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Diese Studie im Rahmen eines IVF/ICSI Programmes beschäftigt sich mit der detaillierten Morphologie der Vorkern- und Embyonalstadien bei der extrakorporalen Befruchtung beim Menschen. Die morphologische Beurteilung der Zygoten und Embryonen während der Eizell- und Embryokultur ist von zentraler Bedeutung für den Erfolg der Behandlung, da damit die Entwicklung vitaler Embryonen vorhergesagt und die Auswahl hochwertiger Embryonen für den Transfer ermöglicht wird. Aufgrund der derzeitigen gesetzlichen Bestimmungen ist in Deutschland nur eine Auswahl von Vorkernstadien, bei denen es noch zu keiner Verschmelzung des weiblichen und männlichen Vorkerns gekommen ist, aber nicht von Embryonen gestattet. Damit kommt der extrakorporalen Befruchtung in Deutschland, im Gegensatz zur Situation in praktisch allen europäischen Ländern, der Beurteilung der Vorkernstadien (Zygoten) am ersten Tag der Kultur eine entscheidende Bedeutung zu.
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 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.
Expression of the neural cell adhesion molecule and polysialic acid during early mouse embryogenesis
(1994)
The expression of the neural cell adhesion molccule (N-CAM) and a 2-8 linked polysialic acid (PSA), whieh is believed to be predominantly expressed on N-CAM, was investigated during early embryonie development ofthe mouse (embryonic days 7.5 to 10.0). By immunoeytoehemistry, in tissue sections, N-CAM and PSA were not detectable at embryonie day 7.5 but were expressed in the prominent body regions such as somites, unsegmented mesoderm, developing heart, and neuroectoderm at embryonie day 8.0 N-CAM and PSA immunoreaetivities were always predominantly associated with tbe plasma membrane. No tissue could be detected which was positive for PSA but negative for N-CAM. In Western blot analysis of whole embryos, by contrast, only the lightly sialylated and PSA-negative 180 and 140 kD isoforms of N-CAM werc present at embryonie day 8.0 and strong expression of PSA-bearing, heavily sialylated N-CAM was not detectable before embryonie day 10.0. In Western blot analysis of N-CAM immunoaffinity purifled from whole embryos and digested with neuraminidase as weil as in Northern blot analysis, the 120 kD isoform of N-CAM or its eorresponding mRN A were not expressed in detectable amounts during the time period investigated.
In Deutschland unterliegt die Reproduktionsmedizin umfassenden gesetzlichen Regelungen. Fertilisierte Oozyten müssen im Pronukleus-Stadium selektiert werden, hierbei darf maximal eine Anzahl von drei Embryonen kultiviert werden. Studien der vergangenen Jahre zielten vornehmlich auf die Entwicklung eines detaillierten Scoring-Systemes (Zygoten Screening im Pronukleus Stadium), um jeweils die Embryonen mit dem größten Entwicklungspotenzial zu selektieren. 99 Patientinnen wurden inkludiert und durchliefen entweder eine IVF oder ICSI Prozedur. Die fertilisierten Oozyten wurden im Pronukleus-Stadium beurteilt. TNF alpha und LIF, beides in der Reproduktionsmedizin bekannte Zytokine, wurden in gepoolten Kulturmedien an den Tagen 3 und 5 gemessen. 865 Oozyten wurden hierbei gewonnen, 438 zeigten positive Fertilisations-Zeichen, es fand sich eine Fertilisationsrate von 62,6%. Die Schwangerschaftsrate betrug 24,7%. Die mittlere PN Scores zeigten sich signifikant niedriger bei nicht konzipierenden Frauen (15.8 versus 17.2). Die mittlere TNF alpha Konzentration zeigte sich sowohl an Tag 3 als auch an Tag 5 signifikant erniedrigt in schwangeren Frauen gegenüber denen, welche nicht konzipierten (0.43pg/ml versus 0.59pg/ml). Die mittlere LIF Konzentration hingegen war signifikant erhöht bei schwangeren Frauen (56.2pg/ml versus 22.2pg/ml an Tag 3). Zusammenfassung: Das PN-Scoring bleibt eine gute Methode zur prognostischen Einschätzung des weiteren Entwicklungspotenziales von Präimplantationsembryonen. Höhere Konzentrationen von LIF und niedrigere Konzentrationen von TNF alpha in Kulturmedien scheinen eine favorable Rolle in der Embryogenese zu spielen.
An attempt has been made to define the extent to which metabolic flux in central plant metabolism is reflected by changes in the transcriptome and metabolome, based on an analysis of in vitro cultured immature embryos of two oilseed rape (Brassica napus) accessions which contrast for seed lipid accumulation. Metabolic flux analysis (MFA) was used to constrain a flux balance metabolic model which included 671 biochemical and transport reactions within the central metabolism. This highly confident flux information was eventually used for comparative analysis of flux vs. transcript (metabolite). Metabolite profiling succeeded in identifying 79 intermediates within the central metabolism, some of which differed quantitatively between the two accessions and displayed a significant shift corresponding to flux. An RNA-Seq based transcriptome analysis revealed a large number of genes which were differentially transcribed in the two accessions, including some enzymes/proteins active in major metabolic pathways. With a few exceptions, differential activity in the major pathways (glycolysis, TCA cycle, amino acid, and fatty acid synthesis) was not reflected in contrasting abundances of the relevant transcripts. The conclusion was that transcript abundance on its own cannot be used to infer metabolic activity/fluxes in central plant metabolism. This limitation needs to be borne in mind in evaluating transcriptome data and designing metabolic engineering experiments.