Tukur, Hammed A.;Aljumaah, Riyadh S.;Swelum, Ayman Abdel-Aziz;Alowaimer, Abdullah N.;Saadeldin, Islam M.
한국동물생명공학회지
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제35권1호
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pp.2-11
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2020
Assisted reproductive technologies (ART) merely depend on improving the oocyte maturation and their developmental competence to produce good quality embryos. Oocyte maturation passes through long and complex molecular steps starts from the early embryonic life and ends with sperm fertilization. Oocyte developmental competence can be attained by improving the nuclear and cytoplasmic mechanisms together with some epigenetic maturation. In this review, we highlight the cornerstones of oocyte maturation on both nuclear and cytoplasmic levels. Interfering or supporting these molecular mechanisms would help in the development of novel regulating agents for reproductive performance of humans and livestock species.
Purine metabolism is known factor for nuclear maturation of oocytes through both follicle cells and oocyte itself. However, it is largely unknown the roles of purine metabolism in the oocyte competence for fertilization and early development. In this study, the effects of adenosine in oocyte competence for development were examined using adenosine and its synthetic inhibitors. Adenosine treatment from GV intact stage for 18 hr (fGV) caused of decrease the fertilization rate but of increase the cleavage rate compared from the other stage treatment groups. Hadacidin did not effect on fertilization rate but increased cleavage rate without stage specificity. Adenosine did not block the effects of hadacidin with the exception of fGV group. Inhibition of purine synthetic pathways the fertilization rate was decreased in the fGV and fGVB groups but increased in the fMII group. Exogenous adenosine caused of decrease fertilization rate in the fGVB group but increase in the fMII group. Cleavage rate was dramatically increased in the adenosine treatment with synthetic inhibitors. It means that the metabolism of purine has stage specific effects on fertilization and cleavage. Exogenous adenosine had only can improve oocyte developmental competence when it treated at GV intact stage. On the other hand, endogenous synthesis in all maturation stage cause of increase the cleavage rate without effects on fertilization. These data suggest that adenosine at GV stage as a paracrine fashion and inhibitions of endogenous adenosine in all stage improve oocyte developmental competence.
In vitro maturation (IVM) of oocytes is the procedure where the immature oocytes are cultivated in a laboratory until they are mature. Since IVM oocytes generally have low developmental competence as compared to those matured in vivo, development of an optimal IVM culture system by fine-tuning culture conditions is crucial to maintain high quality. In-depth knowledge and a deep understanding of the in vivo physiology of oocyte maturation are pre-requisites to accomplish this. Within ovarian follicles, various signaling pathways that drive oocyte development and maturation regulate interaction between oocytes and surrounding somatic cells. This review discusses the sonic hedgehog (SHH) signaling pathway, which has been demonstrated to be intimately involved in folliculogenesis and oocyte maturation. Advances in elucidating the role of the SHH signaling pathway in oocyte maturation will aid attempts to improve the current inferior in vitro oocyte maturation system.
Fertilization is a complex process comprised of numerous steps. During fertilization, two highly specialized and differentiated cells (sperm and egg) fuse and subsequently trigger the development of an embryo from a quiescent, arrested oocyte. Molecular interactions between the sperm and egg are necessary for regulating the developmental potential of an oocyte, and precise coordination and regulation of gene expression and protein function are critical for proper embryonic development. The nematode Caenorhabditis elegans has emerged as a valuable model system for identifying genes involved in fertilization and the oocyte-to-embryo transition as well as for understanding the molecular mechanisms that govern these processes. In this review, we will address current knowledge of the molecular underpinnings of gamete interactions during fertilization and the oocyte-to-embryo transition in C. elegans. We will also compare our knowledge of these processes in C. elegans to what is known about similar processes in mammalian, specifically mouse, model systems.
To evaluate the correlations between the expression of cyclin B1 mRNA and protein after stimulation and oocyte activation and development of nuclear transferred mouse embryos, this study was performed. 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 (CH). Cyclin B1 mRNA and protein in mouse oocytes was evaluated by PCR and western blot. The activation and blastocyst development in both single (P<0.05) and combined (P<0.01) stimulation was higher than in non-activated group. The cyclin B1 mRNA and protein levels were significantly reduced in both single and combined stimulation groups (P<0.05), respectively. Cyclin B1 mRNA expression showed a negative correlation between activation and blastocyst development in both single and combined stimulation groups. And also the expression of cyclin B1 protein showed a negative correlation with between oocyte activation and blastocysts development in both single and combined stimulation groups. In conclusion, it may suggest that single and combined stimulation increases the oocyte activation and blastocyst development of nuclear transferred embryos, because it induces the degradation of cyclin B1 mRNA and protein after activation in enucleated mouse oocytes.
Objective: To investigate the association of individual follicular fluid (FF) leptin and adiponectin levels with the quality of the corresponding oocyte and embryo. Methods: We prospectively enrolled 67 women who underwent controlled ovarian hyperstimulation with 89 FF samples. FF and the corresponding oocyte was obtained from a single dominant preovulatory follicle at the time of oocyte retrieval. Concentrations of leptin and adiponectin were measured by enzyme-linked immunosorbent assay in an individual follicle. The oocyte quality, fertilization rate, and corresponding embryo development were assessed. Results: The FF level of leptin was significantly associated with body mass index (r=0.334, p<0.01). The FF adiponectin level was significantly higher in the normal fertilization group than the abnormal fertilization group (p=0.009) in the non-obese women. A lower FF leptin level was associated with a trend toward mature oocytes, normal fertilization, and good embryo quality, although these relationships were not statistically significant. The leptin:adiponectin ratio of FF did not differ significantly according to oocyte and embryo quality. The quality of the oocyte and embryo was not associated with the FF leptin level tertile. However, the normal fertilization rate was positively associated with FF adiponectin level tertile. There was a trend towards improved oocytes and normal fertilization rates with the lowest tertile of the FF leptin:adiponectin ratio, but this difference was not statistically significant. Conclusion: Our results suggest that a high FF adiponectin concentration could be a predictor of normal fertilization. However, the FF leptin concentration and leptin:adiponectin ratio is not significantly related to oocyte maturity and corresponding embryo development.
Ultrastructural studies of oocyte degeneration in the oocyte, and the functions of follicle cells during oocyte degeneration are described to clarify the reproductive mechanism on oocyte degeneration of Mactra chinensis using cytological methods. Commonly, the follicle cells are attached to the oocyte. Follicle cells play an important role in oocyte degeneration. In particular, the functions of follicle cells during oocyte degeneration are associated with phagocytosis and the intracellular digestion of products. In this study, morphologically similar degenerated phagosomes (various lysosomes), which were observed in the degenerated oocytes, appeared in the follicle cells. After the spawning of the oocytes, the follicle cells were involved in oocyte degeneration through phagocytosis by phagolysosomes. Therefore, it can be assumed that follicle cells reabsorb phagosomes from degenerated oocytes. In this study, the presence of lipid granules, which occurred from degenerating yolk granules, gradually increased in degenerating oocytes. The function of follicle cells can accumulate reserves of lipid granules and glycogen in the cytoplasm, which can be employed by the vitellogenic oocyte. Based on observations of follicle cells attached to degenerating oocytes after spawning, the follicle cells of this species are involved in the lysosomal induction of oocyte degeneration for the reabsorption of phagosomes (phagolysosomes) in the cytoplasm for nutrient storage, as seen in other bivalves.
In order to examine the effects of four different light spectra (white, red, green, and blue) on the oocyte maturation, the change of reproductive parameters, via brain-pituitary-gonad (BPG) axis in grass puffer, were investigated. After exposure four different light spectra for 7 weeks, the abundance of gonadotropin-releasing hormone (GnRH) mRNA which is a type of seabream (sbGnRH) and two different subunit of gonadotropin hormones mRNAs, follicle-stimulating hormone ($fsh{\beta}$) mRNA and luteinizing hormone ($lh{\beta}$) mRNA, were analyzed in the brain and pituitary. Histological analysis showed that the mature oocyte ratio in the green spectrum was higher than other light spectra-exposed groups. Gonadosomatic index (GSI) and oocyte developmental stage were also investigated in the gonad based on histological observations. GSI value with the presence of yolk stage oocytes was significantly increased in the green spectrum-exposed group when compared to that of the other light-exposed groups (white, red, and blue) (p<0.05). The abundances of sbGnRH mRNA and $fsh{\beta}$ mRNA in the green spectrum-exposed group were also significant higher than those of the other light spectra-exposed groups (p<0.05). These results indicate that the maturation of oocyte in grass puffer can be accelerated by exposure to the spectrum of green. To better understand the molecular mechanism for the maturation of oocyte in grass puffer, further study examining the relationship between oocyte development and its related genes is required.
검정금파리의 변태에 따른 엑디스테로이드를 Radioimmunoassay법으로 측정하고, 난세포성숙에 미치는 엑디스테로이드의 효과를 조사하여 얻을 결과는 다음과 같다. 산락직후 존재하였던 난내 엑디스테로이드는 발생과정 중 감소하다가 부화 직전 다시 증가하였으며, 유충기와 용기의 성장 변태시 엑디스테로이드함량의 변화를 보면 유충-유충과 유충-용으로의 탈피시에 일시적인 증가현상을 나타냈다. 특히 용화 후 48시간에 높은 엑디스테로이드의 농도를 보였는데 이는 큐티클분비와 경화작용과 밀접한 관계가 있는 것으로 생각된다. 성충기에서는 수컷의 경우 엑디스테로이드가 거의 검출 되지 않은 반면, 암컷에서는 단백질원 섭식 후 96시간에 최고의 함량을 나타내어 난성숙도와 일치하는 변화를 보였다. 엑디스테로이드 처리와 난성숙도와의 관계를 보면, 1$\mu$g 처리군은 대조군에서와 같은 성숙도를 나타내 차이를 보이지 않았으나, 5$\mu$g처리군에서는 대조군에서 보다 12시간 빠르게 난세포성숙이 완료되어, 엑디스테로이드 처리시 임계농도 이상에서는 난세포조기성숙에 직접적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.
The ultrastructure of oocytes during oogenesis and oocyte degeneration associated with follicle cells in female Sinonovacula constricta(Lamarck, 1818) were investigated by electron microscope observations. Ovarian follicles are surrounded by a matrix of vesicular connective tissue cells(VCT cells). VCT cells contain large quantities of glycogen particles and several lipid droplets in their cytoplasm. It is suggested that VCT cells act as a source of nutrients for vitellogenesis during oogenesis. In early vitellogenic oocytes, several coated vesicles, which appear at the basal region of the oocyte, lead to the formation of membrane-bound vesicles via endocytosis. The uptake of nutritive materials in coated vesicles formed by endocytosis appears through the formation of coated pits on the oolemma during vitellogenesis. During the late stage of oogenesis, yolk precursors(yolk granules), mitochondria and lipid droplets are present in the cytoplasm of late vitellogenic oocytes. In particular, proteinaceous yolk granules containing several different components are intermingles and form immature yolk granules. In the mature oocyte, small immature yolk granules are intermingled and form large mature yolk granules. Vitellogenesis occurs through a process of autosynthesis, involving combined activity of the Golgi complex, mitochondria and rough endoplasmic reticulum in the cytoplasm of vitellogenic oocytes. The process of heterosynthesis is where extraovarian precursors are incorporated into oocytes by endocytosis at the basal region of early vitellogenic oocytes before the formation of the vitelline coat. Follicle cells appear to play an important role in vitellogenesis and oocyte degeneration. The functions of attached follicle cells to the oocyte during oocyte degeneration are phagocytosis and digestion of phagosomes originating from oocyte degeneration. After digestion of phagosomes, it is assumed that the function of follicle cells can permit a transfer of yolk precursors necessary for vitellogenesis and allows for the accumulation of glycogen and lipid during oocyte degeneration, which can be employed by vitellogenic oocytes. Follicle cells of S. constricta may possess a lysosomal system for induction of oocyte breakdown and might resorb phagosomes in the cytoplasm for nutrient accumulation during oocyte degeneration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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