Влияние условий пост-активационного культивирования на развитие партеногенетических эмбрионов крупного рогатого скота

Цель: провести сравнительный анализ влияния коммерческих сред BO-IVC и CR1aa на этапе пост-активационного и последующего культивирования искусственно активированных ооцитов на формирование и качество партеногенетических эмбрионов крупного рогатого скота.

Материалы и методы. Через 22 часа in vitro созревания ооциты с первым полярным тельцем активировали в 5 мМ растворе иономицина (5 мин), после чего дополнительно культивировали в течение 4 часов с 2 мМ 6-диметиламинопурином (6-ДМАП) и 10 мкг/мл циклогексимида в среде СR1aa или BO-IVC (IVF Bioscience, Великобритания). После окончания периода пост-активационного культивирования одна часть ооцитов, культивируемых в среде CR1aa, переносилась для дальнейшего эмбрионального развития в среду аналогичного состава (группа CR1aa/CR1aa), другая часть в среду BO-IVC (группа CR1aa/BO-IVC). Активированные ооциты, культивируемые в присутствии 6-ДМАП и циклогексимида в среде BO-IVC , переносились в среду BO-IVC (группа BO-IVC/BO-IVC). Через 3 суток после активации оценивали число раздробившихся ооцитов, на 7 день оценивали количество эмбрионов, развившихся до стадии поздней морулы и бластоцисты, а также определяли число ядер в эмбрионах с помощью цитологического анализа.

Результаты. Доля раздробившихся ооцитов не различалась между экспериментальными группами и варьировала от 73,0 до 76,5%. Также не обнаружено значимого влияния условий пост-активационного культивирования ооцитов на их развитие до стадии поздней морулы и бластоцисты, выход которых для групп CR1aa/CR1aa, CR1aa/BO-IVC и BO-IVC/BO-IVC составил 28,9±1,7, 40,4±7,5 и 36,0±6,4%, соответственно. Тем не менее выявлено влияние тестируемых условий на способность партеногенетических эмбрионов преодолевать 8-16 клеточный блок развития и на их качество на поздних стадиях развития. Доля эмбрионов, содержащих менее 16-ти ядер, в группе CR1aa/CR1aa была наибольшей и составляла 56,8±2,1 %. Смена среды CR1aa на среду BO-IVC (группа BO-IVC/BO-IVC) достоверно снижала данный уровень (p<0,05). Положительный эффект усиливался, когда на этапе культивирования в присутствии 6-ДМАП и циклогексимида использовалась среда CR1aa, а дальнейшее эмбриональное развитие происходило в среде BO-IVC (группа CR1aa/BO-IVC) (p <0,001). Кроме того, при использовании смешанного варианта повышалось среднее количество ядер в партеногенетических эмбрионов, достигших стадии поздней морулы/бластоцисты (p<0,05).

Заключение. Таким образом, среда BO-IVC на этапах пост-активации и дальнейшего развития искусственно активированных ооцитов коров по эффективности получения партеногенетических эмбрионов на стадии бластоцисты сравнима со средой CR1aa. Тем не менее ее замена на этапе пост-активации на среду CR1aa позволяет повысить качество партеногенетических эмбрионов.

1. Wilmut I. Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells / I. Wilmut, A. E. Schnieke, J. McWhir, A. J. Kind, K. H. Campbell / / Nature. — 1997. — Vol. 385(6619). — P. 810-813. doi: 10.1038/385810a0.

2. Rho G. J. Activation regimens to prepare bovine oocytes for intracitoplasmic sperm injection / G. J. Rho, B. Wu, S. Kawarsky, S. P. Leibo, K. J. Betteridge / / Mol. Reprod. Dev. — 1998. — Vol. 50. — P. 485–492. doi: 10.1002/(SICI)1098-2795(199808)50:4<485::AID-MRD12>3.0.CO;2-1.

3. Suvá M. Effect of single and combined treatments with MPF or MAPK inhibitors on parthenogenetic haploid activation of bovine oocytes / M. Suvá, N. G. Canel, D. F. Salamone / / Reprod. Biol. — 2019. — Vol. 19(4). — P. 386-393. doi: 10.1016/j.repbio.2019.09.001.

4. Im G. S. Development and apoptosis of pre-implantation porcine nuclear transfer embryos activated with different combination of chemicals / G. S. Im, J. S. Seo, I. S. Hwang, D. H. Kim, S.W. Kim, B.C. Yang, B.S. Yang, L. Lai, R.S. Prather / / Mol. Reprod. Dev. — 2006. — Vol. 73(9). — P. 1094-1101. doi: 10.1002/mrd.20455.

5. Malin K. The many problems of somatic cell nuclear transfer in reproductive cloning of mammals / K. Malin, O. Witkowska-Piłaszewicz, K. Papis / / Theriogenology. — 2022. — Vol. 189. — P. 246–254. doi: 10.1016/j.theriogenology.2022.06.030.

6. Fan H. Y. Involvement of mitogen-activated protein kinase cascade during oocyte maturation and fertilization in mammals / H. Y. Fan, Q. Y. Sun / / Biol. Reprod. — 2004. — Vol. 70(3). — P. 535-547. doi: 10.1095/biolreprod.103.022830.

7. Koo D. B. Inactivation of MPF and MAP kinase by single electrical stimulus for parthenogenetic development of porcine oocytes / D. B. Koo, J. I. Chae, J. S. Kim, G. Wee, B. S. Song, K. K. Lee, Y. M. Han / / Mol. Reprod. Dev. — 2005. — Vol. 72(4). — P. 542-549. doi: 10.1002/mrd.20382.

8. Alberio R. Mammalian oocyte activation: Lessons from the sperm and implications for nuclear transfer / R. Alberio, V. Zakhartchenko, J. Motlik, E. Wolf / / Int. J. Dev. Biol. — 2001. — Vol. 45. — P. 797–809. doi: 10.1387/IJDB.11732839.

9. Whitworth K. M. Somatic Cell Nuclear Transfer efficiency: how can it be improved through nuclear remodeling and reprogramming? / K. M. Whitworth, R.S. Prather / / Mol. Reprod. Dev. — 2010. — Vol. 77(12). — P. 1001-1015. doi: 10.1002/mrd.21242.

10. Kubiak J. Z. The metaphase II arrest in mouse oocytes is controlled through microtubule-dependent destruction of cyclin B in the presence of CSF / J. Z. Kubiak, M. Weber, H. de Pennart, N. J. Winston, B. Maro / / Embo J. — 1993. — Vol. 12(10). — P. 3773-3778. doi: 10.1002/j.1460-2075.1993.tb06055.x.

11. Liu L. Parthenogenetic development and protein patterns of newly matured bovine oocytes after chemical activation / L. Liu, J. C. Ju, X. Yang / / Mol. Reprod. Dev. — 1998. — Vol. 49(3). — P. 298-307. doi: 0.1002/(SICI)1098-2795(199803)49:3<298::AID-MRD10>3.0.CO;2-T.

12. Felmer R. Activation treatment of recipient oocytes affects the subsequent development and ploidy of bovine parthenogenetic and somatic cell nuclear transfer (SCNT) embryos / R. Felmer, M. E. Arias / / Mol. Reprod. Dev. — 2015. — Vol. 82(6). — P. 441–449. doi: 10.1002/mrd.22492.

13. Шедова Е. Влияние продолжительности воздействия циклогексимида и 6-диметил-аминопурина (6-ДМАП) на развитие клонированных эмбрионов крупного рогатого скота/ Е. Шедова, А. Лопухов / /Генетика и разведение животных. — 2020. — № 4. — С. 85-91. doi: 10.31043/2410-2733-2020-4-85-91.

14. Rosenkrans C. F. Jr. Effect of free amino acids and vitamins on cleavage and develop-mental rate of bovine zygotes in vitro / C. F. Jr. Rosenkrans, N. L. First / / Journal of Animal Science. — 1994. — Vol. 72(2). — P. 434–437. doi: 10.2527/1994.722434x.

15. Wang Y. S. Effect of mSOF and G1.1/G2.2 media on the developmental competence of SCNT-derived bovine embryos / Y. S. Wang, S. Tang, Z. X. An, W. Z. Li, J. Liu, F. S. Quan, S. Hua, Y. Zhang / / Reprod. Domest. Anim. — 2011. — Vol. 46(3). — P. 404–409. doi: 10.1111/j.1439-0531.2010.01679.x.

16. Gao H. The effect of valproic acid on bovine oocyte maturation and early embryonic development in vitro / H. Gao, H. Bai, X. Ao, R. Sa, H. Wang, Z. Wang, Y. Yue, H. Yu / / Cytotechnology— 2014. — Vol. 66(3). — P. 525-532. doi: 10.1007/s10616-013-9603-1.

17. Сordova A. Choosing a culture medium for SCNT and iSCNT reconstructed embryos: from domestic to wildlife species / A. Cordova, W. A. King, G. F. Mastromonaco / / J. Anim. Sci. Technol. — 2015. — Vol. 59. — P. 24. doi: 10.1186/s40781-017-0149-1.

18. Zhang S. Aberrant DNA methylation reprogramming in bovine SCNT preimplantation embryos / S. Zhang, X. Chen, F. Wang, X. An, B. Tang, X. Zhang, L. Sun, Z. Li / / Sci. Rep. — 2016. — Vol. 26(6). — P. 30345. doi: 10.1038/srep30345.

19. Akagi S. Timing of the First Cleavage and In Vitro Developmental Potential of Bovine Somatic Cell Nuclear Transfer Embryos Activated by Different Protocols / S. Akagi, S. Tamura, K. Matsukawa / / Cellular Reprogramming. — 2019. — Vol. 22(1). https://doi.org/10.1089/cell.2019.0074.

20. Cuthbert J. M. Dynamics of small non-coding RNAs in bovine scNT embryos through the maternal-to-embryonic transition / J. M. Cuthbert, S. J. Russel, I. A. Polejaeva, Q. Meng, K. L. White, A. D. Benninghoff / / Biol. Reprod. — 2021. — Vol. 105(4). — P. 918-933. doi: 10.1093/biolre/ioab107.

21. Singina G. N. Развитие клонированных эмбрионов крупного рогатого скота in vitro в зависимости от параметров слияния и активации/ Г. Н. Сингина, А. В. Лопухов, Е. Н. Шедова //Сельскохозяйственная биология. — 2020. — Т. 55. — №. 55(2). — С. 295–305. doi: 10.15389/agrobiology.2020.2.295rus.

22. Singina G. N. Production of a Cloned Offspring and CRISPR/Cas9 Genome Editing of Embryonic Fibroblasts in Cattle / G. N. Singina, P. V. Sergiev, A. V. Lopukhov, M. P. Rubtsova, N. P. Taradajnic, N. V. Ravine, E. N. Shedova, T. E. Taradajnic, I. A. Polejaeva, A. V. Dozev, G. Brem, O. A. Dontsova, N. A. Zinovieva / / Dokl. Biochem. Biophys. — 2021. — Vol. 496(1). — P. 48–51. doi: 10.1134/S1607672921010099.

23. Ferré L. B. Recent progress in bovine in vitro-derived embryo cryotolerance: impact of in vitro culture systems, advances in cryopreservation and future considerations / L. B. Ferré, M. E. Kjelland, A. M. Taiyeb, F. Campos-Chillon., P. J. Ross / / Reprod. Domest. Anim. — 2020. — Vol. 55(6). — P. 659–676. doi: 10.1111/rda.13667.

24. Deng M. Aberrant DNA and histone methylation during zygotic genome activation in goat cloned embryos / M. A. Deng, Z. Liu, B. Chen,Y. Wan, H. Yang, Y. Zhang, Y. Cai, J. Zhou, F. Wang / / Theriogenology. — 2020. — Vol. 148. — P. 27–36. doi: 10.1016/j.theriogenology.2020.02.036.

25. Sharma A. Effects of Dietary Fatty Acids on Bovine Oocyte Competence and Granulosa Cells / A. Sharma, V. S. Baddela, V. Roettgen, A. Vernunft, T. Viergutz, D. Dannerberger, H. M. Hammon, J. Schoen, J. Vanselow / / Front. Endocrinol. — 2020. — Vol.11. doi: 10.3389/fendo.2020.00087.

26. Nielsen J. M. K. New culture media affects blastocyst development and gene expression levels in in vitro-produced bovine embryos / J. M. K. Nielsen, C. Wrenzycki, P. Hyttel, F. Poppicht, L. Strøbech / / Reprod. Fertil. Dev. — 2014. — Vol. 27(1). — P. 206–207. https://doi.org/10.1071/RDv27n1Ab234.

27. Wani N. In vitro maturation of pre-pubertal goat oocytes and their development after chemical activation / N. Wani, S. B. Hong / / Reprod. Fertil. Dev. — 2019. — Vol. 31(1). P. 205. doi: 10.1071/RDv31n1Ab160.

28. Kharche S. D. Parthenogenesis and activation of mammalian oocytes for in vitro embryo production: A review / S. D. Kharche, H. S. Birade / / Advances in Bioscience and Biotechnology. — 2013. — Vol. 4. — P. 170–182. doi:10.4236/abb.2013.4202.

29. Song B. S. Prostacyclin stimulates embryonic development via regulation of the cAMP response element-binding protein-cyclo-oxygenase-2 signalling pathway in cattle / B. S. Song, J. S. Kim, C. H. Kim, Y. M. Han, D. S. Lee, K. K. Lee, D. B. Koo / / Reprod. Fertil. Dev. — 2009. — Vol. 21(3). — P. 400–407. doi: 10.1071/rd08180.

30. Salehi M. Comparison of Epigenetic Modifier Genes in Bovine Adipose Tissue-Derived Stem Cell Based Embryos, as Donors, with In Vitro and Parthenogenesis Embryos / M. Salehi, B. Abouhamzeh, A. Hosseini, Z. Zare, A. Bakhtari / / Cell J. — 2020. — Vol. 22(2). — P. 149–157. doi: 10.22074/cellj.2020.6714.

31. Ailia M. J. Development of in-vitro maturation protocol for rat oocytes; under simple culture vs co-culture with cumulus cell monolayer and its developmental potential via Parthenogenetic/artificial activation / M. J. Ailia, Y. K. Jin, H. K. Kim, G. Jang / / BMC Vet. Res. — 2021. — Vol. 17(1). — P. 44. doi: 10.1186/s12917-020-02714-8.

32. Korkmaz Ö. Effect of oocyte quality and activation protocols on bovine embryo development following intracytoplasmic sperm injection / Ö. Korkmaz, S. Kuplulu, Y. Agca, I. M. Polat / / Turk. J. Vet. Anim. Sc. — 2013. — Vol. 37. — P. 26–30. doi: 10.3906/vet-1105-44.

33. Suv M. Haploid activation of bovine oocytes with ionomycin and single or combined activating agents / M. Suv, N. G. Canel, D. F. Salamone / / Reprod. Fertil. Dev. — 2016. — Vol. 28(2). — P. 225. doi:10.1071/RDv28n2Ab188.