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Entwicklung und Evaluierung eines Verfahrens zur Genexpressionsanalyse bei individuellen präimplantatorischen Säugerembryonen über die cDNA-Array-Technologie

Development and evaluation of a methodology for cDNA-array gene expression profiling in individual mammalian preimplantation embryos

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-1787
  • Untersuchungen der Transkriptionsebene individueller präimplantatorischer Embryonalstadien können wertvolle Informationen über den physiologischen Status der betrachteten Embryonen, die z.B. zur Verbesserung der Systeme zur In vitro-Produktion von Embryonen genutzt werden können, liefern. Bisher fehlte es jedoch an einer geeigneten Technologie, um eine große Anzahl von Transkripten in einzelnen Embryonen zu erfassen. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war es, ein Verfahren zur globalen Amplifikation embryonaler mRNA-Präparationen zuUntersuchungen der Transkriptionsebene individueller präimplantatorischer Embryonalstadien können wertvolle Informationen über den physiologischen Status der betrachteten Embryonen, die z.B. zur Verbesserung der Systeme zur In vitro-Produktion von Embryonen genutzt werden können, liefern. Bisher fehlte es jedoch an einer geeigneten Technologie, um eine große Anzahl von Transkripten in einzelnen Embryonen zu erfassen. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war es, ein Verfahren zur globalen Amplifikation embryonaler mRNA-Präparationen zu entwickeln, das die Analyse der Transkriptionsebene einzelner präimplantatorischer Embryonalstadien über die cDNA-Array-Technologie ermöglicht. Dazu wurde die Strategie gewählt, zwei bereits etablierte Amplifikationsverfahren, Polymerasekettenreaktion und In vitro-Transkription, zu kombinieren, um so synergistische Effekte beider Verfahren zu nutzen. Die Evaluierung des entwickelten Verfahrens zeigte eine hohe Reproduzierbarkeit der erhaltenen Genexpressionsdaten und belegte, dass die relativen Mengenverhältnisse einzelner mRNA-Spezies zueinander während der globalen mRNA-Amplifikation nur unwesentlich verändert wurden. Die entwickelte Methodik ist somit geeignet, komplexe Genexpressionsprofile einzelner Blastozysten zu erstellen und Unterschiede in der Expressionsstärke einzelner Transkripte zu detektieren. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass es möglich ist, über heterologe Hybridisierung Genexpressionsprofile boviner Blastozysten mit cDNA-Arrays, die murine Probensequenzen enthalten, reproduzierbar darzustellen. Neben der Detektion individueller Unterschiede in den Genexpressionsprofilen diverser muriner Embryonalstadien und boviner Blastozysten lag ein Schwerpunkt dieser Arbeit in der Untersuchung der Auswirkungen verschiedener in vitro-Produktionssysteme auf die embryonale Genexpression. Die erhaltenen cDNA-Array Expressionsdaten muriner Oozyten, Zweizeller und Blastozysten befanden sich dabei in Übereinstimmung mit Daten früherer Publikationen anderer Arbeitsgruppen. Genexpressionsprofile in vitro fertilisierter boviner Blastozysten ließen eine Beurteilung der Auswirkungen unterschiedlicher Proteinsupplemente des Kulturmediums auf die embryonale Genexpression zu. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zum ersten Mal Genexpressionsprofile einzelner präimplantatorischer Säugerembryonen über cDNA-Array-Analyse erstellt. Die entwickelte Technologie ermöglicht es -bei Verwendung entsprechender cDNA-Array-Systeme-, eine theoretisch unbegrenzte Zahl von Transkripten in individuellen Säugerembryonen semiquantitativ zu erfassen. Dies ist ein wichtiger Schritt hin zu einem besseren Verständnis komplexer Regulationsabläufe während der frühen Embryonalentwicklung und einer besseren Beurteilung der Lebensfähigkeit und Entwicklungskompetenz in vitro produzierter Embryonen, was für die Verbesserung von In vitro-Produktionssystemen für Embryonen sowohl bei Tieren als auch beim Menschen unerlässlich ist.show moreshow less
  • Transcript expression profiling in single mammalian embryos can provide valuable information about their physiological status and developmental competence that can be exploited to improve systems for embryo in vitro production. Conventional methodologies such as RT-PCR limit the number of transcripts that can be quantitatively screened in a single embryo to only a few. The purpose of this study was to develop and evaluate a methodology for the global amplification of mRNA that permits cDNA-array analysis of individual preimplantation embryos.Transcript expression profiling in single mammalian embryos can provide valuable information about their physiological status and developmental competence that can be exploited to improve systems for embryo in vitro production. Conventional methodologies such as RT-PCR limit the number of transcripts that can be quantitatively screened in a single embryo to only a few. The purpose of this study was to develop and evaluate a methodology for the global amplification of mRNA that permits cDNA-array analysis of individual preimplantation embryos. For this purpose, two conventional amplification procedures – polymerase chain reaction and in vitro transcription – were combined to a global amplification procedure. Evaluation of methodology developed revealed that data produced were high reproducible and that the relative transcript levels found in the original (non-amplified) sample were maintained throughout the amplification process. Thus, this method is suitable to generate complex gene expression profiles and to detect differentially expressed transcripts in individual mammalian embryos. Furthermore, this study demonstrates that expression profiles can reproducibly be produced from bovine embryos using arrays consisting of murine cDNA-probes by heterologous hybridization. The focus of this study was to establish a methodology to detect differentially expressed genes in different murine developmental stages and in bovine embryos derived from different in vitro production systems. The data obtained from murine oocyte, 2-cell stage and blastocyst expression profiles were in agreement with data previously published by other groups. Expression profiles from bovine in vitro fertilized embryos cultured in different media revealed effects of different media protein supplementation on embryonic gene expression. In this study, for the first time, gene expression profiles were generated from single mammalian preimplantation embryos via model cDNA-arrays. Using state-of-the-art cDNA-arrays this technology features the quantitative screening of a virtually unlimited number of transcripts in individual blastocysts and cleavage stages. Complex expression profiles of preimplantation embryos will contribute to the understanding of the molecular mechanisms essential for embryogenesis. This is crucial for the improvement of systems for in vitro production of mammalian embryos.show moreshow less

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Metadaten
Author: Tobias Brambrink
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-1787
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Biologie
Faculties:Fakultät für Biologie / Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Date of final exam:2002/07/31
Language:German
Year of Completion:2002
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
GND Keyword:Embryo; Säugetiere; Array-Technologie; Messenger-RNS; Genexpression
Tag:Embryo; Genexpression; cDNA-Arrays; mRNA-Amplifikation
cDNA-arrays; embryo; gene expression; mRNA-amplification
Release Date:2002/09/04
Advisor:Prof. Dr. Heiner Niemann