Large quantities of high-quality recipient oocytes with uniform cytoplasm are needed for research in the promising field of somatic cell nuclear transfer (SCNT) and embryonic stem cell research. In canines, however, it is difficult to obtain large quantities of oocytes because each donor produces a limited number of mature oocytes in vivo. Although in vitro maturation (IVM) is considered an alternative approach to oocyte production, this technique is still too rudimentary to be used for the production of highquality, uniform oocytes in large quantities. One technique for overcoming this difficulty is to use oocytes obtained from different species. This technique is known as interspecies SCNT (iSCNT). This review provides an overview of recent advances in canine - porcine interspecies SCNT.
The long term goal of this research is to develop an efficient procedure for large scale production of genetically identical or cloned animals. To improve nuclear transpalntation efficiency in the rabbit, this study evaluated the age of nuclear recipient oocytes on the different steps of nuclear transplantation. The ovulated oocytes in different ages were collected from the superovulated does by flushing oviducts with Dulbecco's phosphate buffered saline(D-PBS) supplemented with 10% fetal calf serum(FCS) from 13 to 15, 17 to 20 and 23 to 26 hours after hCG injection. The denuded oocytes were used as nuclear recipient cytoplasm following enucleation by micromanipulation. The blastomeres separated from the 8-cell embryos were used as nuclear donor. The enucleated oocytes receiving a blastomere in the perivitteline space were fused in the 0.28 M mannitol solution at 1.5 kV/cm, 60 sec for three times. The fused oocytes were co-cultured with the monolayered rabbit oviductal epithelial cells in TGM-199 solution with 10% FCS for 72 hours at 37$^{\circ}C$ in a 5% $CO_2$ incubator. The cultured nuclear transplant embryos and in vivo developed embryos collected at 72 hours after hCG injection were stained with Hoechst 33342 dye. Their cell numbers were counted under a fluorescent microscope. The results obtained were summarized as follows ; 1. The aged oocytes(20 hrs. post hCG) showed significantly(P<0.05) higher fusionrates(70 ~ 90%) than the recently ovulated oocytes(30.8%) 2. The aged oocytes which were electrically activated and fused at 20 hours developed to blastocyst at significantly(P<0.05) high rate, while none of the recently ovulated oocytes developed to blastocyst. 3. Even though the aged oocytes at 23~26 hours showed higher fusion rate(85.7%), not only they were inadequate to manipulate but also their developmental potential to blastocyst was highly impaired. 4. The developmental potential in vitro of nuclear transplant embryos was significantly retarded than in vivo deveolped embryos.
Interspecies somatic cell nuclear transfer (iSCNT) is a useful method to preserve endangered species and to study the reprogramming event of a nuclear donor cell by the oocyte. Although several studies of iSCNT using murine cells and bovine oocytes have been reported, the development of murine-bovine iSCNT embryos beyond the 8-cell stage has not been successful. In this paper, we examined the developmental potential of embryos reconstructed with a murine embryonic fibroblast as the nuclear donor and a bovine oocyte as the cytoplasm recipient. The reconstructed embryos were cultured in CZB (murine medium) or CR1aa (bovine medium). In addition, for the development of a murine-bovine iSCNT blastocyst, the antioxidant ${\beta}$-mercaptoethanol (${\beta}ME$) was supplemented to CR1aa medium. Furthermore, to verify the mouse genome activation in murine-bovine iSCNT embryos, RT-PCR analysis of murine Xist was performed. The development of the murine-bovine iSCNT embryos cultured in CR1aa was significantly higher than that in CZB (p<0.05). With respect to the effect of BME on the development of the murine-bovine iSCNT blastocyst, addition of BME produced a significant increase in blastocyst development (p<0.05). Karyotype analysis confirmed that the reconstructed embryos were derived from murine cells (40XX). The Xist gene was gradually increased from the 8-cell stage to the blastocyst stage. This is the first report of blastocyst development of iSCNT embryos derived from murine somatic cells and bovine oocytes. These results demonstrate that bovine cytoplasm can support the development of later stages of a preimplantation embryo from murine-bovine iSCNT.
초기 발생과정에 있어서 핵과 세포질이 상호작용을 조사하기 위하여 양서류 한 종의 핵을 이조의 무핵 수정란에 치환하였다. Rana속에 속하는 R.dybowskii,R.nigromaculata,R.pipiens등의 이종간 잡종의 개체의 경우 낭배초기를 전후하여 발생이 중지되며,Rana,Xenopus그리고 Axolotl의 속간 핵치환에서는 후기포배기에 발생이 중지되는 양상을 보인다. 이때 각 핵-세포질 조합의 발생수행능력을 비교하면 계통발생상의 유연관계가 먼 종일수록 초기에 발생이 중지되는 결과를 나타냈다. 일반적으로양서류 종간 핵치환 결과는 후기 포배까지는 정상발생양상을 보이고 있다. 이와같은 잡종개체가 초기에 발생수행능력의 제한을 받는 요인은 두가지로 생각할 수 있는데, 치환된 핵에 비가역적 변화가 일어났을 가능성과 핵과 세포질간의 기능적 비양립성이 그것으로 현재로서는 후작 좀 더 가능성 있는 요인으로 사료된다.
본 연구는 몇 몇 포유류로부터 얻은 공여세포핵의 proliferation을 돕기 위한 수핵난자로 소 난자의 세포질을 사용하였으며, 공통 세포질로써의 능력을 시험하였다. 소 난자와 소, 사람, 돼지, 생쥐의 체세포와의 결합에서 유래한 각 종별 핵이식란의 융합율, 분할율, 배발달률 그리고 염색체 수를 조사하였다. 1. 소, 돼지, 생쥐, 사람 각각의 체세포를 이용한 핵이식란의 융합율은 70.2% 70.2% 72.4%와 63.0 %로 유의차를 보이지 않았다. 2. 소, 돼지, 생쥐, 사람 각각의 체세포를 이용한 핵이식란의 체외분할 ($\geq$2cell cleavage)율 또한 60.6%, 63.7%, 54.1%와 62.7%로 유의차가 없었다. 3. 각 종별로 체외분할이 일어난 시기를 조사한 결과 종에 관계없이 대체로 활성화 처리 후 24시간째에 대부분 일어나는 것을 볼 수 있었다. 그러나 점차적으로 분할이 계속 이루어지면서 발달시기가 종 특이적인 특성을 나타내는 것을 볼 수 있었다. 4. 이종간 핵이식의 후기 배발달 (상실배와 배반포) 률을 살펴보면 소와 사람의 체세포를 사용했을 경우 17.5%, 4.3%의 결과를 나타내었으며, 돼지와 생쥐의 체세포를 사용한 경우 16세 포기 이후 단계에 발달중지 현상을 볼 수 있었다. 5. 4~8 세포기 정도의 각 종별 핵이식란 할구를 분석에 사용하였을 때, 공여핵으로 사용된 종의 염색체 수와 일치하는 결과를 볼 수 있었다. 이상의 결과를 종합해 볼 때 성숙한 소 난자의 세포질은 소뿐만 아니라 돼지, 생쥐, 사람과 같은 다양한 포유류의 핵을 사용하여 핵이식을 하였을 때에도 발달이 가능하다는 것을 보여주고 있다.
본 연구는 체세포 핵이식 복제 수정란의 이식에 의한 고능력 한우를 다량 증식하기 위한 방안을 확립하기 위하여 수행되었다. 본 실험에 공여된 체세포는 육질과 육량 등급이 국내에서 100위 이내의 암소 귀세포를 채취하여 동결 및 계대배양하여 사용하였다. 한편, 핵이식 수정란의 준비를 위하여 도축장에서 채취한 난소에서 난자를 회수하여 22시간 성숙배양 후 난구세포를 제거하고 극체가 존재하는 난자만을 선별하여 recipient cytoplasm으로 이용하였다. 난자의 제핵, 체세포 핵이식, 전기융합 및 활성화 처리는 본 실험실의 방법에 준하여 실시하였으며, 핵이식란은 CR1aa 배양액 내에서 5% $CO_2$, 95% Air 및 39$^{\circ}C$의 기상조건하에서 7일간 배양 후 이식에 이용되었다. 한편, 수란축은 2회 이상 정상 발정주기가 확인된 경산우와 미경산우에 25mg의 PG $F_{2}$$\alpha$/를 투여하여 발정을 유기하거나 자연발정우를 선발하여 수란축으로 이용하였다. 그 결과, 배반포기배를 이식한 경우 14두중 5두에서 임신이 확인되었으며 그중 4두에서 유산되었고, 1두는 임신 6개월령으로 정상 발육되고 있는 것이 확인되었지만 상실배기단계에서 이식된 경우는 임신이 되지 않았다. (중략)
The nuclear transplantation technique is known as the most potential and efficient method for producing large numbers of genetically identical animals from a single embryo and somatic cells. After Dolly was introduced in 1997, many scientists were amazed. A possibility came to a reality that live offspring could be produced with differentiated somatic cells from an adult animal. On the other side, many in the press and the sensationalists focused on the socially, ethically and scientifically unacceptable sides of the technology. In this article, the history, current status and prospects of the technological development of nuclear transplantation in mammals and its application to the production of cloned animals are described. For the efficient and successful production of cloned embryos by nuclear transplantation, the right selection, preactivation and micromanipulation of oocytes as capacious recipient cytoplasm, the adequate and benefitial preparation of multiple totipotent embryonic and somatic cells as donor nuclei, fusion of them and in vitro production of cloned embryos are very critical. Recently the overall efficiency of production of cloned embryos and offspring in livestock has been much improved. Cloning will also be a more efficient, faster and useful way of creating transgenic fetuses for gene therapies, gene pharming, organs for xenotransplantation by preselection and mass production of transgenic embryos and consequently improving the production efficiency in transgenic animals. Further technical development of nuclear transplantation will enable large-scale production of cloned livestock and in near future the commercial cloning of animals will become a reality.
Porcine fibroblasts were transferred into enucleated bovine oocytes for the interspecies nuclear transfer (NT). After NT, the embryos were cultured in three different culture systems. The media used for the experiment were CR1aa and NCSU23. The culture systems used for the experiment were: 1. Culture in CR1aa for 7 days (CR). 2. Culture in CR1aa for 2 days and subsequently in NCSU23 for 5 days (CR-NC). 3. Culture in NCSU23 for 7 days (NC). Bovine (intraspecies) NT group was used as a control. The oocytes in bovine NT group were treated the same as interspecies NT embryos except using bovine fibroblasts as nuclear donors. Regardless of their nuclear origin (interspecies vs bovine), the embryos in CR (68.4% vs 77.2%) and CR-NC (67.8% vs 70.5%) showed better developmental competence to the 2-cell stage (p<0.05) than those in NC (41.0% vs 10.0%). Bovine NT embryos in CR-NC did not develop over the 4-cell stage after the medium replacement, while interspecies NT embryos in CR-NC continued to develop and could reach over the 8-cell stage (12.2%). Blastocysts were only found in bovine NT group (17.4%), but no blastocyst was found in interspecies NT group. This study suggests that the development of interspecies NT embryos mostly depends on their recipient cytoplasm during the culture in vitro.
Methods for activation of reconstructed oocytes were examined for the production of nuclear transfer (NT) rat embryos using fetal neural stem cells as donor. Neural stem cells were isolated from Day 14.5 rat fetuses, and the oocytes for recipient cytoplasm were recovered from 4-week old Sprague Dawley rats. After enucleation and nuclear injection, the reconstructed oocytes were immediately exposed to activation medium consisting of 10 mM $SrCl_2$ for 4 h (immediate activation after injection; IAI), or cultured in vitro for $2\~3$ h before activation treatment (injection before activation; IBA). Pre-activated oocytes were also used for NT to test reprogramming potential of artificially activated oocytes. The oocytes were grouped as IIA (immediate injection after activation) and ABI (activation $2\~3$ h before injection). Following NT, the oocytes were cultured in vitro. Development of the NT embryos was monitored at 44 and 119 h after activation. The embryos in groups IAI, mA, and IIA were cleaved to the 2-cell stage at the rates of $36.6\%\;(15/41),\;39.5\%\;(17/43)\;and\;46.3\%$ (25/54), respectively. However, in the ABI group, only one embryo ($1.8\%$, 1/55) was cleaved after activation. After in vitro culture, two NT embryos from IAI group had developed to the morula stage $(4.9\%\cdot2/41)$. However, no morula or blastocyst was obtained in the other groups. These results suggest that immediate activation after injection (IAI) method may be used for the production of rat somatic cell NT embryos.
본 연구는 demecolcine 처리에 의한 탈핵과 수핵란 세포질의 세포 주기가 소 체세포 핵이식란의 발육에 미치는 영향을 검토하였다. 체외에서 $16\~20$시간 성숙배양된 난자를 극체 방출 유무 및 MI, MII기 난자로 구분하여 $0.4\;\muL/mL$ demecolcine으로 40분간 처리 후 염색체 부위가 돌출된 난자는 탈핵 후 핵이식에 공시하였다. 소의 귀 피부 세포를 탈핵란에 이식하여 전기융합과 활성화 처리(Ca-ionophore+DMAP)를 거쳐 체외 배양하였다. Demecolcine처리 후 $86.2\%$의 난자가 염색체 부위의 돌출을 보여 이 중 $98.8\%$가 탈핵에 성공하였다. Demecolcine은 핵이식란의 발육에 영향을 주지 않았다. 제1극체 방출란 유래 핵이식란의 배반포 발육율은 극체 미방출란 유래 핵이식란에 비하여 유의적으로 높았다($18.2\%\;vs.\;4.6\%\cdot$, P<0.05). 한편, MI 난자 유래 핵이식란의 분할율 및 배반포 발육율은($69.4\%$와 $5.9\%$) MII 난자 유래 핵이식란에 비하여 유의적으로 낮았다($96.7\%$와 $23.9\%$, P<0.05). 본 연구의 결과는 demecolcine 처리가 소 난자의 탈핵에 매우 효과적이며 MII기 난자가 MI기 난자에 비하여 수핵란 세포질로 더 적절하나 극체 미방출란 및 MI기 난자도 비록 제한적이기는 하지만 핵이식란의 배반포 발육을 지원할 수 있음을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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