showed the similiar development as that in the control.
Objective: This study was conducted to investigate the roles of LIM kinases (LIMK1 and LIMK2) during porcine early embryo development. We checked the mRNA expression patterns and localization of LIMK1/2 to evaluate their characterization. We further explored the function of LIMK1/2 in developmental competence and their relationship between actin assembly and cell junction integrity, specifically during the first cleavage and compaction. Methods: Pig ovaries were transferred from a local slaughterhouse within 1 h and cumulus oocyte complexes (COCs) were collected. COCs were matured in in vitro maturation medium in a CO2 incubator. Metaphase II oocytes were activated using an Electro Cell Manipulator 2001 and microinjected to insert LIMK1/2 dsRNA into the cytoplasm. To confirm the roles of LIMK1/2 during compaction and subsequent blastocyst formation, we employed a LIMK inhibitor (LIMKi3). Results: LIMK1/2 was localized in cytoplasm in embryos and co-localized with actin in cell-to-cell boundaries after the morula stage. LIMK1/2 knockdown using LIMK1/2 dsRNA significantly decreased the cleavage rate, compared to the control group. Protein levels of E-cadherin and β-catenin, present in adherens junctions, were reduced at the cell-to-cell boundaries in the LIMK1/2 knockdown embryos. Embryos treated with LIMKi3 at the morula stage failed to undergo compaction and could not develop into blastocysts. Actin intensity at the cortical region was considerably reduced in LIMKi3-treated embryos. LIMKi3-induced decrease in cortical actin levels was attributed to the disruption of adherens junction and tight junction assembly. Phosphorylation of cofilin was also reduced in LIMKi3-treated embryos. Conclusion: The above results suggest that LIMK1/2 is crucial for cleavage and compaction through regulation of actin organization and cell junction assembly.
This study was designed to investigate the effect of essential amino acids (EAA) and/or non-essential amino acids (NEAA) on the development of parthenogenetic and somatic cell nuclear transfer (SCNT) porcine embryos in vitro. To evaluate the timing of amino acids supplementation, activated oocytes were cultured in NCSU23-PVA with EAA, NEAA or NEAA+EAA (AAs) during specific periods as below: EAA, NEAA or AAs were supplemented during Day 0 to 6 (whole culture period: ALL), Day 2 to Day 6 (post-maternal embryonic transition period: POST-MET), Day 5 to Day 6 (post-compaction period: POST-CMP), Day 0 to Day 2 (pre-maternal embryonic transition period: PRE-MET), or Day 0 to Day 4 (post-compaction period: PRE-CMP). Supplementation of NEAA decreased cleavage rates in PRE-MET and PRE-CMP and also decreased blastocyst rates in POST-CMP. On the other hand, EAA significantly enhanced blastocyst formation rate in POST-MET and no detrimental effect on embryonic development in other groups. Interestingly, NEAA and EAA had synergistic effect when they were supplemented to the medium during whole culture period. Supplementation of AAs also enhanced SCNT porcine embryo development whereas BSA-free medium without AAs could not supported blastocyst formation of SCNT embryos. In conclusion, existence of EAA and NEAA in defined culture medium variously influences the development of parthenogenetic and SCNT porcine embryos, and their positive effect are only occurred when both EAA and NEAA are supplemented to the medium during whole culture period. Additionally, AAs supplementation enhances the blastocyst formation of SCNT porcine embryos when they are cultured in the defined condition.
To investigate the origin and action mechanism of cytoplasmic factors as regulators of morphogenesis, the embryonic development, RNA synthesis and protein phosphorylation were examined in reconstituted embryos. A half of 1-cell mouse embryo with both pronuclei was electrofused with the enucleated cytoplasm of 1- or 2-cell embryos which were cultured for 24 hrs from post 20 hrs hCG in CZB with or without cycloheximide (CHX, an inhibitor of protein synthesis; P+P-CHX group), genistein (Gen, an inhibitor of tyrosine protein kinase; P+2-Gen group) and 6-dimethylaminopurine (6-DMAP, an inhibitor of serine-threonine protein kinase; P+2-DMAP group), and co-cultured with Vero cells for 5 days. And their development, cell numbers at compaction, [5, 6-$^3$H]-uridine incorporation into RNA and the pattern of protein phosphorylation after labeling of [$^{32}$ P] orthophosphate were compared with that of the reconstituted embryos such as P+2 or P+P (control group). Embryonic development and the time of RNA synthesis in P+P-CHX were similar to those in P+P. But the time and the cell stages of embryonic compaction in P+P-CHX were similar to those in P+2. The compaction was initiated at 4-cell in P+2 and P+2-Gen, but at 8-cell in P+P and P+2-DMAP. On a two-dimensional gel electrophoresis, phosphorylation of 80KD and 110KD proteins were inhibited after 3 hrs of reconstruction in the embryo of P+2-DMAP when compared with that of P+2 and P+2-Gen. These results suggest that protein synthesis between 1- and 2-cell stage affects the timing of embryonic genome activation, and that cytoplasmic factors derived from oocyte or their modification regulates the time schedule of embryonic compaction in mouse. Also, serine-threonine protein kinase has an important role on the regulation of compaction.
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.
In this study, we have examined the role of cAMP in gap junctional communication (GJC) in preimplantation mouse embryos. GJC was monitored by Lucifer Yellow (LY) injected into one blastomere of compacted embryos. The speed of GJC was defined as the time taken for the last blastomere of the embryo to become visibly fluorescent. The median time for 8-cell embrvos (140 sec) was similar to that for 16-cell (135 sec). To determine whether cAMP and cAMP-dependent protein kinase (PKA) are involved in the regulation of GJC, the effects of PKA inhibitor (H8) and cAMP analogues (Rp-cAMP and 8-Br-cAMP) on dye transfer between blastomeres of compacted embryos were examined. Some of the embryos treated with either H8 or Rp-cAMP failed to transfer LY to all blastomeres within 10 min. In contrast, 8-Br-cAMP speeded up fluorescent dye transfer. The median time to fill all blastomeres with LY was 140 sec in untreated controls and 90 sec in siblings treated with 8-Br-cAMP. Inhibition of PKA by H8 or Rp-cAMP induced delay or arrest in embryo development after compaction, but the increase of intracellular cAMP showed no effect. These findings suggest that GJC in preimplantation mouse embryos is regulated by cAMP-PKA pathway and transient interference by PKA inhibitors induces the developmental delay beyond compaction.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.