Min Ju Kim;Se‑Been Jeon;Hyo‑Gu Kang;Bong‑Seok Song;Bo‑Woong Sim;Sun‑Uk Kim;Pil‑Soo Jeong;Seong‑Keun Cho
Journal of Animal Reproduction and Biotechnology
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v.39
no.1
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pp.48-57
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2024
Background: Cadmium (Cd) is toxic heavy metal that accumulates in organisms after passing through their respiratory and digestive tracts. Although several studies have reported the toxic effects of Cd exposure on human health, its role in embryonic development during preimplantation stage remains unclear. We investigated the effects of Cd on porcine embryonic development and elucidated the mechanism. Methods: We cultured parthenogenetic embryos in media treated with 0, 20, 40, or 60 µM Cd for 6 days and evaluated the rates of cleavage and blastocyst formation. To investigate the mechanism of Cd toxicity, we examined intracellular reactive oxygen species (ROS) and glutathione (GSH) levels. Moreover, we examined mitochondrial content, membrane potential, and ROS. Results: Cleavage and blastocyst formation rates began to decrease significantly in the 40 µM Cd group compared with the control. During post-blastulation, development was significantly delayed in the Cd group. Cd exposure significantly decreased cell number and increased apoptosis rate compared with the control. Embryos exposed to Cd had significantly higher ROS and lower GSH levels, as well as lower expression of antioxidant enzymes, compared with the control. Moreover, embryos exposed to Cd exhibited a significant decrease in mitochondrial content, mitochondrial membrane potential, and expression of mitochondrial genes and an increase in mitochondrial ROS compared to the control. Conclusions: We demonstrated that Cd exposure impairs porcine embryonic development by inducing oxidative stress and mitochondrial dysfunction. Our findings provide insights into the toxicity of Cd exposure on mammalian embryonic development and highlight the importance of preventing Cd pollution.
Biotechnologies for cloning animals and in vitro embryo production have the potential to produce biomedical models for various researches. Especially, pigs are a suitable model for xenotransplantation, transgenic production and various areas of reproductive research due to its physiological similarities to human. However, utilization of in vitro-produced embryos for transfer remains limited. Despite improvement over past few decades, obstacles associated with the production of good quality embryos in vitro still exist which limit the efficiency of cloning. One of major problems includes improper in vitro maturation (IVM) and culture (IVC). Oxidative stress caused from in vitro culture conditions contributes to inadequate IVM and IVC which leads to poor developmental competence of oocytes, failure of fertilization and embryo development. To reduce the oxidative stress, various antioxidants have been used to IVM and IVC system. However, limited information is available on the effects of resveratrol on livestock reproductions. Resveratrol is a polyphenolic natural product and well known as an antioxidant in foods and beverages (e.g. in grapes and red wine). Resveratrol is known to be cardioprotective, anticarcinogenic, anti-inflammatory, antioxidant and antiapoptotic. This paper will review the effects of resveratrol on in vitro maturation of oocytes and embryo development.
Lin, Tao;Lee, Jae Eun;Shin, Hyun Young;Oqani, Reza K.;Jin, Dong Il
Reproductive and Developmental Biology
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v.39
no.2
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pp.29-36
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2015
Pigs are considered an ideal source of human disease model due to their physiological similarities to humans. However, the low efficiency of in vitro embryo production (IVP) is still a major barrier in the production of pig offspring with gene manipulation. Despite ongoing advances in the associated technologies, the developmental capacity of IVP pig embryos is still lower than that of their in vivo counterparts, as well as IVP embryos of other species (e.g., cattle and mice). The efficiency of IVP can be influenced by many factors that affect various critical steps in the process. The previous relevant reviews have focused on the in vitro maturation system, in vitro culture conditions, in vitro fertilization medium, issues with polyspermy, the utilized technologies, etc. In this review, we concentrate on factors that have not been fully detailed in prior reviews, such as the oocyte morphology, oocyte recovery methods, denuding procedures, first polar body morphology and embryo quality.
Proceedings of the Korean Society of Embryo Transfer Conference
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2000.05a
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pp.64-75
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2000
During the last three decades considerable advances has been made in goat embryo production and transfer technology. The Korean native black goat is the most useful domestic ruminant in this country for biological investigation and application because it has a lot of merits such as relatively short generation period (1 vs 2 year for a cow), easy of handling, well adaptation, high fertility, convenient and inexpensive. This article covers the methods of superovulation, estrus synchronization, embryo collection and transfer techniques, pregnancy diagnosis and subsequent pregnancy and kidding rates for the production of transgenic Korean native black goats. More than one hundred goat kids have been produced as a result of our transgenic goat project via microinjection of foreign gene into pronuclei, in vitro culture, transfer of various stages of fresh and frozen-thawed microinjected embryos into oviducts or uteri of recipient does. We have got two transgenic goats carrying a transgene targeting the expression of recombinant human granulocyte colony stimulating factor (hG-CSF) to the mammary gland so far. Since collection and transfer of embryos in this species is usually accomplished by laparotomy, exteriorization of the reproductive tract for surgical embryo collection leads to the formation of post-operative adhesions. Nonsurgical or laparoscopic technique to reduce adhesions from repeated surgeries has great advantages in improving embryo production and transfer especially from valuable donors. We will discuss this later.
Proceedings of the Korean Society of Embryo Transfer Conference
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2000.06a
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pp.64-75
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2000
During the last three decades considerable advances has been made in goat embryo production and transfer technology. The Korean native black goat is the most useful domestic ruminant in this country for biological investigation and application because it has a lot of merits such as relatively short generation period(1 vs 2 year for a cow), easy of handling, well adaptation, high fertility, convenient and inexpensive. This article covers the methods of superovulation, estrus synchronization, embryo collection and transfer techniques, pregnancy diagnosis and subsequent pregnancy and kidding rates for the production of transgenic Korean native black goats. More than one hundred goat kids have been produced as a result of our transgenic goat project via microinjection of foreign gene into pronuclei, in vitro culture, transfer of various stages of fresh and frozen-thawed microinjected embryos into oviducts or uteri of recipient does. We have got two transgenic goats carrying a transgene targeting the expression of recombinant human granulocyte colony stimulating factor(hG-CSF) to the mammary gland so far. Since collection and transfer of embryos in this species is usually accomplished by laparotomy, exteriorization of the reproductive tract for surgical embryo collection leads to the formation of post-operative adhesions. Nonsurgical or laparoscopic technique to reduce adhesions from repeated surgeries has great advantages in improving embryo production and transfer especially from valuable donors. We will discuss this later.
Siah acts as an E3 ubiquitin ligase that binds proteins destined for degradation. Extensive homology between siah and Drosophila Siah homologue (sina) suggests their important physiological roles during embryonic development. However, detailed functional studies of Siah in vertebrate development have not been carried out. Here we report that Siah2 specifically augments nodal related gene expression in marginal blastomeres at late blastula through early gastrula stages of zebrafish embryos. Siah2 dependent Nodal signaling augmentation is confirmed by cell-based reporter gene assays using 293T cells and 3TP-luciferase reporter plasmid. We also established a molecular hierarchy of Siah as a upstream regulator of FoxH1/Fast1 transcriptional factor in Nodal signaling. Elevated expression of nodal related genes by overexpression of Siah2 was enough to override the inhibitory effects of atv and lft2 on the Nodal signaling. In particular, E3 ubiquitin ligase activity of Siah2 is critical to limit the duration and/or magnitude of Nodal signaling. Additionally, since the embryos injected with Siah morpholinos mimicked the atv overexpression phenotype at least in part, our data support a model in which Siah is involved in mesendoderm patterning via modulating Nodal signaling.
Permethrin, a synthetic pyrethroid insecticide, has been widely used to protect domestic animals and the public health, as well as in agriculture against a variety of pests, which provides potential for environmental exposure. Permethrin is classified as possible human carcinogen and endocrine disrupting chemical by many international authorities. However, its developmental effects have been rarely studied. This study investigated the effects of permethrin during embryo-genesis. Developmental toxicity of permethrin was evaluated using short-term in vitro battery system. Gestation day 9.5 rat embryos (organogenesis) were cultured with permethrin (0.1,0.4 and 0.8 mg/ml) for 48 hours using whole embryo culture system. All the treatments exhibited significant decreases in the total morphological score. Permethrin induced significant growth retardation and the developmental abnormality at doses of 0.4 and 0.8 mg/ml. Moreover, the DNA and protein contents of embryos decreased in dose-dependent manner. These observations suggest that permethrin contributes to toxicity on embryonic developments in rats.
This study was conducted to examine the effects of human follicular fluid and gonadotropin (FSH+HCG+rhEGF) on in vitro maturation, fertilization and development of human immature oocytes. Cumulus-oocyte complexes (COCs) were collected following for in vitro fertilization and embryo transfer (IVF-ET) cycles of the patients. At the time of oocytes collection, oocytes were classified into MII, MI and GV in accordance with their appearance (MII: Fully mature oocyte at metaphase II of meiosis; MI: Nearly mature oocytes at metaphase I of meiosis; GV: Immature oocytes at prophase I of meiosis). After controlled ovarian stimulation using gonadotropin(FSH) and human chorionic gonadotropin (HCG) in 70 ICSI cycles, 158 MI to MII matured oocytes were intracytoplasmic sperm injection (ICSI) ${\sim}4$ h after in vitro culture and 553 MII oocytes were ICSI after denudation. The aspirated MI and GV oocytes were cultured in culture medium containing 10% (v/v) serum protein substitute (SPS), 10% (v/v) human follicular fluid (hFF) and 10% (v/v) serum protein substitute (SPS)+1 IU/ml FSH+10 IU/ml HCG+10 ng/ml recombinant human epidermal growth factor (rhEGF). The maturation rate of immature oocytes was similar among the three group. When maturation medium was supplemented with 10% SPS, 10% hFF or gonadotropins, the fertilization rate of in vitro matured oocytes was higher in 10% SPS (80.0%), but there was no statistical significance (78.2%; hFF, 76.9%; gonadotropin, p>0.05). The development rate of human embryos developed to $6{\sim}8$ cells were not significant difference in the medium containing SPS, hFF and gonadotropins (65.6%, 65.9% and 66.7%). The results of these study suggest that human follicular fluid and gonadotropins supplemented in the culture medium was not effected on the in vitro maturation, fertilization and development of human immature oocytes.
Park, Dong-Seok;Yoon, Mijung;Kweon, Jiyeon;Jang, An-Hee;Kim, Yongsub;Choi, Sun-Cheol
Molecules and Cells
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v.40
no.11
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pp.823-827
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2017
Genome editing using programmable nucleases such as CRISPR/Cas9 or Cpf1 has emerged as powerful tools for gene knock-out or knock-in in various organisms. While most genetic diseases are caused by point mutations, these genome-editing approaches are inefficient in inducing single-nucleotide substitutions. Recently, Cas9-linked cytidine deaminases, named base editors (BEs), have been shown to convert cytidine to uridine efficiently, leading to targeted single-base pair substitutions in human cells and organisms. Here, we first report on the generation of Xenopus laevis mutants with targeted single-base pair substitutions using this RNA-guided programmable deaminase. Injection of base editor 3 (BE3) ribonucleoprotein targeting the tyrosinase (tyr) gene in early embryos can induce site-specific base conversions with the rates of up to 20.5%, resulting in oculocutaneous albinism phenotypes without off-target mutations. We further test this base-editing system by targeting the tp53 gene with the result that the expected single-base pair substitutions are observed at the target site. Collectively, these data establish that the programmable deaminases are efficient tools for creating targeted point mutations for human disease modeling in Xenopus.
Extracellular superoxide dismutase (EC-SOD) is a metallo-protein and functions as an antioxidant enzyme. In this study, we used lentiviral vectors to generate transgenic chickens that express the human EC-SOD gene. The recombinant lentiviruses were injected into the subgerminal cavity of freshly laid eggs. Subsequently, the embryos were incubated to hatch using phases II and III of the surrogate shell ex vivo culture system. Of 158 injected embryos, 16 chicks (G0) hatched and were screened for the hEC-SOD by PCR. Only 1 chick was identified as a transgenic bird containing the transgene in its germline. This founder (G0) bird was mated with wild-type hens to produce transgenic progeny, and 2 transgenic chicks (G1) were produced. In the generated transgenic hens (G2), the hEC-SOD protein was expressed in the egg white and showed antioxidant activity. These results highlight the potential of the chicken for production of biologically active proteins in egg white.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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