The variable success of in vitro maturation: can we do better?

The efficiency of in vitro assisted reproductive technologies, consisting of the transfer of embryos obtained in vitro through in vitro maturation, in vitro fertilization and early embryo culture is still limited. The quality of the oocytes is pivotal for assisted reproductive efficiency and the maturation of the oocyte represents the first key limiting step of the in vitro embryo production system. At the time of removal from the antral follicles, the oocyte is still completing the final growth and differentiation steps, needed to provide the so-called developmental competence, i.e. the machinery required to sustain fertilization and embryo development. In mono-ovular species only one oocyte per cycle is available for procreation, therefore the current assisted reproduction techniques strive to overcome this natural boundary. However, the success is still limited and overall the effectiveness does not exceed the efficiency achieved in millions of years of mammalian evolution. One of the problems lies in the intrinsic heterogeneity of the oocytes that are subjected to in vitro maturation and in the lack of dedicated in vitro approaches to finalize the differentiation process. In this review we will try to overview some of the salient aspects of current practices by emphasizing the most critical and fundamental features in oocyte differentiation that should be carefully considered for improving current techniques

The variable success of in vitro maturation: can we do better?

The efficiency of in vitro assisted reproductive technologies, consisting of the transfer of embryos obtained in vitro through in vitro maturation, in vitro fertilization and early embryo culture is still limited. The quality of the oocytes is pivotal for assisted reproductive efficiency and the maturation of the oocyte represents the first key limiting step of the in vitro embryo production system. At the time of removal from the antral follicles, the oocyte is still completing the final growth and differentiation steps, needed to provide the so-called developmental competence, i.e. the machinery required to sustain fertilization and embryo development. In mono-ovular species only one oocyte per cycle is available for procreation, therefore the current assisted reproduction techniques strive to overcome this natural boundary. However, the success is still limited and overall the effectiveness does not exceed the efficiency achieved in millions of years of mammalian evolution. One of the problems lies in the intrinsic heterogeneity of the oocytes that are subjected to in vitro maturation and in the lack of dedicated in vitro approaches to finalize the differentiation process. In this review we will try to overview some of the salient aspects of current practices by emphasizing the most critical and fundamental features in oocyte differentiation that should be carefully considered for improving current techniques(AU)

Efeito do fator de crescimento de fibroblasto-10 na produção in vitro de embriões bovinos

O presente estudo visou avaliar o efeito do FGF10 durante a pré-maturação e/ou maturação in vitro (MIV) de ovócitos na produção in vitro de embriões bovinos. No primeiro experimento, os ovócitos foram maturados na presença ou não de FGF10. No segundo experimento, foi avaliado o efeito da suplementação de FGF10 durante a pré-maturação e/ou maturação, utilizando cinco grupos: T1: ovócitos maturados por 22h (controle); T2: ovócitos pré-maturados por 22h e maturados por 22h; T3: ovócitos pré-maturados por 22h e maturados por 22h com FGF10; T4: ovócitos pré-maturados por 22h com FGF10 e maturados por 22h; T5: pré-maturados por 22h com FGF10 e maturados por 22h com FGF10. Em ambos os experimentos foram avaliadas a maturação nuclear, a expansão das células do cumulus, a produção embrionária e a expressão dos genes: KRT8, PLAC8, CD9, PAG2, HSPB1 e MSH6 em embriões no D7 (experimento 1) ou D8 (experimento 2). Os dados de maturação nuclear e desenvolvimento embrionário foram analisados pelo teste do Qui-quadrado, e os da expansão das células do cumulus e expressão gênica por análise de variância, sendo P<0,05 considerado significativo. No primeiro experimento, a suplementação com FGF10 durante a MIV não afetou (P>0,05) nenhum dos parâmetros avaliados. No segundo experimento, após a maturação, a expansão em todos os tratamentos submetidos à pré-maturação, independente da presença de FGF10 (P<0,05), foi menor do que no grupo controle. A presença de FGF10 na pré-maturação/maturação não aumentou a quantidade de embriões sendo a taxa de blastocisto em D7 similar (P>0,05) entre T2 (43,7%), T3 (38,7%), T4 (39,6%) e T5 (47,3%). Entretanto, nos grupos T2 e T5 a taxa de blastocisto no D7 foi similar ao controle (53,4%). Todos os grupos apresentaram taxas de embriões eclodidos do D8 semelhantes. O nível de transcritos para o PLAC8 foi superior no grupo T4 quando comparado ao T1, os demais grupos foram iguais entre si. Já para o gene MSH6, somente foi detecta diferença no nível de transcritos entre os grupos T5 e T1, sendo inferior no T5. Conclui-se que a presença de FGF10 durante a MIV e/ou pré-MIV não tem efeito benéfico na produção e a qualidade dos embriões. Da mesma forma, a pré-maturação, independente da presença do FGF10, afeta a expansão das célullas do cumulus mas não tem efeito na produção embrionária.

This study aimed to evaluate the effect of FGF10 during pre-maturation and in vitro maturation (IVM) of bovine oocytes on in vitro embryo production (IVP). In the first experiment oocytes were matured in the presence or not of FGF10. In the second experiment, the effect of FGF10 during prematuration and/or maturation was evaluated using 5 experimental groups: T1: oocytes matured for 22h (control); T2: oocytes prematured for 22h and matured for 22h; T3: oocytes prematured for 22h and matured for 22h with FGF10; T4: oocytes prematured with FGF10 for 22h and matured for 22h; T5: oocytes prematured for 22h with FGF10 and matured for matured 22h with FGF10. In both experiments, nuclear maturation, cumulus cells expansion, embryo production and the relative expression of genes: KRT8, PLAC8, CD9, PAGE2, HSPB1 and MSH6 were evaluated. Data of nuclear maturation and embryo development were analyzed by chi-square test and those of cumulus cells expansion and gene expression by analysis of variance. P <0.05 was considered statistically significant. There was no effect of FGF10 supplementation during IVM on any of the parameters evaluated in the first experiment. On the second experiment after maturation a lower cumulus expansion was observed in all treatments submitted to prematuration, irrespective of FGF10 presence, than the control. The supplementation of prematuration or maturation medium with FGF10 did not cause an increase in embryo production on D7, being the blastocyst rate similar among T2 (43.7%), T3 (38.7%), T4 (39.6%) e T5 (47.3%). However, blastocyst rate was similar between T2, T5 and control (53, 4%). All groups had similar hatching rates on D8. Transcripts level for PLAC8 was higher on T4 compared to T1, and similar for the other groups. For MSH6 gene, differences in transcripts level were only observed between T5 and T1. It can be concluded that presence of FGF10 during IVM and/or prematuration have not affected embryo production or quality. Prematuration, regardless presence of FGF10, affected cumulus expansion but not embryo production.

PRÉ-MATURAÇÃO, CILOSTAMIDA, TRANSFERÊNCIA NUCLEAR COM CÉLULAS SOMÁTICAS, RETENÇÃO MEIÓTICA. PALAVRAS-CHAVES EM INGLÊS: PRE-MATURATION, CILOSTAMIDE, SOMATIC CELL NUCLEAR TRANSFER, MEIOTIC ARREST.

O presente estudo teve o objetivo de avaliar o efeito do bloqueio meiótico utilizando inibidores da fosfodiesterase do tipo 3A (PDE 3A) na produção de embriões clones. Para tanto, foram realizados dois experimentos utilizando dois inibidores da retomada da meiose: cilostamida, um inibidor específico da Fosfodiesterase do tipo 3 (PDE3A), e o Peptídeo Natriurético do tipo C (NPPC), um sinalizador para liberação de guanilato ciclase (cGMP) que bloqueia atividade da PDE3A. Ovócitos provenientes de ovários de abatedouro foram divididos em dois grupos para cada experimento: Controle (maturação por 20 horas) e Pré-Maturados (PM) por 6 horas com 5 µM de cilostamida ou 100 nM de NPPC e, posteriormente maturados por 20 horas. Os ovócitos foram avaliados quanto à cinética de maturação nuclear e desenvolvimento embrionário na produção in vitro de embriões (PIVE) e na clonagem por TNCS e, número total de células. Para a avaliação da Transferência Nuclear com Células Somáticas (TNCS) em cada tratamento, foi adicionado um grupo controle que foi ativado partenogeneticamente (PA). Os resultados foram avaliados pelo teste de Chi-quadrado e Kruskal-Wallis com P<0.05 considerado como significativo. No primeiro experimento, em que a PM foi realizado com 5µM de cilostamida, aproximadamente 87,8% dos ovócitos submetidos à Pré- maturação se mantiveram em estágio de Vesícula Germinativa (VG) após 6 horas de PM, confirmando o bloqueio meiótico. Quanto ao desenvolvimento embrionário na PIVE, não houve diferença (P>0,05) entre os grupos controle e PM quanto à taxa de clivagem em D2 (78,2% e 76,9%) e Blastocisto em D7 (35,5% e 29,3%). No desenvolvimento embrionário após a TNCS, a PM não afetou a taxa de clivagem em D2 dos grupos controle e PM respectivamente (66% e 51,9%), mas causou uma redução (P<0,05) na taxa de blastocisto em D7 (7,4% e 30,2%, respectivamente). No segundo experimento, foi utilizado NPPC para a PM dos ovócitos, sendo que após 6 horas de PM 84,9% estavam em estágio de VG. Quanto ao desenvolvimento embrionário na PIVE, os grupos controle e PM apresentaram taxa de clivagem em D2 (76,4% e 77,8%) e de blastocisto em D7 (48,3% e 45,6%) semelhantes (P>0,05). Na clonagem por TNCS, não houve diferença (P>0,05) na taxa de clivagem (69,2% e 68,4%) e de blastocisto (24,4% e 21,5%) entre o PM e controle. Os embriões clones e PA dos grupos PM e controle não diferiram quando ao número total de células (P>0,05). Conclui-se que a PM por 6 horas com 100 nM de NPPC é viável para a produção de embriões clones sem efeito deletério na qualidade e nas taxas de produção.

This study aimed to evaluate the effect of meiotic arrest using phosphodiesterase type 3A (PDE 3A) inhibitors in the production of clones embryos. Two experiments were performed using two inhibitors of meiotic resumption: cilostamide, a specific inhibitor of phosphodiesterase type 3 (PDE3A), and natriuretic peptide type C (NPPC), a peptide that induces the production of guanylate cyclase (cGMP ) that blocks the activity of PDE3A. Oocytes obtained from slaughterhouse ovaries were divided into two groups for each experiment: control (maturation for 20 hours) and Pre-Maturarion (PM) for 6 hours with 5M of cilostamide or 100 nM of NPPC and then maturation for 20 hours. The oocytes were evaluated for nuclear maturation, embryonic development after in vitro embryo production (IVP),and after SCNT, and total cells number. For SCNT evaluation in each treatment a control group that was activated parthenogenetically (PA) was added. The results were evaluated by Chi-square and Kruskal-Wallis test with P <0.05 considered significant. In the first experiment, where the PM was carried out with 5M of cilostamide, approximately 87.8% of the oocytes that have undergone PM remained at germinal vesicle stage (GV) after 6 hours of PM, confirming the meiotic block. Embryo development in IVP was similar (P> 0.05) between control and PM, either for cleavage rate on D2 (78.2% and 76.9%) or blastocyst rate on D7 (35, 5% to 29.3%). After SCTN, cleavage rate on D2 was also similar (P>0.05) between control and PM (66% and 51.9%) however, blastocyst rate on D7, was much lower (P<0.05) in PM than on control group (7.4% and 30.2%). In the second experiment, NPPC was used for 6 hours of PM. After PM approximately 84.9% of the oocytes remained at VG stage. Results of IVP showed no difference between control and PM on cleavage (76.4% and 77.8%) and blastocyst rates (48.3% and 45.6%). Similarly, no diferences between PM and control groups were observed for cleavage (69.2% and 68.4%) and blastocyst (24.4% and 21.5%) rates. SCNT and PA embryos from control or PM oocytes showed no diferences in the total cell number. It can be concluded that PM for 6 hours with 100nM NPPC is feasible for embryos cloned production without deleterious effect on the outcome and embryo.

Ação da Proteína Kinase C na maturação de oócitos bovinos / Role of Protein Kinase C on bovine oocyte maturation

A qualidade do oócito é um fator limitante na fertilidade das fêmeas e reflete seu intrínseco potencial ao desenvolvimento embrionário subsequente. As alterações moleculares e bioquímicas no processo de maturação dos oócitos são necessárias para permitir a fecundação destes. Sob influência das gonadotrofinas, uma cascata de eventos é desencadeada, alterando a expressão gênica e a estrutura dos folículos. A maturação ocorre pelo intercâmbio entre o oócito e as células do cumulus que irão fornecer fatores para o desenvolvimento do oócito e criar o microambiente necessário para garantir o sucesso na maturação. A ação do FSH sobre a retomada da meiose ocorre, possivelmente, por ativação da proteína quinase C (PKC). A via de sinalização desta proteína parece estar envolvida na ativação da quinase ativada por mitógeno (MAPK) em oócitos e células do cumulus, na maturação induzida por FSH e LH, além de regular a síntese do Fator de Crescimento Epidermal (EGF). Deste modo, o objetivo do presente trabalho foi avaliar a ação da PKC na maturação de oócitos bovinos e se esta ativação envolve o EGF. Para tal foram realizados dois experimentos. Em ambos, a progressão do ciclo celular foi avaliada utilizando a sonda fluorescente Hoechst 33342. A expansão das células do cumulus foi avaliada utilizando-se o software Image Pro Plus 5.1 para análise das imagens dos oócitos geradas em microscópio Olympus IX81. O maior diâmetro de cada complexo cumulus oócito foi adotado como parâmetro de mensuração da expansão. A dosagem de progesterona do meio de cultivo foi realizada pela técnica de RIA. A ativação da PKC e da MAPK foi avaliada pela técnica de Western blot. Os dados foram avaliados pelo software SigmaPlot versão 12.2 e submetidos ao teste de normalidade (Shapiro-Wilk). Quando necessário, os dados foram transformados. Para comparação entre dois tratamentos, utilizou-se o teste t-student. Para mais de dois tratamentos foi realizada análise de variância e teste de comparação de médias (TUKEY), considerando-se 0,05 para rejeitar a hipótese de nulidade. No experimento 1 foi avaliado se a ativação da PKC foi estimulada por gonadotrofinas. Os oócitos foram maturados in vitro tratados com gonadotrofinas, na presença ou ausência do inibidor de PKC. A presença do inibidor de PKC diminuiu as taxas de quebra de vesícula germinativa e a expansão das células do cumulus, sem alterar a esteroidogênese. Estes resultados demonstram que a PKC participa da via de sinalização da retomada da meiose. No experimento 2 foi avaliado se o EGF está envolvido na via regulada pela PKC. Os oócitos foram maturados in vitro, na presença ou ausência de LH e FSH, do inibidor de PKC e do EGF. O EGF foi capaz de reverter os efeitos do inibidor de PKC, aumentando as taxas de quebra de vesícula germinativa e a expansão de células do cumulus. Não foi possível detectar, nas condições deste experimento, a ativação das proteínas PKC e MAPK através do Western Blot. Este trabalho permite concluir que a via de sinalização da maturação de oócitos bovinos envolve a PKC e sugere a participação do EGF nesta via

Oocyte quality is a limiting factor in female fertility and reflects its potential to the subsequent embryonic development. Molecular and biochemical alterations during the oocyte maturation process are needed to allow fecundation. Under gonadotropin influence, cascade of events occurs changing gene expression and follicle structure. Maturation depends on the interaction between oocyte and cumulus cells interaction, which provides factors for oocyte development and create the ideal microenvironment for the success of the maturation process. The FSH stimulation of meiosis resumption probably occurs through PKC activation. The signaling pathway of PKC might be involved by the mitogen activated protein kinase (MAPK) in oocytes and cumulus cells during FSH-LH induced maturation. Furthermore, MAPK regulates the epidermal growth factor (EGF) synthesis. The aim of the present study was to evaluate PKC function during bovine oocyte maturation and if its activity involves EGF. Two experiments were performed. In both experiments, the cell cycle progression was analyzed by Hoechst 33342 fluorescent dye. The cumulus cells expansion was performed using software Image Pro Plus 5.1 by the analysis of oocyte images taken in Olympus IX81 microscope. The highest diameter of each cumulus oocyte complex was recorded as the expansion value. The RIA and Western Blot techniques were used to measure progesterone concentration in the culture media and the PKC and MAPK activity, respectively. Data was analyzed by SigmaPlot software, version 12.2. The Shapiro-Wilk test was used to assess for normality and, when needed, the data was transformed. Student t tests were carried out to compare two treatments. Differences between more than two means were assessed by analysis of variance followed by Tukey test, considering P-value lower than 0.05 as statistically significant. Experiment 1 studied whether PKC function was stimulated by gonadotropins. FSH and LH were used for oocyte maturation in vitro, with or without PKC inhibitor. The presence of PKC inhibitor decreased germinal vesicle breakdown and the cumulus cells expansion, but did not alter the steroidogenesis. These results show that PKC participates in the signaling pathway of meiosis resumption. The Experiment 2 evaluated whether EGF influences PKC signaling pathway. The oocytes were matured in vitro, in the presence or absence of LH and FSH, PKC inhibitor and EGF. Epidermal Growth Factor was able to reverse PKC inhibitor effects, increasing germinal vesicle breakdown rates and cumulus cells expansion. The Western Blot technique was not able to detect PKC and MAPK activity, considering the conditions of this study. In conclusion, PKC is involved in the signaling pathway of bovine oocytes maturation and its pathway is mediated by EGF

Ação da Proteína Kinase C na maturação de oócitos bovinos / Role of Protein Kinase C on bovine oocyte maturation

A qualidade do oócito é um fator limitante na fertilidade das fêmeas e reflete seu intrínseco potencial ao desenvolvimento embrionário subsequente. As alterações moleculares e bioquímicas no processo de maturação dos oócitos são necessárias para permitir a fecundação destes. Sob influência das gonadotrofinas, uma cascata de eventos é desencadeada, alterando a expressão gênica e a estrutura dos folículos. A maturação ocorre pelo intercâmbio entre o oócito e as células do cumulus que irão fornecer fatores para o desenvolvimento do oócito e criar o microambiente necessário para garantir o sucesso na maturação. A ação do FSH sobre a retomada da meiose ocorre, possivelmente, por ativação da proteína quinase C (PKC). A via de sinalização desta proteína parece estar envolvida na ativação da quinase ativada por mitógeno (MAPK) em oócitos e células do cumulus, na maturação induzida por FSH e LH, além de regular a síntese do Fator de Crescimento Epidermal (EGF). Deste modo, o objetivo do presente trabalho foi avaliar a ação da PKC na maturação de oócitos bovinos e se esta ativação envolve o EGF. Para tal foram realizados dois experimentos. Em ambos, a progressão do ciclo celular foi avaliada utilizando a sonda fluorescente Hoechst 33342. A expansão das células do cumulus foi avaliada utilizando-se o software Image Pro Plus 5.1 para análise das imagens dos oócitos geradas em microscópio Olympus IX81. O maior diâmetro de cada complexo cumulus oócito foi adotado como parâmetro de mensuração da expansão. A dosagem de progesterona do meio de cultivo foi realizada pela técnica de RIA. A ativação da PKC e da MAPK foi avaliada pela técnica de Western blot. Os dados foram avaliados pelo software SigmaPlot versão 12.2 e submetidos ao teste de normalidade (Shapiro-Wilk). Quando necessário, os dados foram transformados. Para comparação entre dois tratamentos, utilizou-se o teste t-student. Para mais de dois tratamentos foi realizada análise de variância e teste de comparação de médias (TUKEY), considerando-se 0,05 para rejeitar a hipótese de nulidade. No experimento 1 foi avaliado se a ativação da PKC foi estimulada por gonadotrofinas. Os oócitos foram maturados in vitro tratados com gonadotrofinas, na presença ou ausência do inibidor de PKC. A presença do inibidor de PKC diminuiu as taxas de quebra de vesícula germinativa e a expansão das células do cumulus, sem alterar a esteroidogênese. Estes resultados demonstram que a PKC participa da via de sinalização da retomada da meiose. No experimento 2 foi avaliado se o EGF está envolvido na via regulada pela PKC. Os oócitos foram maturados in vitro, na presença ou ausência de LH e FSH, do inibidor de PKC e do EGF. O EGF foi capaz de reverter os efeitos do inibidor de PKC, aumentando as taxas de quebra de vesícula germinativa e a expansão de células do cumulus. Não foi possível detectar, nas condições deste experimento, a ativação das proteínas PKC e MAPK através do Western Blot. Este trabalho permite concluir que a via de sinalização da maturação de oócitos bovinos envolve a PKC e sugere a participação do EGF nesta via (AU)

Oocyte quality is a limiting factor in female fertility and reflects its potential to the subsequent embryonic development. Molecular and biochemical alterations during the oocyte maturation process are needed to allow fecundation. Under gonadotropin influence, cascade of events occurs changing gene expression and follicle structure. Maturation depends on the interaction between oocyte and cumulus cells interaction, which provides factors for oocyte development and create the ideal microenvironment for the success of the maturation process. The FSH stimulation of meiosis resumption probably occurs through PKC activation. The signaling pathway of PKC might be involved by the mitogen activated protein kinase (MAPK) in oocytes and cumulus cells during FSH-LH induced maturation. Furthermore, MAPK regulates the epidermal growth factor (EGF) synthesis. The aim of the present study was to evaluate PKC function during bovine oocyte maturation and if its activity involves EGF. Two experiments were performed. In both experiments, the cell cycle progression was analyzed by Hoechst 33342 fluorescent dye. The cumulus cells expansion was performed using software Image Pro Plus 5.1 by the analysis of oocyte images taken in Olympus IX81 microscope. The highest diameter of each cumulus oocyte complex was recorded as the expansion value. The RIA and Western Blot techniques were used to measure progesterone concentration in the culture media and the PKC and MAPK activity, respectively. Data was analyzed by SigmaPlot software, version 12.2. The Shapiro-Wilk test was used to assess for normality and, when needed, the data was transformed. Student t tests were carried out to compare two treatments. Differences between more than two means were assessed by analysis of variance followed by Tukey test, considering P-value lower than 0.05 as statistically significant. Experiment 1 studied whether PKC function was stimulated by gonadotropins. FSH and LH were used for oocyte maturation in vitro, with or without PKC inhibitor. The presence of PKC inhibitor decreased germinal vesicle breakdown and the cumulus cells expansion, but did not alter the steroidogenesis. These results show that PKC participates in the signaling pathway of meiosis resumption. The Experiment 2 evaluated whether EGF influences PKC signaling pathway. The oocytes were matured in vitro, in the presence or absence of LH and FSH, PKC inhibitor and EGF. Epidermal Growth Factor was able to reverse PKC inhibitor effects, increasing germinal vesicle breakdown rates and cumulus cells expansion. The Western Blot technique was not able to detect PKC and MAPK activity, considering the conditions of this study. In conclusion, PKC is involved in the signaling pathway of bovine oocytes maturation and its pathway is mediated by EGF (AU)