Влияние условий подготовки ооцитов и донорских клеток на эффективность соматического клонирования у домашней овцы (Ovis aries L.)

Бесплатный доступ

Технология получения эмбрионов методом клонирования ядер соматических клеток (somatic cell nuclear transfer, SCNT) может быть применена в овцеводстве для решения задач по размножению и сохранению ценных животных, а также созданию новых генотипов методами геномного редактирования. Вместе с тем эффективность SCNT у Ovis aries остается сравнительно низкой и существует необходимость в оптимизации ее отдельных этапов. В представленной работе была поставлена цель оценить результативность технологии SCNT в зависимости от применяемой среды in vitro созревания (in vitro maturation, IVM) ооцитов, их возраста на момент начала процедуры энуклеации и переноса соматической клетки (СК) в перивителлиновое пространство полученных цитопластов (nuclear transfer, NT), а также условий подготовки СК - продолжительности их сывороточного голодания (СГ) в культуре и длительности хранения в суспензии накануне NT. Изучали воздействие перечисленных факторов на образование цитогибридов в процессе слияния энуклеированного ооцита и СК (доля слияния), а также на развитие клонированных эмбрионов (доля дробления цитогибридов). Выделенные post mortem ооцит-кумулюсные комплексы (ОКК) созревали в ТС-199 или в среде BO-IVM от «IVF Bioscience» (Великобритания). Для NT использовали ооциты с первым полярным тельцем (ППТ) в возрасте от 20 до 23 ч (с момента начала IVM), а также фетальные фибробласты (ФФБ) в качестве донорских СК. Последние накануне культивировали до 80-100 % монослоя с последующей инкубацией в условиях СГ (для синхронизации клеточного цикла) в течение 24 или 48 ч. К процедуре переноса в энуклеированный ооцит готовили суспензию ФФБ, которую хранили до NT на протяжении различных периодов времени (£ 30, 31-90, 91-150 и > 151 мин). Полученные в результате NT-реконструирования клеточные комплексы подергали процедуре электрослияния, образовавшиеся цитогибриды активировали, после чего культивировали в течение 2 сут для эмбрионального развития. Доля слияния значимо не различалась между экспериментальными группами и варьировалась от 31 до 42 %. Также не различалась доля дробления цитогибридов, если созревание ооцитов происходило в среде ТС-199 или BO-IVM (соответственно 47,1±2,40 % и 50,9±3,30 %). Когда для процедуры NT использовали ооциты с ППТ в возрасте 22 ч, выход клонированных эмбрионов составил 55,8±3,78 %. Для более ранних ооцитов результат был сопоставимым, а более возрастные (23 ч) показали его существенное ухудшение (до 39,3±6,69 %, p function show_abstract() { $('#abstract1').hide(); $('#abstract2').show(); $('#abstract_expand').hide(); }

Еще

Ovis aries, домашняя овца, клонирование, ооциты, созревание in vitro, соматические клетки, сывороточное голодание, эмбриональное развитие

Короткий адрес: https://sciup.org/142243763

IDR: 142243763   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2024.4.692rus

Список литературы Влияние условий подготовки ооцитов и донорских клеток на эффективность соматического клонирования у домашней овцы (Ovis aries L.)

  • Vazquez-Avendaño J.R., Ambríz-García D.A., Cortez-Romero C., Trejo-Córdova A., Navarro-Maldonado M.D.C. Current state of the efficiency of sheep embryo production through somatic cell nuclear transfer. Small Ruminant Research, 2022, 212: 106702 (doi: 10.1016/j.smallrumres.2022.106702).
  • Perisse I.V., Fan Z., Singina G.N., White K.L., Polejaeva I.A. Improvements in gene editing technology boost its application in livestock. Frontiers in Genetics, 2021, 11: 614688 (doi: 10.3389/fgene.2020.614688).
  • Shakweer W.M.E., Krivoruchko A.Y., Dessouki S.M., Khattab A.A. A review of transgenic animal techniques and their applications. Journal of Genetic Engineering and Biotechnology, 2023, 21(1): 55 (doi: 10.1186/s43141-023-00502-z).
  • Polejaeva I.A. 25th Anniversary of cloning by somatic cell nuclear transfer: Generation of genetically engineered livestock using somatic cell nuclear transfer. Reproduction, 2021, 162(1): F11-F22 (doi: 10.1530/REP-21-0072).
  • Loi P., Czernik M., Zacchini F., Iuso D., Scapolo P.A., Ptak G. Sheep: the first large animal model in nuclear transfer research. Cellular Reprogramming, 2013, 15(5): 367-373 (doi: 10.1089/cell.2013.0032).
  • Gurdon J.B. The egg and the nucleus: a battle for supremacy. Development, 2013, 140(12): 2449-2456 (doi: 10.1242/dev.097170).
  • Latham K.E. Early and delayed aspects of nuclear reprogramming during cloning. Biol. Cell., 2005, 97: 119-132. (doi: 10.1042/BC20040068).
  • Srirattana K., Kaneda M., Parnpai R. Strategies to improve the efficiency of somatic cell nuclear transfer. International Journal of Molecular Sciences, 2022, 23(4): 1969 (doi: 10.3390/ijms23041969).
  • Wang X., Qu J., Li J., He H., Liu Z., Huan Y. Epigenetic reprogramming during somatic cell nuclear transfer: recent progress and future directions. Frontiers in Genetics, 2020, 11: 205 (doi: 10.3389/fgene.2020.00205).
  • Wu B., Ignotz G., Currie W.B., Yang X. Dynamics of maturation-promoting factor and its constituent proteins during in vitro maturation of bovine oocytes. Biology of Reproduction, 1997, 56(1): 253-259 (doi: 10.1095/biolreprod56.1.253).
  • Campbell K.H.S., Choi I., Zhu J., Fulka J. Cell cycle regulation in cloning. In: Principles of cloning: Second Edition, Academic Press, 2013: 149-160 (doi: 10.1016/B978-0-12-386541-0.00012-6).
  • Yagcioglu S., Ersoy N., Demir K., Birler S., Pabuccuoglu S. Can roscovitine and trichostatin A be alternatives to standard protocols for cell cycle synchronization of ovine adult and foetal fibroblast cells? Reproduction in Domestic Animals, 2023, 58(9): 1251 (doi: 10.1111/rda.14425).
  • Ma L., Liu X., Wang F., He X., Chen S., Li W. Different donor cell culture methods can influence the developmental ability of cloned sheep embryos. PLoS ONE, 2015, 10(8): e0135344 (doi: 10.1371/journal.pone.0135344).
  • Miranda Mdos S., Bressan F.F., Zecchin K.G., Vercesi A.E., Mesquita L.G., Merighe G.K., King W.A., Ohashi O.M., Pimentel J.R., Perecin F., Meirelles F.V. Serum-starved apoptotic fibroblasts reduce blastocyst production but enable development to term after SCNT in cattle. Cloning Stem Cells, 2009, 11(4): 565-73 (doi: 10.1089/clo.2009.0028).
  • Park H.J., Koo O.J., Kwon D.K., Kang J.T., Jang G., Lee B.C. Effect of roscovitine-treated donor cells on development of porcine cloned embryos. Reproduction in Domestic Animals, 2010, 45(6): 1082-1088 (doi: 10.1111/j.1439-0531.2009.01499.x).
  • Rodrigues L.L.V., Moura Y.B.F., Viana J.V.D.S., de Oliveira L.R.M, Praxedes É.A., Vieira J.B., Sales S.L.A., Silva H.V.R., Luciano M.C.D.S., Pessoa C., Pereira A.F. Full confluency, serum starvation, and roscovitine for inducing arrest in the G0/G1 phase of the cell cycle in puma skin-derived fibroblast lines. Animal Reproduction, 2023, 20(1): e20230017 (doi: 10.1590/1984-3143-AR2023-0017).
  • 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).
  • Wilmut I., Schnieke A.E., McWhir J., Kind A.J., Campbell K.H. Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells. Nature, 1997, 385(6619): 810-3 (doi: 10.1038/385810a0).
  • Falchi L., Ledda S., Zedda M.T. Embryo biotechnologies in sheep: achievements and new improvements. Reproduction in Domestic Animals, 2022, 57(Suppl 5): 22-33 (doi: 10.1111/rda.14127).
  • McKiernan S.H., Bavister B.D. Different lots of bovine serum albumin inhibit or stimulate in vitro development of hamster embryos. In vitro Cellular and Developmental Biology, 1992, 28A: 154-156 (doi: 10.1007/bf02631084).
  • Sagirkaya H., Misirlioglu M., Kaya A., First N.L., Parrish J.J., Memili E. Developmental potential of bovine oocytes cultured in different maturation and culture conditions. Animal Reproduction Science, 2007, 101: 225-240 (doi: 10.1016/j.anireprosci.2006.09.016).
  • Hosseini S.M., Moulavi F., Foruzanfar M., Hajian M., Abedi P., Rezazade-Valojerdi M., Parivar K., Shahverdi A.H., Nasr-Esfahani M.H. Effect of donor cell type and gender on the efficiency of in vitro sheep somatic cell cloning. Small Ruminant Research, 2008, 78: 162-168 (doi: 10.1016/j.smallrumres.2008.06.004).
  • Deng S., Li G., Zhang J., Zhang X., Cui M., Guo Y., Liu G., Li G., Feng J., Lian Z. Transgenic cloned sheep overexpressing ovine toll-like receptor 4. Theriogenology, 2013, 80(1): 50-57 (doi: 10.1016/j.theriogenology.2013.03.008 ).
  • Yuan Y., Liu R., Zhang X., Zhang J., Zheng Z., Huang C., Cao G., Liu H., Zhang X. Effects of recipient oocyte source, number of transferred embryos and season on somatic cell nuclear transfer efficiency in sheep. Reproduction in Domestic Animals, 2019, 54(11): 1443-1448 (doi: 10.1111/rda.13546).
  • Singina G.N., Lopukhov A.V., Shedova E.N. In vitro development of cloned embryo in cattle in relation with fusion and activation parameters. Sel'skokhozyaistvennaya Biologiya [Agricultural Biology], 2020, 55(2): 295-305 (doi: 10.15389/agrobiology.2020.2.295eng).
  • Singina G.N., Lukanina V.A., Shedova E.N., Chinarov R.Yu., Gladyr E.A., Tsyndrina E.V. The results of production and transplantation of IVEP embryos in sheep (Ovis aries). Sel'skokhozyaistvennaya Biologiya [Agricultural Biology], 2023, 58(6): 1088-1099 (doi: 10.15389/agrobiology.2023.6.1088rus).
  • 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: 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).
  • Zhu J., Moawad A.R., Wang C.Y., Li H.F., Ren J.Y., Dai Y.F. Advances in in vitro production of sheep embryos. International Journal of Veterinary Science and Medicine, 2018, 27(6 Suppl): S15-S26 (doi: 10.1016/j.ijvsm.2018.02.003).
  • Nielsen J.M.K., Wrenzycki C., Hyttel P., Poppicht F., Strøbech L. New culture media affects blastocyst development and gene expression levels in in vitro-produced bovine embryos. Reproduction, Fertility, and Development, 2014, 27(1): 206-207 (doi: 10.1071/RDv27n1Ab234).
  • Gutierrez-Castillo E., Ming H., Foster B., Gatenby L., Mak C.K., Pinto C., Bondioli K., Jiang Z. Effect of vitrification on global gene expression dynamics of bovine elongating embryos. Reproduction Fertility and Development, 2021, 33(5): 338-348 (doi: 10.1071/RD20285).
  • Bunderson I., Liu Y., Polejaeva I. Effects of serum-free maturation medium and resveratrol supplementation on ovine oocyte maturation and quality. Reproduction, Fertility and Development, 2024, 36(2): 263 (doi: 10.1071/RDv36n2Ab207).
  • Demir K., Pabuccuoğlu S., Cirit Ü., Evecen M., Karaman E., Özdaş Ö.B., Alkan S., Attala H., Birler S. Effects of serum starvation and ionomycin activation on the development of somatic cell nuclear transfer embryos in sheep. Ankara Üniversitesi Veteriner Fakültesi Dergisi, 2019, 66: 37-42 (doi: 10.1501/Vetfak_0000002885).
  • Shirazi A., Bahiraee A., Ahmadi E., Nazari H., Heidari B., Borjian S. The effect of the duration of in vitro maturation (IVM) on parthenogenetic development of ovine oocytes. Avicenna J. Med. Biotechnol., 2009, 1(3): 181-191.
  • Cho J.K., Lee B.C., Park J.I., Lim J.M., Shin S.J., Kim K.Y., Lee B.D., Hwang W.S. Development of bovine oocytes reconstructed with different donor somatic cells with or without serum starvation. Theriogenology, 2002, 57(7): 1819-1828 (doi: 10.1016/s0093-691x(01)00699-9).
  • Nguyen V.K., Somfai T., Salamone D., Thu Huong V.T., Le Thi Nguyen H., Huu Q.X., Hoang A.T., Phan H.T., Thi Pham Y.K., Pham L.D. Optimization of donor cell cycle synchrony, maturation media and embryo culture system for somatic cell nuclear transfer in the critically endangered Vietnamese Ỉ pig. Theriogenology, 2021, 166: 21-28 (doi: 10.1016/j.theriogenology.2021.02.008).
  • Sadeghian-Nodoushan F., Eftekhari-Yazdi P., Dalman A., Eimani H., Sepehri H. Mimosine as well as serum starvation can be used for cell cycle synchronization of sheep granulosa cells. Chinese Journal of Biology, 2014, 2014: 851736 (doi: 10.1155/2014/851736).
  • Gómez N.A., Ramírez M.M., Ruiz-Cortés Z.T. Primary fibroblast cell cycle synchronization and effects on handmade cloned (HMC) bovine embryos. Ciencia Animal Brasileira, 2018, 2018: e48555 (doi: 10.1590/1809-6891v19e-48555).
  • Жукова А.С. Способы синхронизации клеточного цикла кариопластов для повышения результативности соматического клонирования сельскохозяйственных животных. Гены и клетки, 2024, 19(3): 630218 (doi: 10.17816/gc630218).
Еще
Статья научная