Melatonin cải thiện khả năng thụ tinh và phát triển của noãn bào bò nhờ điều chỉnh các sự kiện trưởng thành tế bào chất

Journal of Pineal Research - Tập 64 Số 1 - 2018
Xueming Zhao1, Na Wang1, Hai‐Sheng Hao1, Chong‐Yang Li1, Ya‐Han Zhao1, Chang‐Liang Yan2, Haoyu Wang1, Weihua Du1, Dong Wang1, Fulai Liu1, Yunwei Pang1, Huabin Zhu1
1Embryo Biotechnology and Reproduction Laboratory, Institute of Animal Sciences (IAS), Chinese Academy of Agricultural Sciences (CAAS), Beijing, China
2Livestock and Poultry Import & Export Department China Animal Husbandry Group (CAHG) Beijing China

Tóm tắt

Tóm TắtMelatonin là một chất chống oxy hóa nổi tiếng đã được sử dụng thành công để bảo vệ các noãn bào khỏi các dạng oxy hoạt động trong quá trình nuôi trưởng thành trong ống nghiệm (IVM), dẫn đến sự cải thiện khả năng thụ tinh và khả năng phát triển. Tuy nhiên, cơ chế mà melatonin cải thiện khả năng thụ tinh và phát triển của noãn bào vẫn chưa được xác định. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã nghiên cứu tác động của melatonin lên sự trưởng thành tế bào chất của noãn bào bò. Trong nghiên cứu hiện nay, noãn bào bò được nuôi cấy trong môi trường IVM được bổ sung melatonin với các nồng độ 0, 10–7, 10–9, và 10−11 mol/L, và các thông số trưởng thành tế bào chất của noãn bào MII sau IVM đã được điều tra, bao gồm sự phân bố của các bào quan (ty thể, hạt nhân của tế bào vùng vỏ [CG], và mạng lưới nội chất [ER]), các mức độ glutathione nội bào (GSH) và ATP, biểu hiện của các gen chống oxy hóa nội tại (Cat, Sod1, và GPx), và các sự kiện liên quan đến thụ tinh (phân bố IP3R1 và biểu hiện của CD9 và Juno). Kết quả của chúng tôi cho thấy melatonin đã cải thiện đáng kể sự trưởng thành tế bào chất của noãn bào bò bằng cách cải thiện sự phân bố bình thường của các bào quan, tăng mức độ GSH và ATP nội bào, nâng cao mức độ biểu hiện từ gen chống oxy hóa, và điều chỉnh các sự kiện liên quan đến thụ tinh, tất cả điều này dẫn đến tăng khả năng thụ tinh và khả năng phát triển. Trong khi đó, melatonin cũng tăng các mức độ biểu hiện mRNA và protein của gen Tet1 và giảm các mức độ mRNA và protein của gen Dnmt1 trong noãn bào bò, chỉ ra rằng melatonin điều hòa biểu hiện của các gen được phát hiện qua quá trình khử methyl. Những phát hiện này cung cấp cái nhìn sâu sắc về các cơ chế tiềm năng mà melatonin cải thiện chất lượng noãn bào trong quá trình IVM.

Từ khóa

#Melatonin #Noãn bào bò #Trưởng thành tế bào chất #Khả năng thụ tinh #Khả năng phát triển #Oxy hóa khử enzyme #Phân bố bào quan #Biểu hiện gen #Khử methyl #Nuôi trưởng thành trong ống nghiệm #nhanh chóng GSH #ATP #IP3R1 #CD9 #Juno #Tet1 #Dnmt1.

Tài liệu tham khảo

10.1016/S1472-6483(10)60038-7

Lonergan P, 2016, Maturation of oocytes in vitro, Annu Rev Anim Biosci, 4, 255, 10.1146/annurev-animal-022114-110822

Shi JM, 2009, Melatonin exists in porcine follicular fluid and improves in vitro maturation and parthenogenetic development of porcine oocytes, J Pineal Res, 47, 318, 10.1111/j.1600-079X.2009.00717.x

10.1530/jrf.0.0990673

Reiter RJ, 2013, The universal nature, unequal distribution and antioxidant functions of melatonin and its metabolites, Mini‐Rev Med Chem, 13, 373

Reiter RJ, 2015, Phytomelatonin: assisting plants to survive and thrive, Molecules, 20, 7396, 10.3390/molecules20047396

Tan DX, 2000, Melatonin directly scavenges hydrogen peroxide: a potentially new metabolic pathway of melatonin biotransformation, Free Radic Biol Med, 29, 1177, 10.1016/S0891-5849(00)00435-4

Tan DX, 2002, Chemical and physical properties and potential mechanisms: melatonin as a broad spectrum antioxidant and free radical scavenger, Curr Top Med Chem, 2, 181, 10.2174/1568026023394443

10.1111/jpi.12360

Zhang HM, 2014, Melatonin: a well‐documented antioxidant with conditional pro‐oxidant actions, J Pineal Res, 57, 131, 10.1111/jpi.12162

Manchester LC, 2015, Melatonin: an ancient molecule that makes oxygen metabolically tolerable, J Pineal Res, 59, 403, 10.1111/jpi.12267

Rodriguez C, 2004, Regulation of antioxidant enzymes: a significant role for melatonin, J Pineal Res, 36, 1, 10.1046/j.1600-079X.2003.00092.x

Tan DX, 2007, One molecule, many derivatives: a never‐ending interaction of melatonin with reactive oxygen and nitrogen species?, J Pineal Res, 42, 28, 10.1111/j.1600-079X.2006.00407.x

10.1111/j.1600-079X.2007.00524.x

10.1111/jpi.12234

Kang JT, 2009, Effects of melatonin on in vitro maturation of porcine oocyte and expression of melatonin receptor RNA in cumulus and granulosa cells, J Pineal Res, 46, 22, 10.1111/j.1600-079X.2008.00602.x

Tian X, 2014, Beneficial effects of melatonin on bovine oocytes maturation: a mechanistic approach, J Pineal Res, 57, 239, 10.1111/jpi.12163

10.1034/j.1600-079x.2000.280107.x

10.1111/j.1600-079X.2007.00475.x

Berlinguer F, 2009, Exogenous melatonin positively influences follicular dynamics, oocyte developmental competence and blastocyst output in a goat model, J Pineal Res, 46, 383, 10.1111/j.1600-079X.2009.00674.x

Wang F, 2014, Beneficial effects of melatonin on in vitro bovine embryonic development are mediated by melatonin receptor 1, J Pineal Res, 56, 333, 10.1111/jpi.12126

Papis K, 2007, Melatonin effect on bovine embryo development in vitro in relation to oxygen concentration, J Pineal Res, 43, 321, 10.1111/j.1600-079X.2007.00479.x

10.1111/j.1600-079X.2011.00944.x

Wang F, 2013, Melatonin promotes the in vitro development of pronuclear embryos and increases the efficiency of blastocyst implantation in murine, J Pineal Res, 55, 267, 10.1111/jpi.12069

10.1111/jpi.12216

Paczkowski M, 2010, Aberrant protein expression is associated with decreased developmental potential in porcine cumulus‐oocyte complexes, Mol Reprod Dev, 77, 51, 10.1002/mrd.21102

Ferreira EM, 2009, Cytoplasmic maturation of bovine oocytes: structural and biochemical modifications and acquisition of developmental competence, Theriogenology, 71, 836, 10.1016/j.theriogenology.2008.10.023

Kwak SS, 2012, The effects of resveratrol on porcine oocyte in vitro maturation and subsequent embryonic development after parthenogenetic activation and in vitro fertilization, Theriogenology, 78, 86, 10.1016/j.theriogenology.2012.01.024

10.1095/biolreprod64.3.904

Ajduk A, 2008, Cytoplasmic maturation of mammalian oocytes: development of a mechanism responsible for sperm‐induced Ca2+ oscillations, Reprod Biol, 8, 3, 10.1016/S1642-431X(12)60001-1

Miyado K, 2000, Requirement of CD9 on the egg plasma membrane for fertilization, Science, 287, 321, 10.1126/science.287.5451.321

10.1038/nature13203

10.1002/(SICI)1098-2795(199612)45:4<521::AID-MRD15>3.0.CO;2-Z

10.1016/j.ydbio.2007.02.006

Zhang CH, 2013, Maternal diabetes causes abnormal dynamic changes of endoplasmic reticulum during mouse oocyte maturation and early embryo development, Reprod Biol Endocrinol, 11, 31, 10.1186/1477-7827-11-31

Curnow EC, 2010, Oocyte glutathione and fertilisation outcome of Macaca nemestrina and Macaca fascicularis in in vivo‐ and in vitro‐matured oocytes, Reprod Fertil Dev, 22, 1032, 10.1071/RD09308

10.1016/S0093-691X(99)00278-2

10.1371/journal.pone.0058018

10.1095/biolreprod56.6.1503

10.1002/jcp.21945

Kim BY, 2011, Alterations in calcium oscillatory activity in vitrified mouse eggs impact on egg quality and subsequent embryonic development, Pflugers Arch, 461, 515, 10.1007/s00424-011-0955-0

Arias‐Alvarez M, 2009, Influence of metabolic status on oocyte quality and follicular characteristics at different postpartum periods in primiparous rabbit does, Theriogenology, 72, 612, 10.1016/j.theriogenology.2009.04.017

El‐Raey M, 2011, Evidence of melatonin synthesis in the cumulus oocyte complexes and its role in enhancing oocyte maturation in vitro in cattle, Mol Reprod Dev, 78, 250, 10.1002/mrd.21295

10.1073/pnas.88.11.5031

Banerjee J, 2012, Melatonin prevents hypochlorous acid‐induced alterations in microtubule and chromosomal structure in metaphase‐II mouse oocytes, J Pineal Res, 5, 122, 10.1111/j.1600-079X.2012.00977.x

Zhang N, 2015, Effect of M‐phase kinase phosphorylations on type 1 inositol 1,4,5‐trisphosphate receptor‐mediated Ca2+ responses in mouse eggs, Cell Calcium, 58, 476, 10.1016/j.ceca.2015.07.004

10.1095/biolreprod.113.111302

Green DR, 1998, Mitochondria and apoptosis, Science, 281, 1309, 10.1126/science.281.5381.1309

Zhao XM, 2011, Effect of cyclosporine pretreatment on mitochondrial function in vitrified bovine mature oocytes, Fertil Steril, 95, 2786, 10.1016/j.fertnstert.2011.04.089

Hosoe M, 1997, Distribution of cortical granules in bovine oocytes classified by cumulus complex, Zygote, 5, 371, 10.1017/S0967199400003956

10.1016/0092-8674(92)90611-F

Ito S, 2011, Tet proteins can convert 5‐methylcytosine to 5‐formylcytosine and 5‐carboxylcytosine, Science, 333, 1300, 10.1126/science.1210597

Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Pineal Research

Tập 64 Số 1

Thông tin tác giả