In Vitro Development and Cell Allocation After Aggregation of Syngeneic Wild Type and Fluorescence-Expressing Bovine Cloned Embryos

Background: The in vitro production (IVP) of embryos by in vitro fertilization or cloning procedures has been known to cause epigenetic changes in the conceptus that in turn are associated with abnormalities in pre- and postnatal development. Handmade cloning (HMC) procedures and the culture of zona-free embryos in individual microwells provide excellent tools for studies in developmental biology, since embryo development and cell allocation patterns can be evaluated under a wide range of embryo reconstruction arrangements and in in vitro embryo culture conditions. As disturbances in embryonic cell allocation after in vitro embryo manipulations and unusual in vivo conditions during the first third of pregnancy appear to be associated with large offspring, embryo aggregation procedures may allow a compensation for epigenetic defects between aggregated embryos or even may influence more favorable cell allocation in embryonic lineages, favoring subsequent development. Thus, the aim of this study was to evaluate in vitro embryo developmental potential and the pattern of cell allocation in blastocysts developed after the aggregation of handmade cloned embryos produced using syngeneic wild type and/or transgenic somatic cells. Materials, Methods & Results: In vitro-matured bovine cumulus-oocyte complexes (COC) were manually bisected after cumulus and zona pellucida removal; then, two enucleated hemi-oocytes were paired and fused with either a wild type (WT) or a GFP-expressing (GFP) fetal skin cell at the 11th and 19th passages, respectively. Following chemical activation, reconstructed cloned embryos and zona-free parthenote embryos were in vitro-cultured in microwells, for 7 days, either individually (1 x 100%) or after the aggregation of two structures (2 x 100%) per microwell, as follows: (G1) one WT cloned embryo; (G2) two aggregated WT embryos; (G3) one GFP cloned embryo; (G4) two aggregated GFP embryos; (G5) aggregation of a WT embryo and a GFP embryo; (G6) one parthenote embryo; or (G7) two aggregated parthenote embryos. Fusion (clones), cleavage (Day 2), and blastocyst (Day 7) rates, and embryonic cell allocation were compared by the. 2 or Fisher tests. Total cell number (TCN) in blastocysts was analyzed by the Student's test (P < 0.05). Fusion and cleavage rates, and cell allocation were similar between groups. On a per WOW basis, development to the blastocyst stage was similar between groups, except for lower rates of development seen in G3. However, when based on number of embryos per group (one or two), blastocyst development was higher in G1 than all other groups, which were similar between one another. Cloned GFP embryos had lower in vitro development to the blastocyst stage than WT embryos, which had more TCN than parthenote or aggregated chimeric WT/GFP embryos. Aggregated GFP embryos had fewer cells than the other embryo groups. Discussion: The in vitro development of GFP cloned embryos was lower than WT embryos, with no effects on cell allocation in resulting blastocysts. Differences in blastocyst rate between groups were likely due to lower GFP-expressing cell viability, as GFP donor cells were at high population cell doublings when used for cloning. On a per embryo basis, embryo aggregation on Day 1 resulted in blastocyst development similar to non-aggregated embryos on Day 7, with no differences in cell proportion between groups. The use of GFP-expressing cells was proven a promising strategy for the study of cell allocation during embryo development, which may assist in the elucidation of mechanisms of abnormalities after in vitro embryo manipulations, leading to the development of improved protocols for the in vitro production (IVP) of bovine embryos.

Funktionelle und strukturelle Charakterisierung des Ovastacins in vivo und in vitro

Die Metalloprotease Ovastacin, ein Vertreter der Astacin-Familie, wurde erstmals 2004 beschrieben. Im Ovar von Säugetieren ist Ovastacin-mRNA im Zeitfenster vom Stadium der Sekundärfollikel bis kurz nach der Befruchtung der Eizelle zu finden. Der Expressionsort und -zeitpunkt sowie die Sequenzähnlichkeit von über 60% mit sogenannten „Schlüpfenzymen“ (engl. hatching enzymes), die man in den Eizellen und Zygoten niederer Wirbeltiere und Wirbelloser gefunden hatte, ließen die Vermutung aufkommen, es könnte sich hier um das Säugerhomolog dieser Proteasen handeln. Generell lösen hatching Enzyme die derben embryonalen Hüllstrukturen (bei Säugern die Zona pellucida, ZP) beim Schlüpfvorgang auf. Die essentielle Bedeutung des Ovastacins für die Befruchtung wird durch die um ca. 30% reduzierte Fruchtbarkeit von Ovastacin defizienten Mäusen belegt. Hochinteressant war in diesem Zusammenhang die Entdeckung des Ovastacins in den Cortikalgranula der Oocyten sowie seine Fähigkeit, das Zona pellucida Protein 2 zu schneiden. Die dadurch bewirkte Verhärtung der Zona pellucida verhindert das Eindringen weiterer Spermien, das heißt sie baut eine Barriere gegen Polyspermie auf. Ziel dieser Arbeit war es, Belege für die physiologische Funktion des Ovastacins zu finden. Vor allem galt es, potentielle Aktivatoren zu identifizieren, da das Enzym wie alle Astacine als inaktive Vorstufe gebildet wird, die proteolytisch aktiviert werden muss. Zu diesem Zweck exprimierte ich rekombinantes Pro-Ovastacin in Insektenzellen. Aktivierungsstudien in vitro zeigten, dass ein saures Milieu zu einer Aktivierung führt, ohne die Abspaltung des Propeptids zu bewirken. Sequenzalignments und ein homologes Strukturmodell des Ovastacins wiesen auf Trypsin- oder Elastase-ähnliche Serinproteasen als potentielle Aktivierungsenzyme hin. Tatsächlich konnte mit diesen beiden Proteasetypen zum ersten Mal aktives Ovastacin aus Pro-Ovastacin erzeugt werden. Trypsin kommt als physiologischer Aktivator allerdings nicht in Betracht, da es bisher in keinem der Gewebe nachgewiesen werden konnte, in dem Ovastacin exprimiert wird. Die neutrophile Elastase dagegen konnte in der Leber, im Herz sowie im Blutplasma nachgewiesen werden. Mit Hilfe spezifischer Antikörper konnte das Herz als Expressionsort für Ovastacin bestätigt werden. Somit wäre Elastase ein potentieller physiologischer Aktivator von Ovastacin. Die Identifikation des Ovastacins in Geweben wie Leber, Herz, Nabelschnur und im Blutplasma weist auf eine Rolle der Protease in proteolytischen Netzwerken außerhalb der Spermien-Ei-Interaktion hin. Die Bedeutung der biologischen Kontrolle des Ovastacins bei der Befruchtung der Säugereizelle wird durch die Beobachtung untermauert, dass das Leberprotein Fetuin B als physiologischer Ovastacininhibitor fungiert und dadurch eine vorzeitige Verhärtung der Zona pellucida verhindert, die andernfalls die Penetration von Spermien prinzipiell verhindern würde.

Prozessierung des humanen GARP–Rezeptors und die physiologischen Auswirkungen

GARP (Glycoprotein A Repetitions Predominant) ist ein Oberflächenrezeptor auf regulatorischen T–Zellen (TRegs), der den latenten TGF–β (Transforming Growth Factor–β) bindet. Ein Funktionsverlust von T Regs hat gravierende Autoimmunerkrankungen wie das Immunodysregulation Polyendocrinopathy Enteropathy X–linked Syndrome (IPEX), Multiple Sklerose (MS) oder Rheumatoide Arthritis (RA) zur Folge. GARP stellt über eine Erhöhung der Aktivierbarkeit von TGF–β den regulatorischen Phänotyp von TRegs sicher und inhibiert die Ausbreitung von autoreaktiven TH17 Zellen.rn In dieser Arbeit stand die Regulation von GARP selbst im Mittelpunkt. Es konnte gezeigt werden, dass es sich innerhalb der kiefertragenden Vertebraten um ein strikt konserviertes Protein handelt. Datenbankanalysen machten deutlich, dass es zuerst in basalen Knochenfischen zusammen mit anderen Komponenten der adaptiven Immunantwort auftritt. Ein 3D–Modell, welches über Homologiemodellierung erstellt wurde, gab Aufschluss über die Struktur des Rezeptors und mögliche intramolekulare Disulfidbrücken. Für in vitro Versuche wurde eine lösliche Variante von GARP durch einen Austausch der Transmembrandomäne durch C–terminale Meprin α Domänen konstruiert. Diese Variante wurde in der eukaryotischen Zellkultur zuverlässig in den Überstand sezerniert und konnte chromatografisch gereinigt werden. Mit diesem rekombinanten GARP wurden Prozessierungsversuche mit Autoimmunpathogenese assoziierten Proteasen durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass die Serinproteasen Trypsin, Neutrophile Elastase und Plasmin, sowie die Metalloprotease MMP2 in der Lage sind, GARP vollständig zu degradieren. In TGF–β sensitiven Proliferationsuntersuchungen stellte sich heraus, dass die entstandenen Fragmente immer noch in der Lage waren die Aktivierbarkeit von TGF–β zu erhöhen. Neben der Degradierung durch die oben genannten Proteasen konnte ebenfalls beobachtet werden, dass MMP9 und Ovastacin in der Lage sind GARP spezifisch zu schneiden. Ovastacin mRNA wurde in dieser Arbeit das erste Mal außerhalb der Oocyte, in T–Zellen beschrieben. Mit GARP wurde zudem das zweite Proteinsubstrat, neben dem Zona Pellucida Protein 2 identifiziert. Das durch MMP9 erzeugte N–terminale Fragment besitzt zwar die Eigenschaft, an TGF–β zu binden, kann aber die Aktivierbarkeit von TGF–β nicht mehr wie das intakte GARP erleichtern. rnDiese Arbeit zeigte, dass GARP durch Proteolyse reguliert wird, wobei die entstehenden Fragmente unterschiedlichen Einfluss auf die Aktivierbarkeit von TGF–β haben. Dieses Wissen bildet die Grundlage für weitere Untersuchungen im translationalen Forschungsbereich, um die gewonnenen Erkenntnisse zur Immunmodulation in der Therapie verschiedener Krankheiten einsetzen zu können.rn

Defective pituitary function and gamete interactions in $\beta$1,4-galactosyltransferase null mice

Despite much attention, the function of oligosaccharide chains of glycoproteins remains largely unknown. Our understanding of oligosaccharide function in vivo has been limited to the use of reagents and targeted mutations that eliminate entire oligosaccharide chains. However, most, if not all biological functions for oligosaccharides have been attributed to specific terminal sequences on these oligosaccharides, yet there have been few studies to examine the consequences of modifying terminal oligosaccharide structures in vivo. To address this issue, mice were created bearing a targeted mutation in $\beta$1,4-galactosyltransferase, an enzyme responsible for elaboration of many of the proposed biologically-active carbohydrate epitopes. Most galactosyltransferase-null mice died within the first few weeks after birth and were characterized by stunted growth, thin skin, sparse hair, and dehydration. In addition, the adrenal cortices were poorly stratified and spermatogenesis was delayed. The few surviving adults had puffy skin (myxedema), difficulty delivering pups at birth (dystocia), and failed to lactate (agalactosis). All of these defects are consistant with endocrine insufficiency, which was confirmed by markedly decreased levels of serum thyroxine. The anterior pituitary gland appeared functionally delayed in newborn mutant mice, since the constituent cells were quiescent and nonsecretory, unlike that of control littermates. However, the anterior pituitary acquired a normal secretory phenotype during neonatal development, although it remained abnormally small and its glycoprotein hormones were devoid of $\beta$1,4-galactosyl residues. These results support in vitro studies suggesting that incomplete glycosylation of pituitary hormones leads to the creation of hormone antagonists that down regulate subsequent endocrine function producing polyglandular endocrine insufficiency. More surprisingly, the fact that some mice survive this neonatal period indicates the presence of a previously unrecognized compensatory pathway for glycoprotein hormone glycosylation and/or action.^ In addition to its well-studied biosynthetic function in the Golgi complex, a GalTase isoform is also expressed on the sperm surface where it functions as a gamete receptor during fertilization by binding to its oligosaccharide ligand on the egg coat glycoprotein, ZP3. Aggregation of GalTase by multivalent ZP3 oligosaccharides activates a G-protein cascade leading to the acrosome reaction. Although GalTase-null males are fertile, the mutant sperm bind less ZP3 than wild-type sperm, and are unable to undergo the acrosome reaction in response to either zona pellucida glycoproteins or to anti-GalTase anti-serum, as do wild-type sperm. However, mutant and wild-type sperm undergo the acrosome reaction normally in response to calcium ionophore which bypasses the requirement for ZP3 binding. Interestingly, the phenotype of the GalTase-null sperm is reciprocal to that of sperm that overexpress surface GalTAse and which bind more ZP3 leading to precocious acrosome reactions. These results confirm that GalTase functions as at least one of the sperm receptors for ZP3, and that GalTase participates in the ZP3-induced signal transduction pathway during zona pellucida-induced acrosome reactions. ^

Xenotransplantation of cryopreserved human ovarian tissue--a systematic review of MII oocyte maturation and discussion of it as a realistic option for restoring fertility after cancer treatment.

OBJECTIVE To systematically review the reporting of MII (MII) oocyte development after xenotransplantation of human ovarian tissue. DESIGN Systematic review in accordance with the guidelines of the Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-analyses (PRISMA). SETTING Not applicable. PATIENT(S) Not applicable. INTERVENTION(S) Formation of MII oocytes after xenotransplantation of human ovarian tissue. MAIN OUTCOME MEASURE(S) Any outcome reported in Pubmed. RESULT(S) Six publications were identified that report on formation of MII oocytes after xenotransplantation of human ovarian tissue. CONCLUSION(S) Xenografting of human ovarian tissue has proved to be a useful model for examining ovarian function and follicle development in vivo. With human follicles that have matured through xenografting, the possibility of cancer transmission and relapse can also be eliminated, because cancer cells are not able to penetrate the zona pellucida. The reported studies have demonstrated that xenografted ovarian tissue from a range of species, including humans, can produce antral follicles that contain mature (MII) oocytes, and it has been shown that mice oocytes have the potential to give rise to live young. Although some ethical questions remain unresolved, xenotransplantation may be a promising method for restoring fertility. This review furthermore describes the value of xenotransplantation as a tool in reproductive biology and discusses the ethical and potential safety issues regarding ovarian tissue xenotransplantation as a means of recovering fertility.

Expression and function of $\beta$-1,4-galactosyltransferase during wild-type and T/{\it t\/} -mutant spermatogenesis

In the mouse, gamete recognition is mediated in part by the binding of sperm surface $\beta$1,4 galactosyltransferase (GalTase) to specific oligosaccharide residues on the zona pellucida ZP3. The expression of GalTase on the sperm surface is regulated by alleles within the distal segment of the T/t complex and results in a haploid-specific increase in GalTase expression on spermatids and sperm from t-bearing males, suggesting that differences in sperm GalTase activity may contribute to t-sperm transmission ratio distortion. In this study, the expression of GalTase RNA during wild-type and T/t-mutant spermatogenesis was characterized and the role of GalTase was analyzed in transmission ratio distortion. It was found that spermatogenic cells predominantly express the long form of the GalTase RNA, which encodes the GalTase protein that is preferentially targeted to the cell surface in somatic cells. In wild-type testes, GalTase RNA accumulates during the maturation of primary spermatocytes, reaches peak levels prior to meiosis, and decreases and meiosis. GalTase RNA accumulates to similar levels during the maturation of +/t and t/t primary spermatocytes, but unlike wild-type, the level of GalTase RNA in t-spermatocytes remains elevated during meiotic division. Consequently, spermatids in t-mutant testes inherit higher levels of GalTase RNA than do wild-type spermatids, which likely accounts for the haploid-specific increase in surface GalTase activity characteristic of spermatids from t-bearing mice.^ The functional significance of the increased GalTase activity during t-sperm transmission ratio distortion was determined by examining the distribution of GalTase RNA and surface GalTase protein in haploid spermatids from +/t males. Results show that +- and t-spermatids have similar levels of both GalTase RNA and protein, indicating that transmission ratio distortion in +/t mice is not likely due to haploid-specific differences in sperm surface GalTase activity.^ The presence of GalTase on the surface of an early spermatogenic cells before it is required on the mature sperm to perform its function during gamete binding suggests a separate function for GalTase in Sertoli-germ cell adhesion. Studies indicate that cell surface GalTase partly mediates the initial adhesion of pachytene spermatocytes, but not haploid spermatids, to Sertoli cells. ^

Diatom biostratigraphy and datum levels of sediments from ODP Leg 167 sites

Ocean Drilling Program Leg 167 represents the first time since 1978 that the North American Pacific margin was drilled to study ocean history. More than 7500 m of Quaternary to middle Miocene (14 Ma) sediments were recovered from 13 sites, representing the most complete stratigraphic sequence on the California margin. Diatoms are found in most samples in variable abundance and in a moderately well-preserved state throughout the sequence, and they are often dominated by robust, dissolution-resistant species. The Neogene North Pacific diatom zonation of Yanagisawa and Akiba (1998, doi:10.5575/geosoc.104.395) best divides the Miocene to Quaternary sequences, and updated ages of diatom biohorizons estimated based on the geomagnetic polarity time scale of Cande and Kent (1995, doi:10.1029/94JB03098) are slightly revised to adjust the differences between the other zonations. Most of the early middle Miocene through Pleistocene diatom datum levels that have been proven to be of stratigraphic utility in the North Pacific appear to be nearly isochronous within the level of resolution constrained by sample spacing. The assemblages are characterized by species typical of middle-to-high latitudes and regions of high surface-water productivity, predominantly by Coscinodiscus marginatus, Stephanopyxis species, Proboscia barboi, and Thalassiothrix longissima. Latest Miocene through Pliocene assemblages in the region of the California Current, however, are intermediate between those of subarctic and subtropical areas. As a result, neither the existing tropical nor the subarctic (high latitude) zonal schemes were applicable for this region. An interval of pronounced diatom dissolution detected throughout the Pliocene sequence apparently correspond to a relatively warmer paleoceanographic condition resulting in a slackening of the southward flow of the California Current.

Benthic fauna at station FINO 1, 2005-2007

In der Nordsee wurden auf der Forschungsplattform FINO 1 Felduntersuchungen durchgeführt, um spezielle Fragen zu möglichen Auswirkungen von Offshore-Windenergieparks auf die marine Umwelt zu beantworten. Der Fokus war dabei auf die Konsequenzen für die Lebensgemeinschaft am Meeresboden gerichtet. Es wurden die benthosökologischen Prozesse im Nahbereich der Piles sowie die mittelfristige Entwicklung der Aufwuchsfauna auf der künstlichen Unterwasserstruktur dokumentiert. Die Ansammlung pelagischer Fischen um die Plattform und der Export organischen Materials von der Plattform wurden quantifiziert. Die räumliche Ausdehnung und die Erheblichkeit von Auswirkungen auf die Lebensgemeinschaften des Meeresbodens wurden anhand mathematischer Modellierung abgeschätzt. Zusätzlich wurde die Anwendbarkeit der elektrochemischen Akretionstechnologie zur Schaffung naturnaher Kalksubstrate in der Nordsee getestet und geeignete Parameter für eine erfolgreiche Umsetzung unter Nordseebedingungen ermittelt. Die auch 4,5 Jahre nach Errichtung der Plattform noch ansteigende Artenzahl der Aufwuchsfauna lässt darauf schließen, dass der Sukzessionsprozess noch nicht abgeschlossen ist. Die stark vertikal zonierte Aufwuchsfauna auf der Unterwasserkonstruktion erreicht eine Masse von ca. 5 Tonnen mit ausgeprägten saisonalen Schwankungen. Anhand von echoakustischen Untersuchungen wurden saisonal auftretende Ansammlungen pelagischer Fische um die Plattform dokumentiert. Der Nahbereich der Plattform unterschied sich durch eine Schillauflage und eine räumlich und zeitlich sehr variable Sediment- und Bodenfaunazusammensetzung deutlich von einem Referenzgebiet in 200-400 m Abstand von der Plattform. Eine konzentrische Zonierung mit unterschiedlich stark ausgeprägten Veränderungen der Bodenfauna lässt auf komplexe Veränderung des gesamten lokalen Nahrungsgefüges im Nahbereich der Plattform schließen. Anhand einer Modellierung konnte der Materialexport in die umgebenden Weichbodenbereiche für einzelne Piles und einen hypothetischen Windpark abgeschätzt werden. Die lokale Ausbildung einer hohen Biomasse auf der Unterwasserkonstruktion von WEA sowie der Export mit anschließender Sedimentation lassen zumindest lokal einen erheblichen Einfluss auf Stoff- und Energieflüsse erwarten.