K. S. Chung;Ko, S. A;S. J. Song;J. T. Do;Park, Y. S.;Lee, H. T.
Korean Journal of Animal Reproduction
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v.26
no.4
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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.
This study was carried out to evaluate the effects of glucose and sodium phosphate on in vitro development of porcine oocytes matured and fertilized in vitro. When the culture medium was supplemented with various concentrations of glucose, the higher proportions (23 and 26%) of oocytes developed to morular or blastocyst stages were at the concentrations of 2.78 and 5.56 mM than 0 (9%; P<0.05) and 11.12 mM (18%). In experiment to evaluate effect of sodium phosphate during in vitro development of porcine oocytes, a significantly (P<0.05) higher proportions of embryos developed to morular or blastocyst stages was obtained with sodium phosphateof 0.28 (25%) and 0.53 (27%) mM than 0 (15%), 1.05 (19%) and 2.10 (10%) mM. On the other hand, when oocytes were cultured in medium with (0.53 mM) sodium phosphate, the proportions of developed embryos were significantly (P<0.05) higher in medium without (29%) that than with (14%) 5.56 mM glucose. However, a higher proportion of embryos developed to morular or blastocyst stages were obtained in medium with (23%) that than without (8%) glucose (P<0.05). The minimum essential medium (MEM) added to the culture medium were higher regardless of presence of sodium phosphate and glucose on the development of embryos. Although sodium phosphate and glucose could support morular and blastocyst development to a limited extend (10∼24%), significantly higher proportion (36%) at morular or blastocyst stages was obtained by MEM adding in the medium with sodium phosphate and glucose. These results suggest that the early development of in vitro fertilized porcine oocytes can be maintained efficiently by glucose and sodium phosphate when they were cultured in medium with MEM.
Cathepsin B is abundantly expressed peptidase of the papain family in the lysosomes, and closely related to the cell degradation system such as apoptosis, necrosis and autophagy. Abnormal degradation of organelles often occurs due to release of cathepsin B into the cytoplasm. Many studies have been reported that relationship between cathepsin B and intracellular mechanisms in various cell types, but porcine embryos has not yet been reported. Therefore, this study evaluated the effect of cathepsin B inhibitor (E-64) on preimplantation developmental competence and quality of porcine embryos focusing on apoptosis and oxidative stress. The expression of cathepsin B mRNA in porcine embryos was gradually decreased in inverse proportion to E-64 concentration by using real-time RT-PCR. When putative zygotes were cultured with E-64 for 24 h, the rates of early cleavage and blastocyst development were decreased by increasing E-64 concentration. However, the rate of blastocyst development in $5{\mu}M$ treated group was similar to the control. On the other hand, both the index of apoptotic and reactive oxygen species (ROS) of blastocysts were significantly decreased in the $5{\mu}M$ E-64 treated group compared with control. We also examined the mRNA expression levels of apoptosis related genes in the blastocysts derived from $5{\mu}M$ E-64 treated and non-treated groups. Expression of the pro-apoptotic Bax gene was shown to be decreased in the E-64 treated blastocyst group, whereas expression of the anti-apoptotic Bcl-xL gene was increased. Taken together, these results suggest that proper inhibition of cathepsin B at early development stage embryos improves the quality of blastocysts, which may be related to not only the apoptosis reduction but also the oxidative stress reduction in porcine embryos.
In vitro development of porcine embryo is affected by culture condition. One possible factor is osmolarity of culture medium. 1his study examined whether high osmolarity of culture medium at the early culture stage improves development of preimplantation porcine in vitro fertilization (IVF) and nuclear transfer (NT) embryos. NT and IVF embryos were divided into three groups and the basic medium was PZM-3 ($250{\sim}270$ mOsmol, control group). The control group of embryos was cultured in PZM-3 for whole culture period. Other two groups of embryos were cultured in a modified PZM-3 with 0.05 M sorbitol or 0.05 M sucrose ($300{\sim}320$ mOsmol, sorbitol or sucrose group) for the first 2 days, and then cultured in PZM-3 for further culture. NT embryos cultured in sucrose group showed a significantly higher developmental rate to the blastocyst stage with a decreased apoptosis rate compared to the sorbitol (p<0.05). For IVF, sucrose group showed a significantly increased the blastocyst formation rate with a decreased apoptosis rate compared to the control (p<0.05). This study represents that the high osmolarity in the early embryo culture stage can enhance the in vitro development of porcine NT and IVF embryos to the blastocyst stage with reduced apoptosis of cells.
Park, Joo-Hee;Kim, Ho-Jeong;Lee, Beom-Ki;Kwon, Dae-Jin;Hwang, In-Sun;Park, Choon-Keun;Yang, Boo-Keun;Cheong, Hee-Tae
Reproductive and Developmental Biology
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v.33
no.1
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pp.7-11
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2009
This study was performed to confirm the microtubule assemblies and methylation patterns of porcine IVF and parthenogenetic embryos. Cumulus-oocyte complexes were collected and matured in vitro for 42 hr. Oocytes were fertilized by prepared fresh sperm or activated parthenogenetically by exposure to electric stimulation and 6-dimethylaminopurine. Porcine IVF and parthenogenetic embryos were cultured in vitro for 6 days. Embryos were stained by immunofluorescence staining method to observe the dynamic of nucleus and microtubules in the first mitotic phase and the methylation patterns in different developmental stages. After then, samples were confirmed and analyzed through a laser-scanning confocal microscope. IVF embryos had a centrosome originated from sperms, which was shown a $\gamma$-tubulin spot. However, $\gamma$-tubulin spot was not observed in parthenogenetic embryos. A lower methylation level was observed in IVF embryos compared to parthenogenetic ones at the morula and blastocyst stages. In conclusion, it is considered that microtubule assemblies and genetic regulation mechanism differ between parthenogenetic and IVF embryos.
Technologies on preimplantation porcine embryos have been developed quickly and significantly. Successful development of systems for culture of porcine zygotes to the blastocyst stage has made it possible to utilize follicular oocytes for in vitro production of embryos and thus stimulated research on various embryo technologies. Recent technological development of embryo cryopreservation, separation of X- and Y-bearing spermatozoa and non-surgical embryo transfer has also made it easy to utilize in vivo- and in vitro-produced embryos for artificial manipulation to produce clones and transgenic pigs. Further progress in overcoming various problems associated with each embryo technology will result in acceptable efficiency to utilize porcine embryos with a high or increased quality. Combining these technologies will accelerate further expansion of the swine industry not only for meat production but also for the production of therapeutic recombinant proteins and xonografts.
Epigenetic modification including genome-wide DNA demethylation is essential for normal embryonic development. Insufficient demethylation of somatic cell genome may cause various anomalies and prenatal loss in the development of nuclear transfer embryos. Hence, the source of nuclear donor often affects later development of nuclear transfer (NT) embryos. In this study, appropriateness of porcine embryonic germ (EG) cells as karyoplasts for NT with respect to epigenetic modification was investigated. These cells follow methylation status of primordial germ cells from which they originated, so that they may contain less methylated genome than somatic cells. This may be advantageous to the development of NT embryos commonly known to be highly methylated. The rates of blastocyst development were similar among embryos from EG cell nuclear transfer (EGCNT), somatic cell nuclear transfer (SCNT), and intracytoplasmic sperm injection (ICSI) (16/62, 25.8% vs. 56/274, 20.4% vs. 16/74, 21.6%). Genomic DNA samples from EG cells (n=3), fetal fibroblasts (n=4) and blastocysts from EGCNT (n=8), SCNT (n=14) and ICSI (n=6) were isolated and treated with sodium bisulfite. The satellite region (GenBank Z75640) that involves nine selected CpG sites was amplified by PCR, and the rates of DNA methylation in each site were measured by pyrosequencing technique. The average methylation degrees of CpG sites in EG cells, fetal fibroblasts and blastocysts from EGCNT, SCNT and ICSI were 17.9, 37.7, 4.1, 9.8 and 8.9%, respectively. The genome of porcine EG cells were less methylated than that of somatic cells (p<0.05), and DNA demethylation occurred in embryos from both EGCNT (p<0.05) and SCNT (p<0.01). Interestingly, the degree of DNA methylation in EGCNT embryos was approximately one half of SCNT (p<0.01) and ICSI (p<0.05) embryos, while SCNT and ICSI embryos contained demethylated genome with similar degrees. The present study demonstrates that porcine EG cell nuclear transfer resulted in hypomethylation of DNA in cloned embryos yet leading normal preimplantation development. Further studies are needed to investigate whether such modification affects long-term survival of cloned embryos.
This study was conducted to investigate the efficacy of vitrification procedure for the cryopreservation of porcine oocytes and the utilization of vitrified oocytes as recipient cytoplasts for somatic cell nuclear transfer (NT), and observed that porcine oocytes are evaluated by pronuclear formation, and parthenogenetic development. Single fetal donor cells were deposited into the perivitelline space of vitrified enucleation oocytes, followed by electrical fusion and activation. NT embryos were cultured in NCSU-23 medium supplemented with 5% FBS, at $38.5^{\circ}C$ in 5% $CO_2$ and air. 1. When the developmental rates of the oocytes after being culture for $0{\sim}10$ hours vitrified with EDS and ETS were 42.0%, 38.0%, respectively. This results were lower than the control group(62.2%). 2. When the developmental rates of the oocytes after being culture for $0{\sim}10$ hours vitrified-thawed with sucrose and glucose, 5% PVP, NCSU-23 supplemented with 10% FBS were 33.3%, 25.9%, respectively. This results were lower than the control group(55.6%). 3. The fusion and development to the blastocyst stage between the NT embryos constructed with the vitrified and non-vitrified oocytes were significant differences. Developmental rate of oocytes and NT embryos constructed with the vitrified or non-vitrified oocytes were $13.0{\pm}2.4%\;and\;23.2{\pm}2.4%$, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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