Background: Post-ovulatory aging (POA) of oocytes is related to a decrease in the quality and quantity of oocytes caused by aging. Previous studies on the characteristics of POA have investigated injury to early embryonic developmental ability, but no information is available on its effects on mitochondrial fission and mitophagy-related responses. In this study, we aimed to elucidate the molecular mechanisms underlying mitochondrial fission and mitophagy in in vitro maturation (IVM) oocytes and a POA model based on RNA sequencing analysis. Methods: The POA model was obtained through an additional 24 h culture following the IVM of matured oocytes. NMN treatment was administered at a concentration of 25 μM during the oocyte culture process. We conducted MitoTracker staining and Western blot experiments to confirm changes in mitochondrial function between the IVM and POA groups. Additionally, comparative transcriptome analysis was performed to identify differentially expressed genes and associated changes in mitochondrial dynamics between porcine IVM and POA model oocytes. Results: In total, 32 common genes of apoptosis and 42 mitochondrial fission and function uniquely expressed genes were detected (≥ 1.5-fold change) in POA and porcine metaphase II oocytes, respectively. Functional analyses of mitochondrial fission, oxidative stress, mitophagy, autophagy, and cellular apoptosis were observed as the major changes in regulated biological processes for oocyte quality and maturation ability compared with the POA model. Additionally, we revealed that the activation of NAD+ by nicotinamide mononucleotide not only partly improved oocyte quality but also mitochondrial fission and mitophagy activation in the POA porcine model. Conclusions: In summary, our data indicate that mitochondrial fission and function play roles in controlling oxidative stress, mitophagy, and apoptosis during maturation in POA porcine oocytes. Additionally, we found that NAD+ biosynthesis is an important pathway that mediates the effects of DRP1-derived mitochondrial morphology, dynamic balance, and mitophagy in the POA model.
The zebrafish is an emerging vertebrate model organism in reproductive biology. The oocyte maturation of zebrafish is triggered by maturation inducing hormone (MIH, 17α,20β-Dihydroxy-4-pregnen-3-one). In almost all animals, the oocyte maturation is governed by activation of pre-MPF which consists of cyclinB and inactive Cdk1. In the oocyte of Xenopus and mice, the activity of Cdk1 is regulated in two ways, one is the interaction with cyclinB and the other is phosphorylation/dephosphorylation of T14/Y15 residues on the Cdk1 by Wee1 and Cdc25. Unlike Xenopus and mice that have a sufficient amount of pre-MPF, pre-MPF is absent in GV oocyte of most teleost including zebrafish. Therefore, the activation of MPF during zebrafish oocyte maturation might totally depend on de novo synthesis of cyclinB proteins. It is reported that the translation of maternal mRNA is regulated by combination of several RNA binding proteins such as CPEB, Dazl, Pum1/Pum2, and insulin-like growth factor2 mRNA-binding protein 3 in the zebrafish oocytes. However, the definitive mechanism of these proteins to regulate the translation of stored maternal mRNAs remains to be elucidated. Therefore, the investigation of the maturation process of the zebrafish oocyte will provide new information that can help identify the role of translational control in early vertebrate oocyte maturation.
Kim, Yun-Sun;Kim, Eun-Young;Moon, Ji-Sook;Yoon, Tae-Ki;Lee, Woo-Sik;Lee, Kyung-Ah
Clinical and Experimental Reproductive Medicine
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v.38
no.4
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pp.193-202
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2011
Objective: We found previously that $interferon$$regulatory$ factor ($Irf$)-1 is a germinal vesicle (GV)-selective gene that highly expressed in GV as compared to metaphase II oocytes. To our knowledge, the function of $Irf-1$ in oocytes has yet to be examined. The present study was conducted to determine the relationship between retinoic acid (RA) and RA-mediated expression of $Irf-1$ and the mouse oocyte maturation. Methods: Immature cumulus-oocyte-complexes (COCs) were collected from 17-day-old female mice and cultured $in$$vitro$ for 16 hours in the presence of varying concentrations of RA (0-10 ${\mu}M$). Rate of oocyte maturation and activation was measured. Gene expression was measured by quantitative real-time reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) and cytokine secretion in the medium was measured by Bio-Plex analysis. Apoptosis was analyzed by terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL) assay. Results: The rates of oocyte maturation to metaphase II and oocyte activation increased significantly with RA treatment (10 nM-1 ${\mu}M$). With 100 nM RA treatment, lowest level of $Irf-1$ mRNA and cumulus cell's apoptosis was found. Among 23 cytokines measured by Bio-Plex system, the substantial changes in secretion of tumor necrosis factor-${\alpha}$, macrophage inflammatory protein-$1{\beta}$, eotaxin and interleukin-12 (p40) from COCs in response to RA were detected. Conclusion: We concluded that the maturation of oocytes and $Irf-1$ expression are negatively correlated, and RA enhances the developmental competence of mouse immature oocytes $in$$vitro$ by suppressing apoptosis of cumulus cells. Using a mouse model, results of the present study provide insights into improved culture conditions for $in$$vitro$ oocyte maturation and relevant cytokine production and secretion in assisted reproductive technology.
The present study investigated the nuclear remodeling, development potential with telomerase activity and transcription level of X-linked genes (ANT3, HPRT, MeCP2, RPS4X, XIAP, XIST and ZFX) in the bovine somatic cell nuclear transfer (SCNT) embryos using two different fusion and activation methods. Female adult fibroblasts were injected into perivitelline space of in vitro matured oocytes. The oocyte-nucleus complexes were fused and followed by immediately either activated (Group 1), or activated at 1 h post-fusion (hpf) (Group 2), respectively. The incidence of normal premature chromosome condensation (PCC) at 1 hpf was slightly increased in the Group 2, compared to those of Group 1, but there was no significant (p<0.05) difference. The incidence of normal pronucleus (PN) and chromosome spread at 5 and 18 hpf were significantly (p<0.05) higher in the Group 2 than those of Group 1. The cleavage rate to 2-cell stage, developmental rate to blastocyst stage, and the mean number of total and ICM cell numbers were significantly (p<0.05) higher in the Group 2, compared to those of Group 1. Level of telomerase activity was significantly (p<0.05) higher in the SCNT blastocysts of Group 2, compared to those of Group 1. Transcript levels of HPRT, MeCP2 and XIST were not significantly (p<0.05) different between blastocysts of Group 1 and 2. However, transcript level of ANT3, RPS4X, XIAP and ZFX were significantly (p<0.05) up-regulated in the SCNT blastocysts of Group 2, compared to those of Group 1. Taken together, it is concluded that oocyte activation at 1 hpf induces the enhanced developmental potential by efficient nuclear remodeling and subsequent facilitation of the nuclear reprogramming of bovine SCNT embryos.
Kim, Sung-Woo;Park, Jin-Ki;Park, Chun-Gyu;Lee, Ju-Young;Han, Joo-hee;Lee, Seung-Eun;Baek, Kyung-Nye;Chang, Won-Kyung
Proceedings of the KSAR Conference
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2004.06a
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pp.260-260
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2004
The calcium ionophore (A23187) has been used for activation of porcine oocytes from in vitro maturation by many researches. The signaling of calcium was known to be a primary factor of activation of MII oocyte by calcium ionophore. The calcium level was measured by an intensity of fluo 4 fluorescence and confocal microscope. The level was increased by 7% ethanol or 70 μM calcium ionophore but oscillation was not found. (omitted)
Proceedings of the Korean Society of Embryo Transfer Conference
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2002.11a
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pp.116-116
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2002
Further development of reconstructed embryos may be dependent upon the synchronization of donor nucleus and recipient cytoplasm at cell fusion, To control the synchronization of donor and recipient cells, the enucleated MII arrested oocytes are artificially stimulated prior to embryo reconstruction. Destruction of cyclin B results in the exit of cells from M-phase of cell cycle. This study was designed to investigate the effects of single or combined stimulation affected cyclin B1 mRNA and protein levels in mouse oocytes. The oocyte activation was induced by 7% ethanol or 10$\mu\textrm{g}$/$m\ell$ Ca-ionophore without (single) or with (combined) 10$\mu\textrm{g}$/$m\ell$ cycloheximide. Competitive quantitative PCR for cyclin Bl mRNA and western blot analysis for cyclin B1 protein was preformed in mouse oocytes. Cyclin B1 mRNA level was significantly reduced in single (P<0.05) and combined (P<0.05) stimulation groups. However, this level did not change in non-activated group and increased in intact group. Cyclin B1 protein level was also significantly reduced in both single (P<0.05) and combined (P<0.05) stimulation groups. In conclusion, single and combined stimulation induces the degradation of cyclin B1 mRNA and protein after activation in enucleated mouse oocytes.
This study was to investigate the effects of electrofusion, activation and developmental stage of donor embryos on in vitro development of nuclear transplant bovine embryos. A single blastomere nucleus from 8-cell to morula stage embryos produced by in vitro fertilization(IVF) was transferred into a recipient oocyte enucleated at 23∼25 h after in vitro maturation(IVM) or into a recipient oocyte enucleated and cultured for 14∼15 h. In one experiment the nuclear transplant embryos were subjected to additional activation treatments. Fusion rate of nuclear transplant eggs was high at direct current(D.C) voltages of 1.0 and 1.5 kV/cm 991.5 and 93.3%, respectively), but decreased at 2.0kV/cm (81.8%). Additional activation treatments by electric pulases or 7% ethanol did not affect the cleavage and development of nuclear transplant embryos. Development of nuclear transplant embryos slightly increased by delayed nuclear transfer and fusion (42∼43 h after IVM). With this system, blastocysts were obtained from transfer of 8-cell to morula stage donor nuclei (9.6%∼2.4%). The result of this study suggests that nucleo-cytoplasmic interactins, expecially activation of ooplast are very important for the development of nuclear transplant embryos, and donor cell stage does not affect the development of nuclear transplant embryos.
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.
The efficiency of nuclear transfer using donor embryos originated from ovum pickup(OPU) and activated recipient cytoplasts were examined for induction of twinning in Korean native cattle(KNC). After aspiration of follicle by OPU, regardless of the vacuum applied, we obtained same result in proportions of recovered cumulus-oocyte complex (COCs) with compact cumulus. Under electric stimulation(1.0kV/cm DC for $40{\mu}s$), most of activated oocytes proceed to anaphase II/telophase II within 3h(84.7%). In the treatment of oocyte activation, the preactivation which was performed before fusion had significant effect on the developmental rates to morula/blastocyst stage(9.4 vs 4.0%). In embryo transfer of nuclear transferred embryos, we obtained 2 twins from KNC recipients and 1 twin from a Holstein recipient. Our results showed that it is possible to obtain twins using nuclear transfer technique in KNC.
Efficient oocyte activation is a key step for the success of nuclear transfer in cloning. Ionomycin sequentially combined with 6-DMAP is now widely used to activate normal oocytes for analytical studies of oocyte activation and to activate reconstructed oocytes after nuclear transfer. The present study investigated sources of oocytes, duration of ionomycin and 6-DMAP, laser and electric stimulation in goat oocyte activation in order to optimize the protocols. Goat ovaries were collected in individual abattoirs during the breeding season and were delivered to the laboratory within 6 h in saline with 100 IU/ml streptomycin and 0.05 mg/ml penicillin. The oocytes were denuded from the cumulus cell by pipetting with 0.2% hyaluronidase in PBS at 20~22 hr post maturation. Oocytes with the polar body were selected and assigned to four groups for parthenogenetic activation. To examine the effect of duration of ionomycin treatment, oocytes after 20~22 hr of maturation were treated with 2.5 uM ionomycin for 1 or 5 min times and then cultured in 2 mM 6-DMAP for 2 or 4 hr. The activated oocytes were cultured in mSOF at $38.5^{\circ}C$ in $CO_2$ 5%, $O_2$ 5% and $N_2$ 90% multi incubator. Cleavage and blastocyst development was observed at 48 hr and day 8 of culture $in$$vitro$, respectively. Activation rates of oocytes exposed to ionomycin for 1 min(86.4%) were significantly higher than those treated for 5 min(74.3%) duration. This indicated that 1 min ionomycin treatment was most suitable for activation of goat oocytes. The duration of 6-DMAP treat duration was in 2 mM 6-DMAP for 2 hr after 1 min exposure to 2.5 uM ionomycin. The activation rate of oocytes incubated in 6-DMAP for 2 hour(82.5%) was significantly higher than those in oocytes treated with 4 hr(75.5%).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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