Развитие клонированных эмбрионов крупного рогатого скота in vitro в зависимости от параметров слияния и активации
Автор: Сингина Г.Н., Лопухов А.В., Шедова Е.Н.
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Современные достижения и проблемы генетики и биотехнологии в животноводстве
Статья в выпуске: 2 т.55, 2020 года.
Бесплатный доступ
Технология получения клонированных эмбрионов крупного рогатого скота имеет широкие перспективы применения для решения задач, направленных на тиражирование высокопродуктивных и уникальных генотипов в племенном животноводстве, а также создание новых генотипов методами геномного редактирования. Известно, что основой успешного клонирования является способность донорского ядра соматической клетки перепрограммироваться в направлении тотипотентного состояния и что соответствующие трансформации ядра клетки (кариопласта) опосредуются факторами цитоплазмы ооцита (цитопласта) и начинаются с момента их объединения (слияния). При этом характер воздействия цитоплазмы зависит от многих факторов и является объектом направленного воздействия. В этой связи в рамках представляемой работы была поставлена цель оценить эффективность клонирования с точки зрения продолжительности воздействия цитоплазмы ооцита на донорское ядро до активации, возраста MII ооцитов на момент их активации в составе слившихся комплексов (цитогибридов), а также повторного электрослияния цитопласта и кариопласта. Изучали воздействие указанных факторов на формирование клонированных эмбрионов и их развитие до стадии бластоцисты. Выделенные post mortem ооцит-ку-мулюсные комплексы (ОКК) созревали в среде ТС-199, дополненной 10 % фетальной бычьей сыворотки, 10 мкг/мл фолликулостимулирующего (ФСГ) и 10 мкг/мл лютеинизирующего (ЛГ) гормонов. Через 20-24 ч созревания ОКК обрабатывали 0,1 % раствором гиалуронидазы, механически удаляли кумулюсные клетки и отбирали ооциты с первым полярным тельцем. Фетальные фибробласты (длительного срока хранения) культивировали до сформированного монослоя, контактно ингибировали в течение 2 сут и готовили к процедуре переноса в энуклеированный ооцит в виде суспензии. Для объединения ооцитов и перенесенных в их перивителлиновое пространство клеток применяли два последовательных прямоугольных импульса постоянного тока при напряжении 35 В продолжительностью 20 мкс (однократно или в случае отсутствия признаков объединения клеток двукратно). Полученные цитогибриды активировали иономицином через 1,0 или 2,0 ч после слияния (23-25 или 26-28 ч с момента начала созревания ооцитов-реципиентов) и культивировали до стадии бластоцисты. Доля раздробившихся ооцитов не различалась между экспериментальными группами и варьировала от 60,7 до 70,4 %. Также не различалась доля развития бластоцист, когда использовалось однократное или двукратное слияние (соответственно 29,4±4,4 и 22,8±3,5 %). При интервале между слиянием и активацией 1,0 ч выход бластоцист составлял 17,4±2,6 %. Удлинение продолжительности указанного периода до 2,0 ч повышало этот показатель до 31,1±3,8 % (p function show_abstract() { $('#abstract1').hide(); $('#abstract2').show(); $('#abstract_expand').hide(); }
Крупный рогатый скот, соматическое клонирование, слияние, активация, эмбриональное развитие
Короткий адрес: https://sciup.org/142226296
IDR: 142226296 | DOI: 10.15389/agrobiology.2020.2.295rus
Список литературы Развитие клонированных эмбрионов крупного рогатого скота in vitro в зависимости от параметров слияния и активации
- Tian X.C., Kubota C., Sakashita K., Izaike Y., Okano R., Tabara N., Curchoe C., Jacob L., Zhang Y., Smith S., Bormann C., Xu J., Sato M., Andrew S., Yang X. Meat and milk compositions of bovine clones. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2005, 102(18): 6261-6266 ( ). DOI: 10.1073/pnas.0500140102
- Hoshino Y., Hayashi N., Taniguchi S., Kobayashi N., Sakai K., Otani T., Iritani A., Saeki K. Resurrection of a bull by cloning from organs frozen without cryoprotectant in a -80 °С freezer for a decade. PLoS ONE, 2009, 4(1): e4142 ( ). DOI: 10.1371/journal.pone.0004142
- Yonai M., Kaneyama K., Miyashita N., Kobayashi S., Goto Y., Bettpu T., Nagai T. Growth, reproduction, and lactation in somatic cell cloned cows with short telomeres. Journal of Dairy Science, 2005, 88(11): 4097-4110 ( DOI: 10.3168/jds.S0022-0302(05)73094-0)
- Van Eenennaam A.L. Application of genome editing in farm animals: cattle. Transgenic Research, 2019, 28(2): 93-100 ( ). DOI: 10.1007/s11248-019-00141-6
- Brophy B., Smolenski G., Wheeler T., Wells D., L'Huillier P., Laible G. Cloned transgenic cattle produce milk with higher levels of beta-casein and kappa-casein. Nature Biotechnology, 2003, 21(2): 157-162 ( ). DOI: 10.1038/nbt783
- Richt J.A., Kasinathan P., Hamir A.N., Castilla J., Sathiyaseelan T., Vargas F., Sathiyaseelan J., Wu H., Matsushita H., Koster J., Kato S., Ishida I., Soto C., Robl J.M., Kuroiwa Y. Production of cattle lacking prion protein. Nature Biotechnology, 2007, 25(1): 132-138 ( ).
- DOI: 10.1038/nbt1271
- Wu H., Wang Y., Zhang Y., Yang M., Lv J., Liu J., Zhang Y. TALE nickase-mediated SP110 knocking endows cattle with increased resistance to tuberculosis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015, 112(13): E1530-E1539 ( ).
- DOI: 10.1073/pnas.1421587112
- Proudfoot C., Carlson D.F., Huddart R., Long C.R., Pryor J.H., King T.J., Lillico S.G., Mileham A.J., McLaren D.G., Whitelaw C.B., Fahrenkrug S.C. Genome edited sheep and cattle. Transgenic Research, 2015, 24(1): 147-153 ( ).
- DOI: 10.1007/s11248-014-9832-x
- Gao Y., Wu H, Wang Y, Liu X, Chen L, Li Q., Cui C., Liu X., Zhang J., Zhang Y. Single Cas9 nickase induced generation of NRAMP1 knockin cattle with reduced off-target effects. Genome Biology, 2017, 18(1): 13 ( ).
- DOI: 10.1186/s13059-016-1144-4
- Farin P.W., Piedrahita J.A., Farin C.E. Errors in development of fetuses and placentas from in vitro-produced bovine embryos. Theriogenology, 2006, 65(1): 178-191 ( ).
- DOI: 10.1016/j.theriogenology.2005.09.022
- Bertolini M., Bertolini L.R., Gerger R.P.C., Batchelder C.A., Anderson G.B. Developmental problems during pregnancy after in vitro embryo manipulations. Rev. Bras. Reprod. Anim., 2007, 31(3): 391-405.
- Su J., Wang Y., Liu Q., Yang B., Wu Y., Luo Y., Hu G., Zhang Y. Aberrant mRNA expression and DNA methylation levels of imprinted genes in cloned transgenic calves that died of large offspring syndrome. Livestock Science, 2011, 141(1): 24-35 ( ).
- DOI: 10.1016/j.livsci.2011.04.012
- Yang X.Z., Smith S.L., Tian X.C., Lewin H.A., Renard J.P., Wakayama T. Nuclear reprogramming of cloned embryos and its implications for therapeutic cloning. Nature Genetics, 2007, 39(3): 295-302 ( ).
- DOI: 10.1038/ng1973
- Latham K.E. Early and delayed aspects of nuclear reprogramming during cloning. Biology of the Cell, 2005, 97(2): 119-132 ( ).
- DOI: 10.1042/BC20040068
- Akagi S., Matsukawa K., Takahashi S. Factors affecting the development of somatic cell nuclear transfer embryos in cattle. Journal of Reproduction and Development, 2014, 60(5): 329-335 ( ).
- DOI: 10.1262/jrd.2014-057
- Wells D.N., Misica P.M., McMillan W.H., Tervit H.R. Production of cloned bovine fetuses following nuclear transfer using cells from a fetal fibroblast cell line. Theriogenology, 1998, 49(1): 330 (
- DOI: 10.1016/S0093-691X(98)90683-5)
- Akagi S., Yokota M., Neguebi T., Taniyama A., Fuebimoto D., Izaile Y. The timing of fusion and chemical activation in nuclear transfer affects development potential of bovine embryos. Theriogenology, 2001, 55(1): 252 (
- DOI: 10.1016/S0093-691X(00)00457-X)
- Choi J.Y., Kim C.I., Park C.K., Yang B.K., Cheong H.T. Effect of activation time on the nuclear remodeling and in vitro development of nuclear transfer embryos derived from bovine somatic cells. Molecular Reproduction and Development, 2004, 69(3): 289-295 ( ).
- DOI: 10.1002/mrd.20131
- Liu L., Shin T., Pryor J.H., Kraemer D., Westhusin M. Regenerated bovine fetal fibroblasts support high blastocyst development following nuclear transfer. Cloning, 2001, 3(2): 51-58
- DOI: 10.1089/15204550152475554
- Aston K.I., Li G.P., Hicks B.A., Sessions B.R., Pate B.J., Hammon D., Bunch T.D., White K.L. Effect of the time interval between fusion and activation on nuclear state and development in vitro and in vivo of bovine somatic cell nuclear transfer embryos. Reproduction, 2006, 131(1): 45-51 ( ).
- DOI: 10.1530/rep.1.00714
- German S.D., Campbell K.H.S. Livestock somatic cell nuclear transfer. In: Sustainable food production /P. Christou, R. Savin, B.A. Costa-Pierce, I. Misztal, C.B.A. Whitelaw (eds.) Springer, New York, 2013: 1067-1095 ( ).
- DOI: 10.1007/978-1-4614-5797-8_2
- Miao Y.L., Kikuchi K., Sun G.Y., Schatten H. Oocyte aging: cellular and molecular changes, developmental potential and reversal possibility. Human Reproduction Update, 2009, 15(5): 573-585 ( ).
- DOI: 10.1093/humupd/dmp014
- Lebedeva I.Yu., Singina G.N., Lopukhov A.V., Zinovieva N.A. Dynamics of morphofunctional changes in aging bovine ova during prolonged culture in vitro. Cell and Tissue Biology, 2014, 8(3): 258-266 ( ).
- DOI: 10.1134/S1990519X14030080
- Akagi S., Geshi M., Nagai T. Recent progress in bovine somatic cell nuclear transfer. Animal Science Journal, 2013, 84(3): 191-199 ( ).
- DOI: 10.1111/asj.12035
- Akagi S., Matsukawa K., Takahashi S. Factors affecting the development of somatic cell nuclear transfer embryos in cattle. Journal of Reproduction and Development, 2014, 60(5): 329-335 ( ).
- DOI: 10.1262/jrd.2014-057
- Сингина Г.Н., Лопухов А.В., Зиновьева Н.А., Шапканова Е.В., Пузик А.А. Оптимизация параметров энуклеации и слияния ооцита с соматической клеткой при получении клонированных эмбрионов млекопитающих. Сельскохозяйственная биология, 2013, 2: 46-51 ( ).
- DOI: 10.15389/agrobiology.2013.2.46rus
- Ross P.J., Cibelli J.B. Bovine somatic cell nuclear transfer. In: Cellular programming and reprogramming. Methods in molecular biology (methods and protocols) /S. Ding (ed.). Humana Press, 2010, V. 636: 155-177 ( ).
- DOI: 10.1007/978-1-60761-691-7_10
- Bavister B.D., Liebfried M.L., Lieberman G. Development of preimplantation embryos of the golden hamster in a defined culture medium. Biology of Reproduction, 1993, 28(1): 235-247 ( ).
- DOI: 10.1095/biolreprod28.1.235
- Rosenkrans C.F.Jr., First N.L. Effect of free amino acids and vitamins on cleavage and develop-mental rate of bovine zygotes in vitro. Journal of Animal Science, 1994, 72(2): 434-437 ( ).
- DOI: 10.2527/1994.722434x
- Liu J., Wang Y., Su J., Wang L., Li R., Li Q., Wu Y., Hua S., Quan F., Guo Z., Zhang Y. Effect of the time interval between fusion and activation on epigenetic reprogramming and development of bovine somatic cell nuclear transfer embryos. Cellular Reprogramming, 2013, 15(2): 134-142 ( ).
- DOI: 10.1089/cell.2012.0052
- Shen P.C., Lee S.N., Liu B.T., Chu F.H., Wang C.H., Wu J.S., Lin H.H., Cheng W.T.K. The effect of activation treatments on the development of reconstructed bovine oocytes. Animal Reproduction Science, 2008, 106(1-2): 1-12 ( ).
- DOI: 10.1016/j.anireprosci.2007.03.019