JP2024004773A - In-vitro culture method of bovine embryo, bovine embryo, and method for producing bovine - Google Patents
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Abstract
Description
特許法第30条第2項適用申請有り (1)発行日:2021年9月27日、刊行物:THE FASEB JOURNAL,Vol.35,Issue 10,e21904、(2)ウェブサイトの掲載日:2021年10月14日、ウェブサイトのアドレス:https://www.hokudai.ac.jp/news/2021/10/post-918.html;https://www.hokudai.ac.jp/news/pdf/211014_pr2.pdf、(3)発行日:2021年11月5日、刊行物:日経産業新聞、2021年11月5日付朝刊、第7面Application for application of Article 30,
本発明は、ウシ胚の体外培養方法、ウシ胚、及びウシの生産方法に関する。 The present invention relates to a method for culturing bovine embryos in vitro, bovine embryos, and a method for producing bovines.
哺乳類初期胚培養技術は、母体(子宮)に非依存的に発育できる胚盤胞期までの発育を主眼としている。哺乳類初期胚は子宮に着床するまでは細胞培養液中で発育させることが可能であり、一般に初期胚の体外培養として実験動物であるマウス、ヒト、そしてウシ等の家畜で研究、産業、及び医療の目的で広く実施されている。試験管内で受精させる体外受精と体外培養を組み合わせて、胚盤胞期まで発育した胚を受精卵移植することで子宮内に戻して個体発生させることで繁殖の人為的な制御が可能になる。 Early mammalian embryo culture technology focuses on development up to the blastocyst stage, which can develop independently of the mother's body (uterus). Early mammalian embryos can be developed in cell culture medium until implantation in the uterus, and are generally used for in vitro culture of early embryos in laboratory animals such as mice, humans, and livestock such as cows for research, industry, and research. Widely practiced for medical purposes. By combining in vitro fertilization (in vitro fertilization) and in vitro culture, the embryos that have developed to the blastocyst stage are transferred to fertilized eggs and returned to the uterus for ontogeny, making it possible to artificially control reproduction.
子宮に着床する胚の発育ステージには種特異性があり、マウスやヒトでは胚盤胞期直後に着床するが、ウシでは胚盤胞期では着床せずに卵円形胚、伸長期胚、そして紐状期胚へと発育したのちに着床することが知られている。したがって、理論的にはウシ胚は胚盤胞期以降も子宮に着床することなく自律的に発育可能であるといえる。しかし、胚盤胞期以降にウシ胚を発育させる体外培養系が世界中で試みられているが、これまでに発生生物学的に発育が裏付けられ、且つ、個体作出に成功した研究例は無い。 The developmental stage of the embryo that implants in the uterus is species-specific; in mice and humans, the embryo implants immediately after the blastocyst stage, but in cows, it does not implant at the blastocyst stage, and instead develops into an oval embryo and an elongated embryo. It is known that implantation occurs after development into an embryo and then into a string stage embryo. Therefore, in theory, it can be said that bovine embryos can develop autonomously even after the blastocyst stage without implanting in the uterus. However, although in vitro culture systems for developing bovine embryos after the blastocyst stage have been attempted around the world, there has been no research to date that has proven development biologically and has succeeded in producing individuals. .
ウシ胚は、胚盤胞期以降に指数関数的に細胞数が増加して急速に成長する。近年、受精卵の一部をバイオプシーして、ウシの遺伝的能力を推定することで個体の育種改良効率を飛躍的に上げる方法が模索されているが、胚盤胞期胚の細胞数は数百と限られており、バイオプシーにより傷害を受けた胚の受胎率は低下することが危惧されている。しかし、胚盤胞期以降にウシ胚を体外培養可能な系が作出されれば、バイオプシーによる傷害が胚全体に占める割合も相対的に低下し、初期胚の着床能を保ちつつ遺伝的能力を査定したウシ胚及び個体を生産できる可能性がある。 Bovine embryos grow rapidly with an exponential increase in cell number after the blastocyst stage. In recent years, methods have been sought to dramatically increase the efficiency of breeding and improving cattle by estimating the genetic potential of cattle by biopsying a portion of fertilized eggs, but the number of cells in a blastocyst stage embryo is There are concerns that the fertility rate of embryos damaged by biopsy will decrease. However, if a system that allows for in vitro culturing of bovine embryos after the blastocyst stage is created, the proportion of damage caused by biopsy to the whole embryo will be relatively reduced, and the implantation potential of early embryos will be maintained while maintaining genetic potential. It is possible to produce bovine embryos and individuals that have been evaluated.
ウシにおいて胚盤胞期以降へ発生させる試みの多くは、培地成分の富栄養化と、ゲル等の基質に胚を埋没させるもの(例えば、非特許文献1等参照)の二つのアプローチに大別される。 Most attempts to develop cattle to the blastocyst stage or later can be roughly divided into two approaches: eutrophication of culture medium components and embedding the embryo in a matrix such as gel (for example, see Non-Patent Document 1). be done.
しかしながら、非特許文献1等に代表される従来のウシ胚の体外培養方法では、数日間の生存期間の延長は可能なものの、分化能等の胚としての特性は培養中に失われてしまう。さらに、これまでの報告ではマーカー遺伝子の発現や母体への移植後の発生能の検証は行われておらず、発生学的な生体胚との類似性については議論できていない。
However, in the conventional in vitro culture method for bovine embryos as typified by Non-Patent
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、胚盤胞期以降の胚の急速な退行や分化能の喪失が抑制され、生体胚と類似した遺伝子発現及び形態的特徴を有する体外培養胚が得られるウシ胚の体外培養方法、並びに、前記ウシ胚の体外培養方法を用いたウシ胚及びウシの生産方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is an in vitro embryo that suppresses rapid degeneration and loss of differentiation ability of embryos after the blastocyst stage, and has gene expression and morphological characteristics similar to living embryos. Provided are a method for culturing bovine embryos in vitro that yields cultured embryos, and a method for producing bovine embryos and cows using the method for culturing bovine embryos in vitro.
発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、培地が含浸しているゲル上でウシ胚盤胞期胚を体外培養することで、胚盤胞期以降の胚の急速な退行や分化能の喪失が抑制され、生体胚と類似した遺伝子発現及び形態的特徴を有するウシ胚が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of extensive research to achieve the above objective, the inventors have found that by culturing bovine blastocyst-stage embryos in vitro on gel impregnated with a medium, rapid growth of embryos beyond the blastocyst stage can be achieved. The present inventors have discovered that degeneration and loss of differentiation ability are suppressed, and that bovine embryos can be obtained that have gene expression and morphological characteristics similar to those of living embryos, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、以下の態様を含む。
(1) 培地が含浸しているゲル上でウシ胚盤胞期胚を培養する培養工程を含む、ウシ胚の体外培養方法。
(2) 前記培養工程において、3v/v%以上7v/v%以下の酸素存在下で培養する、(1)に記載のウシ胚の体外培養方法。
(3) 前記培養工程において、1日間以上培養する、(1)又は(2)に記載のウシ胚の体外培養方法。
(4) 前記培地が、培地の容量に対して10v/v%以上50v/v%以下の血清代替物を含む、(1)~(3)のいずれか一つに記載のウシ胚の体外培養方法。
(5) 前記ゲルが、アガロースゲルである、(1)~(4)のいずれか一つに記載のウシ胚の体外培養方法。
(6) (1)~(5)のいずれか一つに記載のウシ胚の体外培養方法により得られる、ウシ胚。
(7) 体外受精により得られるウシ胚であって、
体外受精から10日後において、IFNT、GJB1、MYL3、ETS2、ID2、SSLP1、及びASCL2からなる群より選ばれる1種以上の遺伝子が発現している、ウシ胚。
(8) 体外受精から10日後において、OCT4、NANOG、及びSOX2からなる群より選ばれる1種以上の遺伝子の発現量が、体外受精から8日後における同一遺伝子の発現量の1/10以下である、(7)に記載のウシ胚。
(9) (1)~(5)のいずれか一つに記載のウシ胚の体外培養方法により得られるウシ胚を受胚牛に移植して受胎させる移植工程を含む、ウシの生産方法。
That is, the present invention includes the following aspects.
(1) A method for culturing bovine embryos in vitro, which includes a culturing step of culturing bovine blastocyst-stage embryos on a gel impregnated with a medium.
(2) The method for culturing bovine embryos in vitro according to (1), wherein in the culturing step, the culturing is carried out in the presence of oxygen of 3 v/v % or more and 7 v/v % or less.
(3) The method for culturing bovine embryos in vitro according to (1) or (2), wherein in the culturing step, the embryos are cultured for one day or more.
(4) The in vitro culture of bovine embryos according to any one of (1) to (3), wherein the medium contains a serum substitute of 10 v/v % or more and 50 v/v % or less based on the volume of the medium. Method.
(5) The method for culturing bovine embryos in vitro according to any one of (1) to (4), wherein the gel is an agarose gel.
(6) A bovine embryo obtained by the in vitro culture method for bovine embryos according to any one of (1) to (5).
(7) A bovine embryo obtained by in vitro fertilization,
A bovine embryo in which one or more genes selected from the group consisting of IFNT, GJB1, MYL3, ETS2, ID2, SSLP1, and ASCL2 are expressed 10 days after in vitro fertilization.
(8) Ten days after in vitro fertilization, the expression level of one or more genes selected from the group consisting of OCT4, NANOG, and SOX2 is 1/10 or less of the expression level of the same gene 8 days after in vitro fertilization. , the bovine embryo described in (7).
(9) A method for producing cattle, which includes a step of transplanting a bovine embryo obtained by the in vitro culture method for bovine embryos according to any one of (1) to (5) into an embryonic cow to impregnate it.
上記態様のウシ胚の体外培養方法によれば、胚盤胞期以降の胚の急速な退行や分化能の喪失が抑制され、生体胚と類似した遺伝子発現及び形態的特徴を有する体外培養胚が得られる。上記態様のウシ胚は、胚盤胞期以降の胚の急速な退行や分化能の喪失が抑制され、生体胚と類似した遺伝子発現及び形態的特徴を有するものである。上記態様のウシの生産方法は、前記ウシ胚の体外培養方法により得られるウシ胚を用いており、所望のウシの繁殖及び改良に貢献し得るものである。 According to the in vitro culture method for bovine embryos of the above aspect, rapid degeneration and loss of differentiation ability of embryos after the blastocyst stage are suppressed, and in vitro cultured embryos having gene expression and morphological characteristics similar to living embryos are produced. can get. The bovine embryo of the above embodiment has gene expression and morphological characteristics similar to those of a living embryo, in which rapid degeneration and loss of differentiation ability of the embryo after the blastocyst stage are suppressed. The method for producing cattle according to the above aspect uses a bovine embryo obtained by the above-mentioned in vitro culture method for bovine embryos, and can contribute to the breeding and improvement of desired cattle.
≪ウシ胚の体外培養方法≫
本実施形態のウシ胚の体外培養方法は、培地が含浸しているゲル上でウシ胚盤胞期胚を培養する培養工程を含む。
≪In vitro culture method for bovine embryos≫
The in vitro culture method for bovine embryos of this embodiment includes a culturing step of culturing a bovine blastocyst stage embryo on a gel impregnated with a medium.
本実施形態のウシ胚の体外培養方法では、足場(フィーダー細胞やプラスチックシャーレ等の基質)への接着に依存した方法や、ゲルの中に埋め込むといった方法等の従来の体外培養法とは異なり、ゲル上に胚を配置するという非常に簡便な方法である。本実施形態のウシ胚の体外培養方法は、適用に特殊な技術が一切必要ないということに加え、培養後の胚の取り扱いも容易であるという利点を含んでいる。本実施形態のウシ胚の体外培養方法で得られたウシ胚は、基質からの剥離や培養容器の破壊といった工程を経ることなく、ガラスキャピラリーやマイクロピペッターでそのまま操作することができる。従って、操作時における胚細胞の物理的損傷及び基質等のコンタミネーションは極めて少なく、バイオプシーの信頼性を向上するとともに、スムーズな胚移植につながることから、後述する実施例に示すように、移植後の発育も良好である。 The in vitro culture method for bovine embryos of this embodiment differs from conventional in vitro culture methods, such as methods that rely on adhesion to scaffolds (substrates such as feeder cells or plastic petri dishes) or embedding them in gel. This is a very simple method of placing the embryo on a gel. The in vitro culture method for bovine embryos of the present embodiment has the advantage that, in addition to not requiring any special techniques for application, the embryos can be easily handled after culture. The bovine embryo obtained by the method for in vitro culturing of bovine embryos of this embodiment can be directly manipulated with a glass capillary or micropipettor without undergoing steps such as detachment from the substrate or destruction of the culture container. Therefore, physical damage to embryo cells and contamination with substrates during manipulation are extremely small, improving the reliability of the biopsy and leading to smooth embryo transfer. Growth is also good.
また、本実施形態のウシ胚の体外培養方法において最も画期的な点は、胚を気相に暴露しつつ培養できる点である。従来のゲル内に作られた空洞の中で胚を培養する、いわゆる「トンネル法」では、胚が細胞数を増加させ体積を増大させると胚全体がゲルと接することになる。このことは、Epi細胞の生存を支持する効率的なガス交換を妨げるものと考えられ、実際にEpi細胞の顕著なネクローシスによる喪失が観察されている。 Furthermore, the most innovative point in the in vitro culture method for bovine embryos of this embodiment is that the embryos can be cultured while being exposed to the gas phase. In the so-called "tunnel method," in which embryos are cultured in a cavity created within a conventional gel, the entire embryo comes into contact with the gel as the embryo increases in cell number and volume. This is thought to impede efficient gas exchange that supports the survival of Epi cells, and in fact, significant loss of Epi cells due to necrosis has been observed.
これに対して、本実施形態のウシ胚の体外培養方法は、気相と液相という二つの相に胚を暴露するという発想のもと行われており、液相からの栄養の供給と、気相との接触による効率的なガス交換を同時に達成できる革新的な方法である。本実施形態のウシ胚の体外培養方法は、古典的な培養法の一つである「気相-液相境界面培養法」を初期胚培養に初めて応用したものである。一般的な気相-液相境界面培養法では、多孔メンブレン等のいわゆる「インサート」上に細胞を播種し、これをアッセイ培地上に静置することで細胞の二層への曝露を可能とする。ウシ胚の場合、基質に接着すると急速な分化が起こり、胚としての性質の維持が困難になるため、本実施形態のウシ胚の体外培養方法ではこれを回避するためインサートの代わりにゲルを用いることで上記問題を解決した。 On the other hand, the in vitro culture method for bovine embryos according to the present embodiment is based on the idea of exposing the embryo to two phases, a gas phase and a liquid phase, and the method is based on the idea that the embryo is exposed to two phases: a gas phase and a liquid phase, and nutrients are supplied from the liquid phase. This is an innovative method that simultaneously achieves efficient gas exchange through contact with the gas phase. The in vitro culture method for bovine embryos of the present embodiment is the first application of the "gas phase-liquid phase interface culture method", which is one of the classical culture methods, to early embryo culture. In the general gas-liquid interface culture method, cells are seeded on a so-called "insert" such as a porous membrane, and this is placed on an assay medium, allowing exposure to two layers of cells. do. In the case of bovine embryos, rapid differentiation occurs when they adhere to the substrate, making it difficult to maintain their embryonic properties.In order to avoid this, the in vitro culture method for bovine embryos of this embodiment uses a gel instead of an insert. This solved the above problem.
すなわち、本実施形態のウシ胚の体外培養法によれば、上記構成を有することで、胚盤胞期以降の胚の急速な退行や分化能の喪失が抑制され、生体胚と類似した遺伝子発現及び形態的特徴を有する体外培養胚(好ましくは、成熟した胚盤胞期胚以降の胚)が得られる。 That is, according to the in vitro culture method for bovine embryos of the present embodiment, having the above structure suppresses rapid degeneration and loss of differentiation ability of the embryo after the blastocyst stage, and achieves gene expression similar to that of living embryos. An in vitro cultured embryo (preferably a mature blastocyst stage embryo or later) having the following morphological characteristics is obtained.
次いで、本実施形態のウシ胚の体外培養法の各工程について、以下に詳細を説明する。 Next, each step of the in vitro culture method for bovine embryos of this embodiment will be described in detail below.
<培養工程>
培養工程では、培地が含浸しているゲル上でウシ胚盤胞期胚を培養する。
<Culture process>
In the culturing step, bovine blastocyst-stage embryos are cultured on a gel impregnated with a medium.
図1は、本実施形態のウシ胚の体外培養方法で用いられるウシ胚の体外培養システムの一例を示す概略構成図である。以下、図1を参照しながら、本工程について説明する。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an in vitro culture system for bovine embryos used in the in vitro culture method for bovine embryos according to the present embodiment. This process will be described below with reference to FIG.
ウシ胚の体外培養システム10は、培養容器3の各ウェル内に、ゲル1が配置されており、ゲル1上にウシ胚盤胞期胚Bが配置されている。培地2は、ゲル1に含浸していればどのような状態であってもよいが、図1に示すように、ゲル1の高さの半分程度までウェル内を満たしている状態であってもよい。これにより、ゲル1の乾燥を防ぎ、培地2に含まれる栄養成分を持続的にウシ胚盤胞期胚Bに供給することができる。
In the in vitro
また、図1に示すウシ胚の体外培養システム10において、ウシ胚盤胞期胚Bは、培地2が含浸しているゲル1上で培養することで、気相と液相という二つの相に曝露しながら培養することができる。
In addition, in the in vitro
[ゲル]
培養工程で用いられるゲルとしては、細胞又は細胞塊の培養において一般的に用いられる公知のものを使用することができる。このようなゲルを構成する材料としては、例えば、ゲル化する細胞外マトリックス由来成分、多糖類、キチン、ポリ(3-ヒドロキシアルカノエート)(ポリ(β-ヒドロキブチレート)及びポリ(3-ヒドロキシオクタノエート)等))、ポリ(3-ヒドロキシ脂肪酸)、フィブリン、寒天、アガロース等が挙げられ、これらに限定されない。多糖類としては、例えば、アルギネート、セルロース、デキストラン、プルラン(pullulane)、ポリヒアルロン酸、及びそれらの誘導体等が挙げられる。
[gel]
As the gel used in the culturing process, known gels commonly used in culturing cells or cell aggregates can be used. Materials constituting such a gel include, for example, extracellular matrix-derived components that gel, polysaccharides, chitin, poly(3-hydroxyalkanoate) (poly(β-hydroxybutyrate)), and poly(3-hydroxyalkanoate) (poly(β-hydroxybutyrate)). octanoate), poly(3-hydroxy fatty acid), fibrin, agar, agarose, etc., but are not limited to these. Examples of polysaccharides include alginate, cellulose, dextran, pullulane, polyhyaluronic acid, and derivatives thereof.
ゲル化する細胞外マトリックス由来成分としては、例えば、コラーゲン(I型、II型、III型、V型、XI型等)、マウスEHS腫瘍抽出物(IV型コラーゲン、ラミニン、ヘパラン硫酸プロテオグリカン等を含む)より再構成された基底膜成分(商品名:マトリゲル)、グリコサミノグリカン、ヒアルロン酸、プロテオグリカン、ゼラチン等が挙げられ、これらに限定されない。 Extracellular matrix-derived components to be gelled include, for example, collagen (type I, type II, type III, type V, type XI, etc.), mouse EHS tumor extract (type IV collagen, laminin, heparan sulfate proteoglycan, etc.) ) reconstituted basement membrane components (trade name: Matrigel), glycosaminoglycans, hyaluronic acid, proteoglycans, gelatin, etc., but are not limited to these.
これらは単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
中でも、ゲルとしては、目視又は倒立顕微鏡等で明瞭に観察することができることから、透明度が高いものを用いることが好ましく、アガロースゲルがより好ましい。
These can be used alone or in combination of two or more.
Among these, it is preferable to use a highly transparent gel, and agarose gel is more preferable, since it can be clearly observed with the naked eye or with an inverted microscope.
[培地]
培養工程で用いられる培地としては、血清等の成分未詳物を含まない完全合成培地であることが好ましく、胚の急速な分化を抑えつつ、胚盤胞期以降の発生を支持できることから、幹細胞の培養にも用いられる血清代替物を含むことがより好ましい。培地が血清代替物を含むことで、培養条件等の外部環境に敏感なEpi細胞の生存性及び完全性が飛躍的に向上することができ、長期間の培養が可能となる。
[Culture medium]
The medium used in the culture process is preferably a completely synthetic medium that does not contain unknown components such as serum, and is suitable for stem cell development because it can suppress rapid differentiation of the embryo and support development beyond the blastocyst stage. More preferably, it contains a serum substitute that is also used for culture. When the medium contains a serum substitute, the viability and integrity of Epi cells, which are sensitive to the external environment such as culture conditions, can be dramatically improved, and long-term culture becomes possible.
血清代替物としては、例えば、アルブミン(例えば、脂質リッチアルブミン、組換えアルブミン等のアルブミン代替物;植物デンプン、デキストラン及びタンパク質加水分解物等)、トランスフェリン(又は他の鉄輸送体)、脂肪酸、インスリン、コラーゲン前駆体、微量元素、2-メルカプトエタノール、3’-チオグリセロール、及びこれらの均等物等が挙げられる。また、KnockOut(登録商標) Serum Replacement(KSR)、GlutaMax(登録商標)等が挙げられる。これらは単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。中でも、血清代替物としては、KSRが好ましい。 Serum substitutes include, for example, albumin (e.g. lipid-rich albumin, albumin substitutes such as recombinant albumin; vegetable starches, dextran and protein hydrolysates, etc.), transferrin (or other iron transporters), fatty acids, insulin. , collagen precursors, trace elements, 2-mercaptoethanol, 3'-thioglycerol, and equivalents thereof. Further examples include KnockOut (registered trademark) Serum Replacement (KSR), GlutaMax (registered trademark), and the like. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, KSR is preferred as a serum substitute.
培地中の血清代替物(好ましくは、KSR)の濃度は、1v/v%以上とすることができ、10v/v%以上50v/v%以下が好ましく、15v/v%以上45v/v%以下がより好ましく、20v/v%以上40v/v%以下がさらに好ましく、25v/v%以上35v/v%以下が特に好ましい。 The concentration of the serum substitute (preferably KSR) in the medium can be 1 v/v% or more, preferably 10 v/v% or more and 50 v/v% or less, and 15 v/v% or more and 45 v/v% or less. is more preferable, more preferably 20 v/v% or more and 40 v/v% or less, particularly preferably 25 v/v% or more and 35 v/v% or less.
培養工程で用いられる基礎培地としては、例えば、αMEM培地、Neurobasal培地、Neural Progenitor Basal培地、NS-A培地、BME培地、BGJb培地、CMRL 1066培地、最小必須培地(MEM)、Eagle MEM、ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)、Glasgow MEM(GMEM)、Improved MEM Zinc Option、IMDM、Medium 199培地、DMEM/F12培地、StemPro-34SFM培地、ハム培地、RPMI 1640培地、HTF培地、Fischer’s培地、Advanced DMEM、Advanced DMEM/F12、Advanced MEM、Advanced RPMI培地、及びこれらの混合培地等が挙げられるが、これらに限定されない。中でも、RPMI 1640培地が好ましい。 Examples of the basal medium used in the culture process include αMEM medium, Neurobasal medium, Neural Progenitor Basal medium, NS-A medium, BME medium, BGJb medium, CMRL 1066 medium, minimum essential medium (MEM), Eagle MEM, and Dulbecco's modified medium. Eagle medium (DMEM), Glasgow MEM (GMEM), Improved MEM Zinc Option, IMDM, Medium 199 medium, DMEM/F12 medium, StemPro-34SFM medium, Ham's medium, RPMI 1640 medium, HTF medium, Fischer' s medium, Advanced DMEM , Advanced DMEM/F12, Advanced MEM, Advanced RPMI medium, a mixed medium thereof, and the like, but are not limited to these. Among them, RPMI 1640 medium is preferred.
培地は、その他公知の添加物を含んでもよい。添加物は特に限定されないが、例えば、ポリアミン類、ミネラル、糖類(例えば、グルコース等)、有機酸(例えば、ピルビン酸、乳酸等)及びその塩(ナトリウム塩、カリウム塩等)、アミノ酸(例えば、必須アミノ酸(EAA)、非必須アミノ酸(NEAA)、L-グルタミン等)、還元剤(例えば、2-メルカプトエタノール等)、ビタミン類(例えば、アスコルビン酸、d-ビオチン等)、抗生物質(例えば、ストレプトマイシン、ペニシリン等)、緩衝剤(例えば、HEPES等)、栄養添加物(例えば、B27 supplement、N2 supplement、StemPro-Nutrient Supplement等)、セレン化合物(亜セレン酸ナトリウム等)が挙げられる。これらを単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。各添加物は公知の濃度範囲で含むことができる。一方で、線維芽細胞増殖因子(FGF)等の増殖因子や成長因子は、細胞分化を誘導することが知られるため、培地は増殖因子や成長因子を含まないことが好ましい。また、ステロイドもエストロゲン様の作用を示し、生存や細胞分化に影響を及ぼす可能性があることから、培地はステロイドを含まないことが好ましい。 The medium may also contain other known additives. Additives are not particularly limited, but include, for example, polyamines, minerals, sugars (e.g., glucose), organic acids (e.g., pyruvic acid, lactic acid, etc.) and their salts (sodium salts, potassium salts, etc.), amino acids (e.g., essential amino acids (EAA), non-essential amino acids (NEAA), L-glutamine, etc.), reducing agents (e.g., 2-mercaptoethanol, etc.), vitamins (e.g., ascorbic acid, d-biotin, etc.), antibiotics (e.g., Streptomycin, penicillin, etc.), buffers (eg, HEPES, etc.), nutritional additives (eg, B27 supplement, N2 supplement, StemPro-Nutrient Supplement, etc.), and selenium compounds (sodium selenite, etc.). These can be used alone or in combination of two or more. Each additive can be included in known concentration ranges. On the other hand, since growth factors such as fibroblast growth factor (FGF) are known to induce cell differentiation, it is preferable that the medium does not contain growth factors or growth factors. Furthermore, since steroids also exhibit estrogen-like effects and may affect survival and cell differentiation, it is preferable that the medium does not contain steroids.
[培養条件]
培養工程では、例えば、公知の細胞培養容器を用いて、ウシ胚盤胞期胚、ゲル、及び培地を図1に示すような配置とすることで、培養することができる。
[Culture conditions]
In the culturing process, for example, the bovine blastocyst stage embryo, the gel, and the medium can be cultured in a known cell culture container in an arrangement as shown in FIG. 1.
培養条件は以下に限定されないが、胎内の環境に近しいことから、好ましくは3v/v%以上7v/v%以下、より好ましくは4v/v%以上6v/v%以下の酸素存在下で行うことができる。また、上記範囲の酸素濃度であって、1v/v%以上10v/v%以下、好ましくは3v/v%以上7v/v%以下、より好ましくは4v/v%以上6v/v%以下の二酸化炭素存在下で行うことができる。 The culture conditions are not limited to the following, but since it is close to the in utero environment, it is preferably carried out in the presence of oxygen of 3 v/v% or more and 7 v/v% or less, more preferably 4 v/v% or more and 6 v/v% or less. Can be done. Further, the oxygen concentration is within the above range, and the carbon dioxide is 1 v/v% or more and 10 v/v% or less, preferably 3 v/v% or more and 7 v/v% or less, and more preferably 4 v/v% or more and 6 v/v% or less. It can be carried out in the presence of carbon.
培養温度は約30℃以上40℃以下であり、好ましくは約38.5℃である。 The culture temperature is about 30°C or higher and 40°C or lower, preferably about 38.5°C.
培養期間は、好ましくは1日間以上、より好ましくは約2日間(例えば、48±12時間、好ましくは48±6時間)である。或いは、2日間以上の長期間とすることもできる。 The culture period is preferably one day or more, more preferably about two days (eg, 48±12 hours, preferably 48±6 hours). Alternatively, it may be for a long period of two days or more.
本実施形態のウシ胚の培養方法において、成熟した胚盤胞期胚以降の胚が得られたことは、目視又は顕微鏡等による形態観察や、後述するマーカー遺伝子の発現を分析することで確認することができる。 In the method for culturing bovine embryos of the present embodiment, it is confirmed that a mature blastocyst stage embryo or later embryo has been obtained by visual observation or morphological observation using a microscope, or by analyzing the expression of marker genes described below. be able to.
[ウシ胚盤胞期胚の作製方法]
培養工程で用いられるウシ胚盤胞期胚は、ウシ胎内から摘出されたものであってもよく、体外培養によって得られるものであってもよいが、体外培養によって得られるものが好ましい。体外培養によって作製されるウシ胚盤胞期胚は、例えば、参考文献1(Brinster RL et al., “A METHOD FOR IN VITRO CULTIVATION OF MOUSE OVA FROM TWO-CELL TO BLASTOCYST.”, Exp Cell Res., Vol. 32, pp. 205-208, 1963.)等に記載の体外培養方法を用いて、体外受精させた受精卵から誘導することができる。或いは、例えば、参考文献2(Holm P et al., “High bovine blastocyst development in a static in vitro production system using SOFaa medium supplemented with sodium citrate and myo-inositol with or without serum-proteins”, Theriogenology, Vol.52, Issue 4, pp. 683-700,1999.)等に記載の体外培養方法を用いて、体外受精させた受精卵から誘導することもできる。
[Method for producing bovine blastocyst stage embryo]
The bovine blastocyst stage embryo used in the culture step may be extracted from the bovine uterus or may be obtained by in vitro culture, but is preferably obtained by in vitro culture. Bovine blastocyst-stage embryos produced by in vitro culture are described, for example, in Reference 1 (Brinster RL et al., “A METHOD FOR IN VITRO CULTIVATION OF MOUSE OVA FROM TWO-CELL TO BLASTOCYST.”, Exp Cell Res., Vol. 32, pp. 205-208, 1963.) and others, it can be induced from fertilized eggs that have been fertilized in vitro. Or, for example, reference 2 (Holm P et al., “High bovine blastocyst development in a static in vitro production system using SOFaa medium supplemented with sodium citrate and myo-inositol with or without serum-proteins”, Theriogenology, Vol. 52 It can also be derived from fertilized eggs that have been fertilized in vitro using the in vitro culture method described in ,
体外培養によるウシ胚盤胞期胚の作製方法として具体的には、以下の工程を含むことができる。
卵母細胞と精子を体外受精させて受精卵を得る工程1;及び、
得られた受精卵を培地の微小液滴(マイクロドロップ)内で培養する工程2。
Specifically, the method for producing a bovine blastocyst stage embryo by in vitro culture can include the following steps.
(工程1)
工程1で用いられる卵母細胞は、雌ウシの卵巣から回収する。例えば、雌ウシの卵巣から卵丘細胞-卵母細胞複合体(COC)を回収し、該COCを約30℃以上40℃以下(好ましくは約38.5℃)、1v/v%以上10v/v%以下(好ましくは3v/v%以上7v/v%以下、より好ましくは4v/v%以上6v/v%以下)の二酸化炭素存在下、且つ、約80RH%以上の加湿雰囲気下(好ましくは、約100RH%の飽和水蒸気下)で体外培養することにより成熟することができる。COCの培養に用いられる培地としては、例えば、TCM-199培地(Thermo Fisher Scientific社製)等が挙げられるが、これに限定されない。
(Step 1)
The oocytes used in
また、工程1で用いられる精子は、雄ウシから公知の方法で回収する。或いは、凍結保存しておいた精液を解凍して用いることもできる。
体外受精の際に用いられる培地としては、例えば、ブラケット及びオリファント(BO)培地等が挙げられるが、これに限定されない。BO培地は、約1.0mmol/L以上4.0mmol/L以下(好ましくは、約2.5mmol/L)のテオフィリン、約6.0μg/mL以上9.0μg/mL以下(好ましくは、約7.5μg/mL)のヘパリンナトリウム塩を含むことができる。精液をBO培地で希釈して、適宜精子濃度を調整して用いる。
Furthermore, the sperm used in
Examples of the culture medium used during in vitro fertilization include, but are not limited to, bracket and oliphant (BO) media. The BO medium contains about 1.0 mmol/L to 4.0 mmol/L (preferably about 2.5 mmol/L) theophylline, about 6.0 μg/mL to 9.0 μg/mL (preferably about 7 .5 μg/mL) of heparin sodium salt. The semen is diluted with BO medium and the sperm concentration is adjusted accordingly.
次いで、工程1において、公知の培養容器上に、精子を含むBO培地の微小液滴(100μL程度)を作製し、該微小液滴に成熟した卵母細胞(又は、COC)を加える。その後、約30℃以上40℃以下(好ましくは約38.5℃)、1v/v%以上10v/v%以下(好ましくは3v/v%以上7v/v%以下、より好ましくは4v/v%以上6v/v%以下)の二酸化炭素存在下、且つ、約80RH%以上(好ましくは、約100RH%)の加湿雰囲気下で媒精することで、受精卵を得る。
Next, in
工程1における媒精時間は、好ましくは10時間以上、より好ましくは12時間以上である。
The insemination time in
(工程2)
工程2では、工程1得られた受精卵を培地の微小液滴(100μL程度)内で培養する。工程2で用いられる培地としては、例えばmSOFai培地等が挙げられるが、これに限定されない。COCを用いた場合には、工程1得られた受精卵をmSOFai培地に移した後、ガラスピペット等によりピペッティングすることで、卵丘細胞を除去することができる。
(Step 2)
In
工程2における培養条件としては、例えば、微小液滴(100μL程度)1個当たり、約10個以上30個以下(好ましくは薬20個)の受精卵が含むように調整し、約30℃以上40℃以下(好ましくは約38.5℃)、1v/v%以上10v/v%以下(好ましくは3v/v%以上7v/v%以下、より好ましくは4v/v%以上6v/v%以下)の二酸化炭素存在下、且つ、約80RH%以上(好ましくは、約100RH%)の加湿雰囲気下で培養することで、ウシ胚盤胞期胚を得る。
The culture conditions in
培養期間は、好ましくは3日間以上、より好ましくは5日間以上、さらに好ましくは8日間(例えば、96±12時間、好ましくは96±6時間)である。 The culture period is preferably 3 days or more, more preferably 5 days or more, and even more preferably 8 days (for example, 96±12 hours, preferably 96±6 hours).
ウシ胚盤胞期胚が得られたことは、目視や顕微鏡等により胚の形態を観察することで確認することができる。 The fact that a bovine blastocyst stage embryo has been obtained can be confirmed by observing the morphology of the embryo visually or under a microscope.
≪ウシ胚≫
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態に係るウシ胚は、上述したウシ胚の体外培養方法により得られるものである。
≪Bovine embryo≫
<First embodiment>
The bovine embryo according to the first embodiment of the present invention is obtained by the above-described in vitro culture method for bovine embryos.
本実施形態のウシ胚は、後述する実施例に示すように、従来の体外培養法により得られる胚盤胞期胚とは異なり、成熟した胚盤胞期胚であり、胚盤胞期以降の胚の急速な退行や分化能の喪失が抑制され、生体胚と類似した遺伝子発現及び形態的特徴を有するものである。また、本実施形態のウシ胚は、後述する実施例に示すように、受胚牛に移植した際に着床能を有することが確認されており、さらには、該ウシ胚由来の子牛が受胚牛において経膣的に出産されたことから、個体形成能を有することが確認されている。しかしながら、遺伝子発現プロファイルの相違等により、生体由来のウシ胚(特に、成熟した胚盤胞期胚)やその他従来の体外培養法で得られたウシ胚(特に、胚盤胞期胚)との相違を特定し、本実施形態のウシ胚を特定することは非常に困難であり、実際的ではない。このため、製造方法により特定することが現実的である。 As shown in the examples below, the bovine embryo of this embodiment is a mature blastocyst-stage embryo, unlike the blastocyst-stage embryo obtained by conventional in vitro culture methods, and is a mature blastocyst-stage embryo. Rapid degeneration and loss of differentiation potential of the embryo are suppressed, and the embryo has gene expression and morphological characteristics similar to living embryos. In addition, as shown in the Examples described below, the bovine embryo of this embodiment has been confirmed to have the ability to implant when transplanted into a recipient cow, and furthermore, it has been confirmed that the bovine embryo derived from the bovine embryo has the ability to implant. It has been confirmed that it has ontogenic potential since it was delivered vaginally in embryonated cows. However, due to differences in gene expression profiles, there is a difference between bovine embryos derived from living organisms (especially mature blastocyst stage embryos) and other bovine embryos obtained by conventional in vitro culture methods (especially blastocyst stage embryos). Identifying the differences and identifying the bovine embryo of this embodiment is very difficult and impractical. Therefore, it is practical to specify it by the manufacturing method.
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態に係るウシ胚は、体外受精により得られるウシ胚であって、体外受精から10日後において、IFNT、GJB1、MYL3、ETS2、ID2、SSLP1、及びASCL2からなる群より選ばれる1種以上の遺伝子が発現している。
<Second embodiment>
The bovine embryo according to the second embodiment of the present invention is a bovine embryo obtained by in vitro fertilization, and is selected from the group consisting of IFN, GJB1, MYL3, ETS2, ID2, SSLP1, and
IFNTは、妊娠認識因子であるインターフェロン・タウをコードする遺伝子である。トロホブラスト細胞において産生及び分泌され、胚盤胞期から着床時までという時期特異的な発現様式を持つ。
GJB1は、膜貫通型タンパク質であるギャップ結合β1(gap junction protein beta 1)タンパク質をコードする遺伝子である。
MYL3は、ミオシン軽鎖3(myosin light chain 3)をコードする遺伝子である。
ETS2は、IFNTの上流に存在すると推定されている転写因子であるETS proto-oncogene 2をコードする遺伝子である。
ID2は、転写調節因子である分化抑制タンパク質2をコードする遺伝子である。
SSLP1は、Ly-6/uPARスーパーファミリーの一つであるsecreted seminal vesicle Ly6 proteinをコードする遺伝子である。SSLP1は、ウシ胚の栄養膜細胞に特有の二核細胞に特異的に発現する。
ASCL2は、Wnt標的転写因子であるachaete scute-like 2をコードする遺伝子である。
すなわち、上述した遺伝子は成熟した胚盤胞期胚以降において発現が上昇するマーカー遺伝子である。体外受精から10日後において、これら遺伝子のうち、1種以上の遺伝子が発現していることから、本実施形態のウシ胚は、体外受精から10日後において、成熟した胚盤胞期胚以降の胚を形成しているといえる。
IFNT is a gene encoding interferon tau, a pregnancy recognition factor. It is produced and secreted in trophoblast cells and has a period-specific expression pattern from the blastocyst stage to the time of implantation.
GJB1 is a gene encoding gap junction protein beta 1 (gap junction protein beta 1) protein, which is a transmembrane protein.
MYL3 is a gene encoding
ETS2 is a gene encoding ETS proto-
ID2 is a gene encoding differentiation
SSLP1 is a gene encoding the secreted seminal vesicle Ly6 protein, which is a member of the Ly-6/uPAR superfamily. SSLP1 is specifically expressed in binucleate cells, which are typical of bovine embryonic trophoblast cells.
ASCL2 is a gene encoding achaete scute-like 2, a Wnt target transcription factor.
That is, the above-mentioned genes are marker genes whose expression increases after the mature blastocyst stage embryo. Since one or more genes among these genes are expressed 10 days after in vitro fertilization, the bovine embryo of this embodiment is a mature blastocyst stage embryo or
また、本実施形態のウシ胚は、体外受精から10日後において、OCT4、NANOG、及びSOX2からなる群より選ばれる1種以上の遺伝子の発現量が、体外受精から8日後における同一遺伝子の発現量の、好ましくは1/10以下、より好ましくは1/100以下である。さらに好ましくは、体外受精から10日後において、上述した遺伝子のうちの1種以上の遺伝子の発現量が測定下限未満、すなわち、遺伝子が発現していない、或いは、発現がほとんど確認できない状態である。
すなわち、上述した遺伝子は、代表的な多能性関連遺伝子であり、いずれも成熟した胚盤胞期胚以降において発現が減少又は消失するマーカー遺伝子である。体外受精から10日後において、これら遺伝子のうち、1種以上の遺伝子の発現量が体外受精から8日後における同一遺伝子の発現量よりも低下していることから、本実施形態のウシ胚は、体外受精から10日後において、成熟した胚盤胞期胚以降の胚を形成しているといえる。
In addition, in the bovine embryo of this embodiment, the expression level of one or more genes selected from the group consisting of OCT4, NANOG, and
That is, the above-mentioned genes are typical pluripotency-related genes, and all of them are marker genes whose expression decreases or disappears after the mature blastocyst stage embryo. 10 days after in vitro fertilization, the expression level of one or more of these genes is lower than the expression level of the same gene 8 days after in vitro fertilization. Ten days after fertilization, it can be said that a mature blastocyst stage embryo or later embryo has been formed.
上記マーカー遺伝子の発現レベルは、免疫染色、FACS解析、定量PCR、RNAseq等の公知の方法を用いて分析することにより確認できる。 The expression level of the marker gene described above can be confirmed by analysis using known methods such as immunostaining, FACS analysis, quantitative PCR, and RNAseq.
本実施形態のウシ胚における上記遺伝子の発現プロファイルは、生体胚と類似している。一方で、後述する実施例(特に、図2C)に示すように、生体胚では受精から12日後において胚盤葉下層(Hypoblast)が形成されて明確に視認できるのに対して、本実施形態のウシ胚では、体外受精から14日後において胚盤葉下層(Hypoblast)が形成されており、胚盤葉下層(Hypoblast)の形成遅延がみられる。 The expression profile of the above genes in the bovine embryo of this embodiment is similar to that in a living embryo. On the other hand, as shown in Examples (particularly FIG. 2C) to be described later, in living embryos, the hypoblast is formed and clearly visible 12 days after fertilization, whereas in this embodiment, the hypoblast is formed and clearly visible. In bovine embryos, the hypoblast is formed 14 days after in vitro fertilization, and the formation of the hypoblast is delayed.
また、本実施形態のウシ胚を受胚牛に移植した際に着床能を有し、さらには、該ウシ胚由来の子牛が受胚牛において経膣的に出産できることから、本実施形態のウシ胚は個体形成能を有する。 In addition, when the bovine embryo of this embodiment is transplanted into a recipient cow, it has implantation ability, and furthermore, a calf derived from the bovine embryo can be delivered vaginally in the recipient cow. The bovine embryo has ontogenic potential.
本実施形態のウシ胚の作製方法は、特に限定されないが、例えば、上述したウシ胚の体外培養方法により得られる。 The method for producing the bovine embryo of this embodiment is not particularly limited, but it can be obtained, for example, by the above-mentioned in vitro culture method for bovine embryos.
≪ウシの生産方法≫
本実施形態のウシの生産方法は、上述したウシ胚の体外培養方法により得られるウシ胚を受胚牛に移植して受胎させる移植工程を含む。
≪Cow production method≫
The method for producing cattle of the present embodiment includes a step of transplanting a bovine embryo obtained by the above-described in vitro culture method of bovine embryos into a recipient cow to impregnate the cow.
本実施形態のウシの生産方法によれば、上述したウシ胚の体外培養方法により得られるウシ胚を用いることで、所望のウシの繁殖及び改良を容易に行うことができる。 According to the cow production method of the present embodiment, desired cows can be easily bred and improved by using bovine embryos obtained by the above-described in vitro culture method for bovine embryos.
次いで、本実施形態のウシの生産方法を構成する工程について、以下に詳細を説明する。 Next, the steps constituting the cow production method of this embodiment will be described in detail below.
<移植工程>
移植工程では、上述したウシ胚の体外培養方法により得られるウシ胚を受胚牛に移植して受胎させる。
<Transplanting process>
In the transplantation step, the bovine embryo obtained by the above-described in vitro culture method for bovine embryos is transplanted into a recipient cow to impregnate it.
受胚牛は、移植するウシ胚の日齢と排卵周期を同期することが好ましい。エストラジオール、性腺刺激ホルモン放出ホルモンGnRH等のホルモンやプロスタグランジンF2αを受胚牛に投与することで、排卵周期を調節することができる。また、排卵周期の同期の前に、予め受胚牛の排卵周期や子宮内を、超音波検査装置等を用いて検査しておいてもよい。
排卵周期の同期に用いられる薬剤や、ウシ胚は、例えば、膣内薬物放出装置(CIDR)等を使用して、受胚牛に投与することができる。
Preferably, the age of the bovine embryo to be transferred and the ovulation cycle of the recipient cow are synchronized. The ovulation cycle can be regulated by administering hormones such as estradiol, gonadotropin-releasing hormone GnRH, or prostaglandin F2α to the recipient cow. Further, before the synchronization of the ovulation cycle, the ovulation cycle and the inside of the uterus of the embryonic cow may be examined in advance using an ultrasonic examination device or the like.
The drugs used to synchronize the ovulation cycle and the bovine embryo can be administered to the recipient cow using, for example, an intravaginal drug release device (CIDR).
<選別工程>
本実施形態のウシの生産方法は、上記移植工程の前に、上述したウシ胚の体外培養方法により得られるウシ胚を選別する選別工程を更に含むことができる。
<Sorting process>
The bovine production method of the present embodiment can further include, before the transplantation step, a selection step of selecting bovine embryos obtained by the above-described in vitro culture method for bovine embryos.
従来の体外培養法で得られる未成熟の胚盤胞期胚は、細胞数が少なく、検査用に使用できる細胞数は15個程度が限界である。そのため、十分な量のDNAサンプルの回収が望めず、複数の遺伝子診断は困難であった。或いは、複数の遺伝子診断を行うためには、DNAの増幅が必須であり、精度に問題があった。 Immature blastocyst-stage embryos obtained by conventional in vitro culture methods have a small number of cells, and the maximum number of cells that can be used for testing is about 15. Therefore, it was not possible to collect a sufficient amount of DNA samples, making it difficult to conduct multiple genetic diagnoses. Alternatively, in order to perform multiple genetic diagnoses, DNA amplification is essential, which poses a problem in accuracy.
一方で、上述したウシ胚の体外培養方法により得られるウシ胚は、従来の体外培養法で得られる未成熟の胚盤胞期胚よりも細胞数が多いため、十分量のDNAサンプルの回収が可能となる。その結果、ウシ胚の性判別、各種遺伝子診断、肉質等のDNAマーカー解析等、複数の診断、解析が可能となる。また、複数の遺伝子診断を行うためにDNAの増幅も不要であるため、1段階で高精度の検査が可能となる。 On the other hand, the bovine embryo obtained by the above-mentioned in vitro culture method has a larger number of cells than the immature blastocyst stage embryo obtained by the conventional in vitro culture method, so it is difficult to collect a sufficient amount of DNA sample. It becomes possible. As a result, multiple diagnoses and analyzes such as determining the sex of bovine embryos, various genetic diagnoses, and analyzing DNA markers such as meat quality become possible. Furthermore, since DNA amplification is not required to perform multiple genetic diagnoses, highly accurate testing is possible in one step.
以上のことから、選別工程では、ウシ胚から十分量のDNAサンプルを回収して各種遺伝子診断等や、DNAマーカー解析を行い、その結果を踏まえて、所望の形質を有するウシ胚を選別して、上記移植工程に用いることができる。 Based on the above, in the selection process, a sufficient amount of DNA samples are collected from bovine embryos, various genetic diagnoses, etc. and DNA marker analysis are performed, and based on the results, bovine embryos with desired traits are selected. , can be used in the above-mentioned transplantation step.
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[実施例1]
ウシの組織化された胚発生を仲介する第1及び第2の細胞の系統分離の根底にある分化メカニズムを明らかにすることを目的として、“on-gel培養”と名付けた新規培養システムにより、ウシ胚における細胞の系統分離を評価した。
[Example 1]
With the aim of elucidating the differentiation mechanism underlying the lineage separation of primary and secondary cells that mediate organized embryonic development in cattle, we used a novel culture system named "on-gel culture" to Cell lineage segregation in bovine embryos was evaluated.
(原料及び方法)
1.ウシ胚の準備
ウシ卵母細胞の回収、体外卵母細胞の成熟、受精(IVF)、及びその後の胚盤胞期までの体外胚培養は、既報に従い実施した。具体的には、食肉処理場由来の卵巣から収集した卵丘細胞-卵母細胞複合体(COC)を、TCM-199培地(Thermo Fisher Scientific Inc.)で、38.5℃、空気中5%CO2の飽和水蒸気圧下で20~22時間培養した。In vitroで成熟した卵母細胞を、2.5 mMテオフィリン(和光純薬工業株式会社)及び7.5 μg/mLのヘパリンナトリウム塩(ナカライテスク株式会社)を含むブラケット及びオリファント(BO)培地に移した。続いて、凍結融解した精液をBO培地中で600×gで7分間遠心分離し洗浄した。精子を5×106 cells/mLの最終濃度となるようにCOCを含む液滴中に添加した。受精卵は、12時間のインキュベーション後にピペッティングによって卵子周囲の卵丘細胞を除去して、mSOFai培地中で5%(v/v)CO2及び5%(v/v)O2の飽和水蒸気下、38.5℃で8日間培養した。
(Raw materials and methods)
1. Preparation of bovine embryos Collection of bovine oocytes, in vitro oocyte maturation, fertilization (IVF), and subsequent in vitro embryo culture up to the blastocyst stage were performed as previously reported. Specifically, cumulus cell-oocyte complexes (COCs) collected from slaughterhouse-derived ovaries were grown in TCM-199 medium (Thermo Fisher Scientific Inc.) at 38.5°C in air with 5% CO2 . The cells were cultured for 20 to 22 hours under saturated water vapor pressure. Oocytes matured in vitro were transferred to Brackett and Oliphant (BO) medium containing 2.5 mM theophylline (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 7.5 μg/mL heparin sodium salt (Nacalai Tesque Co., Ltd.). Subsequently, the frozen and thawed semen was centrifuged and washed at 600×g for 7 minutes in BO medium. Sperm were added to the droplets containing COC to a final concentration of 5×10 6 cells/mL. Fertilized eggs were incubated in mSOFai medium under saturated water vapor with 5% (v/v) CO 2 and 5% (v/v) O 2 by removing the cumulus cells around the eggs by pipetting after 12 h incubation. , and cultured at 38.5°C for 8 days.
in vivoで生育した胚(生体胚)は、発情同期牛への人工授精後、10、12、及び14日目に加温したラクトリンガー溶液(日本全薬工業株式会社)で非外科的子宮灌流によって収集した。
Embryos grown in vivo (living embryos) were non-surgically perfused with warmed Lactlinger solution (Nippon Zenyaku Kogyo Co., Ltd.) on
2.RNA-seqのライブラリー調製
実体顕微鏡下でマイクロフェザーブレード(フェザー安全剃刀株式会社)を使用して、体外受精後8日目の(IVF D8)胚盤胞及びin vivoで生育した人工授精から14日目の胚(in vivo D14伸長胚)からそれぞれ内部細胞塊(ICM)及び胚盤部分を機械的に除去した。残りの栄養外胚葉(TE)サンプルのトータルRNAは、ReliaPrepTM RNA Cell Miniprep System(Promega)を製造元のプロトコールに従って使用して抽出した。
2. Library preparation for RNA-seq 14 days from in vitro fertilization (IVF D8) blastocysts and in vivo grown artificial insemination using a microfeather blade (Feather Safety Razor Co., Ltd.) under a stereomicroscope. The inner cell mass (ICM) and the scutellum were mechanically removed from each day-old embryo (in vivo D14 elongated embryo). Total RNA of the remaining trophectoderm (TE) samples was extracted using the ReliaPrep ™ RNA Cell Miniprep System (Promega) according to the manufacturer's protocol.
D8胚盤胞期胚からは20胚分、D14生体胚からは2胚分の機械的に単離されたTEを、1サンプル分としてRNA抽出に供した。合計で、100個のIVF D8及び10個のIVF D14胚盤胞をこの分析のために準備した。 TE mechanically isolated from 20 embryos from D8 blastocyst stage embryos and from 2 embryos from D14 living embryos was used as one sample for RNA extraction. In total, 100 IVF D8 and 10 IVF D14 blastocysts were prepared for this analysis.
グループあたり5つのRNAサンプルを200 pg/μLの濃度に調整し、SMARTer Ultra Low Input RNA Kit for Sequencing-v3(Takara Bio)を使用してcDNA合成用に調製した。増幅したcDNAを超音波処理によって200 bpの断片にし、Low Input Library Prep Kit(Takara Bio)を使用して処理した。構築されたライブラリーの品質を評価した後、cBot(Illumina)を使用してHiSeq SR FlowCellv3でクラスターを形成した。シークエンスは、HiSeq 2500(Illumina)を使用して、一方向から一度に50 bpを測定することにより実行した。 Five RNA samples per group were adjusted to a concentration of 200 pg/μL and prepared for cDNA synthesis using the SMARTer Ultra Low Input RNA Kit for Sequencing-v3 (Takara Bio). The amplified cDNA was fragmented into 200 bp fragments by sonication and processed using the Low Input Library Prep Kit (Takara Bio). After assessing the quality of the constructed libraries, clusters were formed on HiSeq SR FlowCellv3 using cBot (Illumina). Sequencing was performed using a HiSeq 2500 (Illumina) by measuring 50 bp at a time from one direction.
3.RNA-seqのバイオインフォマティクス分析
マッピングの前に、蛍光シグナルの補正、及びクオリティ値に基づくデータの品質確認を行い、アダプターシーケンスは削除した。シークエンスリードはウシリファレンスゲノム(ensembl UMD3.1)にマッピングした。マップされたシークエンスリード100万あたりのエクソンのキロベースあたりのリード(RPKM)値を計算し、発現解析に使用した。主成分分析は、中心スケールのRPKM値の特異値分解によって実行した。RPKM値が0より大きい転写産物は発現していると見なした。サンプルは、グループ平均法と距離測度としての1-ピアソン相関係数を使用して階層的にクラスター化した。差次的発現解析は、Rパッケージの一つであるedgeRで、発現が確認された転写産物に対して実行した。フィッシャーの直接確率検定のp値が0.01未満の転写産物は、サンプル間で差次的に発現したものと見なした。
3. Bioinformatics analysis of RNA-seq Before mapping, fluorescence signal correction and data quality confirmation based on quality values were performed, and adapter sequences were removed. Sequence reads were mapped to the bovine reference genome (ensembl UMD3.1). Reads per kilobase of exons per million mapped sequence reads (RPKM) values were calculated and used for expression analysis. Principal component analysis was performed by singular value decomposition of central scale RPKM values. Transcripts with RPKM values greater than 0 were considered expressed. Samples were hierarchically clustered using the group average method and the 1-Pearson correlation coefficient as the distance measure. Differential expression analysis was performed on transcripts whose expression was confirmed using edgeR, an R package. Transcripts with Fisher's exact test p-value less than 0.01 were considered differentially expressed between samples.
4.免疫染色及び共焦点顕微鏡
一次抗体としては、ヤギ抗OCT4抗体(希釈比率1:400、ab27985; Abcam)、ウサギ抗CDX2抗体(希釈比率1:200、ab76541; Abcam)、ウサギ抗SOX2抗体(希釈比率1:1500、ab92494; Abcam)、ヤギ抗-SOX17抗体(希釈比率1:1500、AF1924; R&D Systems)、及びウサギ抗NANOG抗体(希釈比率1:10000、500-P236; PeproTech)を用いた。二次抗体としては、AlexaFluor555ヤギ抗ウサギIgGポリクローナル抗体(ab150082; Thermo Fisher Scientific Inc.)及びAlexa Fluor488ロバ抗ヤギIgGH&L(ab150129:Abcam)を用いた。
4. Immunostaining and confocal microscopy Primary antibodies include goat anti-OCT4 antibody (dilution ratio 1:400, ab27985; Abcam), rabbit anti-CDX2 antibody (dilution ratio 1:200, ab76541; Abcam), rabbit anti-SOX2 antibody (dilution ratio 1:1500, ab92494; Abcam), goat anti-SOX17 antibody (dilution ratio 1:1500, AF1924; R&D Systems), and rabbit anti-NANOG antibody (dilution ratio 1:10000, 500-P236; PeproTech). As secondary antibodies, Alexa Fluor555 goat anti-rabbit IgG polyclonal antibody (ab150082; Thermo Fisher Scientific Inc.) and Alexa Fluor488 donkey anti-goat IgG H&L (ab150129: Abcam) were used.
胚盤胞期胚の透明帯は、0.05%(w/v)プロナーゼ(Sigma-Aldrich)を使用して除去した。胚は、4%(w/v)パラホルムアルデヒド(PFA;和光純薬工業)含有リン酸緩衝生理食塩水(PBS)で60分間、固定し、0.2%(v / v)TritonX-100含有PBSで60分間透過処理した。次に、0.01%(v/v)Tween20含有PBSで希釈したBlockingOne(1:5; Nacalai Tesque、Inc.)(ブロッキングバッファー)を使用して45分間ブロッキングを行った。なお、一次抗体反応時の温度とインキュベーション時間は、標的タンパク質によって変更し、具体的には、OCT4、SOX2、SOX17、NANOGでは4℃で一晩、CDX2では37℃で一晩とした。次に、胚を0.1%(v/v)Triton X-100及び0.3%(w/v)ウシ血清アルブミン(Sigma-Aldrich)含有PBSで5回(各10分)洗浄し、次いで、ブロッキングバッファーで希釈したそれぞれの二次抗体と共に室温で30分間インキュベートした。核は、0.2%(w/v)ポリビニルアルコール含有PBSで調製された25 mg/mLのHoechst33342(Sigma-Aldrich)で対比染色した。蛍光シグナルは、TCS SP5II共焦点レーザー走査型顕微鏡(Leica)を使用して視覚化した。特定のタンパク質陽性細胞数は、各胚を1つのサンプルと見なした蛍光画像に基づいて割球を手動でカウントすることによって決定した。各細胞カウントにおいて、胚は2~5回の個別の実験から収集した。 The zona pellucida of blastocyst stage embryos was removed using 0.05% (w/v) pronase (Sigma-Aldrich). Embryos were fixed for 60 min in phosphate-buffered saline (PBS) containing 4% (w/v) paraformaldehyde (PFA; Wako Pure Chemical Industries) and then in PBS containing 0.2% (v/v) TritonX-100. Permeabilized for 60 minutes. Blocking was then performed for 45 min using BlockingOne (1:5; Nacalai Tesque, Inc.) (blocking buffer) diluted in PBS containing 0.01% (v/v) Tween20. The temperature and incubation time during the primary antibody reaction were changed depending on the target protein; specifically, OCT4, SOX2, SOX17, and NANOG were incubated at 4°C overnight, and CDX2 was incubated at 37°C overnight. Embryos were then washed five times (10 min each) with PBS containing 0.1% (v/v) Triton X-100 and 0.3% (w/v) bovine serum albumin (Sigma-Aldrich), followed by blocking buffer. Incubated with diluted respective secondary antibodies for 30 minutes at room temperature. Nuclei were counterstained with 25 mg/mL Hoechst33342 (Sigma-Aldrich) prepared in PBS containing 0.2% (w/v) polyvinyl alcohol. Fluorescent signals were visualized using a TCS SP5II confocal laser scanning microscope (Leica). The number of specific protein-positive cells was determined by manual counting of blastomeres based on fluorescence images, considering each embryo as one sample. For each cell count, embryos were collected from 2-5 separate experiments.
5.胚盤胞期後のウシ胚のin vitro培養(on-gel培養)
アガロースゲルでの胚盤胞期胚培養(on-gel培養)は、精巣組織の器官培養に着目した以前の研究に基づいて行った。具体的には、アガロース粉末(Agarose S、同仁化学研究所)を再蒸留水で1.5%(w/v)の濃度に希釈し、オートクレーブにかけた。ゲルを10cmの皿に注ぎ、室温で固化させた後、10 mm×10 mm×5 mmのゲル片を切り出した。切り出したゲルを4ウェルディッシュ(Thermo Fisher Scientific Inc.)に入れた。次いで、30%(v/v)ノックアウト血清代替物(KSR、Thermo Fisher Scientific Inc.)、1×非必須アミノ酸(Sigma Aldrich Japan)、1×必須アミノ酸(Sigma-Aldrich)、及び1×インスリン-トランスフェリン-セレン溶液(Thermo Fisher Scientific Inc.)を添加した0.5mLの培地(RPMI1640、富士フィルム和光純薬株式会社)を各ウェルに添加し、38.5℃で一晩インキュベートした。次に、使用した培地を、同一の新鮮な培地と交換し、ゲルをその約半分の高さまで浸漬した。IVF D8胚盤胞期胚を培地で数回洗浄し、ガラスピペットを使用して少量の培地でゲル片の表面に配置した(図2)。5~6個の胚盤胞期胚を個々のゲル片に置き、その後の培養は5%(v/v)CO2の飽和水蒸気下で38.5℃で行った。培養開始直後は、胚盤胞期胚は配置中に導入された培地に囲まれていた。しかし、この余分な培地がゲルに吸収されると、胚盤胞期胚は気相と液相の両方にさらされるようになった。胚の光学顕微鏡写真は、DMi8顕微鏡(Leica)を使用して取得した。
5. In vitro culture of bovine embryos after the blastocyst stage (on-gel culture)
Blastocyst-stage embryo culture in agarose gel (on-gel culture) was based on previous work focusing on organ culture of testicular tissue. Specifically, agarose powder (Agarose S, Dojindo Laboratories) was diluted with double distilled water to a concentration of 1.5% (w/v) and autoclaved. After pouring the gel into a 10 cm dish and allowing it to solidify at room temperature, gel pieces measuring 10 mm × 10 mm × 5 mm were cut out. The cut out gel was placed in a 4-well dish (Thermo Fisher Scientific Inc.). Then, 30% (v/v) knockout serum replacement (KSR, Thermo Fisher Scientific Inc.), 1× non-essential amino acids (Sigma Aldrich Japan), 1× essential amino acids (Sigma-Aldrich), and 1× insulin-transferrin - 0.5 mL of medium (RPMI1640, Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) supplemented with selenium solution (Thermo Fisher Scientific Inc.) was added to each well and incubated overnight at 38.5°C. The used medium was then replaced with the same fresh medium and the gel was immersed to about half its height. IVF D8 blastocyst stage embryos were washed several times with medium and placed on the surface of gel pieces with a small amount of medium using a glass pipette (Figure 2). Five to six blastocyst-stage embryos were placed on individual gel pieces, and subsequent culture was performed at 38.5°C under saturated steam with 5% (v/v) CO2 . Immediately after the start of culture, the blastocyst-stage embryos were surrounded by the medium introduced during placement. However, once this extra medium was absorbed into the gel, the blastocyst-stage embryos were now exposed to both gas and liquid phases. Light micrographs of embryos were obtained using a DMi8 microscope (Leica).
6.生存分析
さまざまな条件での胚の生存率は、カプランマイヤー法を用いて生存曲線として表し、ログランク検定を使用してグループ間で有意な差があるかどうか分析した。実体顕微鏡を用いて調べた形態学的外観に基づいて胚の死を判断した。各条件下で3つの独立した実験を実施し、各条件に付き5~6個の胚を供試した。
6. Survival analysis The survival rates of embryos in different conditions were expressed as survival curves using the Kaplan-Meier method and analyzed for significant differences between groups using the log-rank test. Embryonic death was determined based on morphological appearance examined using a stereomicroscope. Three independent experiments were performed under each condition, with 5-6 embryos tested for each condition.
7.胚移植
代理母への胚移植は、既報に従い行なった。具体的には、人工授精の7日前から北海道大学のレシピエントホルスタイン牛に、プロゲステロン放出デバイス(CIDR; InterAg)を膣内留置することで新たな卵胞発育の開始を阻止し、デバイスの挿入時と抜去時にそれぞれ2 mgの安息香酸エストラジオールと25 mgのジノプロストを投与した。D10 on-gel胚は、排卵後のD9で同期したレシピエントの排卵した側の子宮角に移植した。合計7個のD10胚が5頭の個別のレシピエントに移植された。最初の2回の移植では、2つの胚が各レシピエントの排卵した側の子宮角に移植された。移植日に再びCIDRが挿入され、2週間後に抜去された。超音波検査(5 MHz、HS101V、Honda Electronics)によって妊娠が診断された。
7. Embryo transfer Embryo transfer to the surrogate mother was performed according to previously reported information. Specifically, a progesterone-releasing device (CIDR; InterAg) is placed in the vagina of recipient Holstein cows at Hokkaido University for 7 days before artificial insemination to prevent the start of new follicular development, and to prevent the onset of new follicle development. At the time of extraction, 2 mg of estradiol benzoate and 25 mg of dinoprost were administered, respectively. D10 on-gel embryos were transferred into the ovulated uterine horn of synchronized recipients at D9 after ovulation. A total of 7 D10 embryos were transferred to 5 separate recipients. In the first two transfers, two embryos were transferred into each recipient's uterine horn on the ovulated side. The CIDR was reinserted on the day of transplantation and removed 2 weeks later. Pregnancy was diagnosed by ultrasound (5 MHz, HS101V, Honda Electronics).
8.定量PCR(qPCR)
全RNA抽出、cDNA合成、及びその後のPCR分析は、既報に従って実施した。胚のTE部分を実体顕微鏡下で機械的に単離した。20個の胚盤胞期胚、5個のD10 on-gel培養胚、及び2個のD14 on-gel培養胚から単離したTEをプールし、ReliaPrep RNA細胞抽出キット(Promega)を使用して、製造元のプロトコールに従ってRNAを抽出した。
D10 on-gel培養胚とin vivo由来胚の遺伝子発現比較のために(図4G)、サンプルごとに1つの胚からTE部分を抽出した。青森県産業技術センター畜産研究所で人工授精を行ってから10日後に、非外科的子宮灌流によりin vivo由来の胚を回収した。
8. Quantitative PCR (qPCR)
Total RNA extraction, cDNA synthesis, and subsequent PCR analysis were performed as previously reported. The TE part of the embryo was mechanically isolated under a stereomicroscope. TE isolated from 20 blastocyst-stage embryos, 5 D10 on-gel cultured embryos, and 2 D14 on-gel cultured embryos were pooled and extracted using the ReliaPrep RNA Cell Extraction Kit (Promega). , RNA was extracted according to the manufacturer's protocol.
For gene expression comparison between D10 on-gel cultured embryos and in vivo-derived embryos (Fig. 4G), the TE region was extracted from one embryo for each sample. Ten days after artificial insemination at the Aomori Prefectural Industrial Technology Center Livestock Research Institute, in vivo-derived embryos were collected by non-surgical uterine perfusion.
3回の実験でサンプルを採取し、溶解バッファーで溶解し、cDNA合成まで-80℃で保存した。cDNAは、ReverTra Ace qPCRマスターミックス(東洋紡)を使用して合成した。THUNDERBIRD SYBR qPCR Mix(東洋紡)を使用して反応混合物を調製した後、qPCRを実施した。qPCR分析に使用されるプライマーセットを表1に示す。 Samples were collected in triplicate experiments, lysed in lysis buffer, and stored at −80°C until cDNA synthesis. cDNA was synthesized using ReverTra Ace qPCR master mix (Toyobo). qPCR was performed after preparing a reaction mixture using THUNDERBIRD SYBR qPCR Mix (Toyobo). Primer sets used for qPCR analysis are shown in Table 1.
サーマルサイクリング条件は、95℃で30秒間の1サイクル(変性)、続いて95℃で10秒間の50サイクル(変性)、各プライマーセットに対応するアニーリング温度で15秒間(プライマーアニーリング)、及び72℃で30秒間(延長)であった。相対的なmRNA存在量は、各サンプルの参照遺伝子としてYWHAZ(チロシン3-モノオキシゲナーゼ/トリプトファン5-モノオキシゲナーゼ活性化タンパク質ゼータ)、GAPDH(グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ)、及びACTB(アクチンベータ)の幾何平均を使用して、ΔΔCt法によって計算した。結果は、単一のqPCR反応における各グループの3~6回の生物学的複製の平均として表した。 Thermal cycling conditions were 1 cycle of 30 seconds at 95°C (denaturation), followed by 50 cycles of 10 seconds at 95°C (denaturation), 15 seconds at the annealing temperature corresponding to each primer set (primer annealing), and 72°C. It was 30 seconds (extended). Relative mRNA abundance was calculated using YWHAZ (tyrosine 3-monooxygenase/tryptophan 5-monooxygenase activating protein zeta), GAPDH (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase), and ACTB (actin Calculated by the ΔΔCt method using the geometric mean of β). Results were expressed as the average of 3 to 6 biological replicates for each group in a single qPCR reaction.
9.異なるO2濃度下でのon-gel培養
on-gel培養ゲル中のO2濃度に関係なく、胚盤胞期までの胚培養は5%O2下で実施した。
on-gel培養は、21%O2及び5%CO2(21%O2グループ)、又は、5%O2及び5%CO2(5%O2グループ)の下で行われ、生物学的特性に対するさまざまなO2濃度の影響を調べた。
9. On-gel culture under different O2 concentrations
On-gel culture Regardless of the O2 concentration in the gel, embryo culture up to the blastocyst stage was performed under 5% O2 .
On-gel culture was performed under 21% O 2 and 5% CO 2 (21% O 2 group) or 5% O 2 and 5% CO 2 (5% O 2 group), and biological The effects of different O 2 concentrations on the properties were investigated.
10.ROCK阻害剤処理
100 μMのY27632(ENZO Life Sciences)又は同等量のDMSOをon-gel培養中の培地に添加して、ROCKシグナル伝達を阻害した。
10. ROCK inhibitor treatment
100 μM Y27632 (ENZO Life Sciences) or equivalent amount of DMSO was added to the medium during on-gel culture to inhibit ROCK signaling.
11.自己組織化マップ(SOM)
転写因子のSOMは、RパッケージのKohonenを使用して示した。遺伝子オントロジー(GO)データベースで「転写因子」という用語で注釈が付けられた遺伝子は、この分析では転写因子と見なした。
11. Self-organizing map (SOM)
SOMs of transcription factors were shown using the R package Kohonen. Genes annotated with the term “transcription factor” in the Gene Ontology (GO) database were considered transcription factors in this analysis.
12.GO term解析
GOを使用した転写産物の機能アノテーションは、Ingenuity Pathway Analysis(Qiagen)によって実行した。2つの異なる統計分析である、遺伝子セット濃縮分析(GSEA)及び超幾何分布テスト(HyperG)を実施して、D8サンプルとD14サンプルの間で差次的に発現する遺伝子が豊富なGO termを特定した。GSEAでは、D8サンプルとD14サンプル間の発現の変化に基づいて、上述のように各転写産物の発現値を計算した。同じGO termで注釈が付けられた遺伝子の各セットについて、元の検定統計量は、アップレギュレートされた遺伝子の発現値(D8サンプルよりもD14サンプルで3倍以上発現された転写産物、p <0.01 )の合計をセットのサイズの平方根で割った商として計算された。GO termアノテーションに関係なく、アップレギュレートされた遺伝子セットからランダムに抽出された同数の遺伝子に対して同じ手順を実行し、得られた値を元の検定統計量と比較した。この比較はすべての組み合わせに対して実行され、Upper tailは、元の検定統計量よりも合計の組み合わせの数だけ大きい検定統計量を持つ組み合わせの数の商として定義した。0.01未満のUpper tailは統計的に有意であると見なした。
12. GO term analysis
Functional annotation of transcripts using GO was performed by Ingenuity Pathway Analysis (Qiagen). Two different statistical analyses, Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) and Hypergeometric Distribution Test (HyperG) were performed to identify GO terms enriched in differentially expressed genes between D8 and D14 samples. did. For GSEA, expression values for each transcript were calculated as described above based on the change in expression between D8 and D14 samples. For each set of genes annotated with the same GO term, the original test statistic is the expression value of the upregulated genes (transcripts expressed 3 times more in D14 samples than in D8 samples, p < 0.01) divided by the square root of the size of the set. The same procedure was performed on the same number of randomly sampled genes from the upregulated gene set, regardless of GO term annotation, and the resulting values were compared with the original test statistic. This comparison was performed for all combinations, and the upper tail was defined as the quotient of the number of combinations with a test statistic that is the total number of combinations greater than the original test statistic. Upper tails less than 0.01 were considered statistically significant.
HyperGでははじめに、発現が確認された全転写産物、及びアップレギュレートされた遺伝子、という二つのグループでそれぞれ別々に各GO termの出現頻度を計算した。2つのグループが同じサイズであると仮定した場合に、全転写産物グループより、アップレギュレートされた遺伝子グループにおいて高い出現頻度を持つGO termは、アップレギュレートされた遺伝子を豊富であると見なした。HyperG分析は、既報に従い実行した。 In HyperG, we first calculated the frequency of each GO term separately in two groups: all transcripts whose expression was confirmed and up-regulated genes. A GO term that has a higher frequency of occurrence in the upregulated gene group than in the total transcript group, assuming the two groups are of the same size, considers the upregulated gene to be enriched. did. HyperG analysis was performed as previously reported.
13.光学顕微鏡及び透過型電子顕微鏡用の半超薄及び超薄切片の準備
胚は、2.5 %グルタルアルデヒド含有0.1 Mリン酸緩衝液(PB)(pH 7.4)を用いて、4℃で2時間固定した。PBで3回洗浄した後、サンプルを1%(w/v)OsO4含有0.1 M PBを用いて4℃で2時間さらに固定し、再度PBで3回洗浄した。サンプルを一連の段階的エタノールに浸すことによって脱水した。メチルオキシランを使用してエタノールを除去し、サンプルをEpon溶液に包埋し、連続的に切片化して半薄切片(厚さ1μm)を形成した。次に、これらの切片を0.3%塩基性トルイジンブルーで染色し、光学顕微鏡(DMi8、Leica)を使用して観察した。Eponで包埋されたサンプルを80nmの厚さにスライスし、JEM-2100(JEOL Ltd.)を使用して透過電子顕微鏡イメージングのために観察した。
13. Preparation of semi-ultrathin and ultrathin sections for light and transmission electron microscopy Embryos were fixed for 2 h at 4 °C using 0.1 M phosphate buffer (PB) containing 2.5% glutaraldehyde (pH 7.4). . After washing three times with PB, the samples were further fixed using 0.1 M PB containing 1% (w/v) OsO 4 at 4° C. for 2 hours and washed again three times with PB. Samples were dehydrated by immersion in a graded series of ethanols. Ethanol was removed using methyloxirane, and samples were embedded in Epon solution and serially sectioned to form semithin sections (1 μm thick). These sections were then stained with 0.3% basic toluidine blue and observed using a light microscope (DMi8, Leica). Epon-embedded samples were sliced to 80 nm thickness and observed for transmission electron microscopy imaging using JEM-2100 (JEOL Ltd.).
14.統計分析
qPCR分析のデータは、平均±平均の標準誤差(SEM)として表した。D8、D10、及びD14 TEサンプルの相対的な遺伝子発現レベルに関するデータの有意差(図4F)は、D8とD10、及びD8とD14の胚サンプルを比較した結果である。ダネットの検定を使用してデータを統計的に分析し、分析にはRソフトウェアを使用した。0.05未満のp値は統計的に有意であると見なした。
14. statistical analysis
Data from qPCR analysis were expressed as mean ± standard error of the mean (SEM). Significant differences in the data regarding the relative gene expression levels of D8, D10, and D14 TE samples (Fig. 4F) are a result of comparing D8 and D10 and D8 and D14 embryo samples. Data were statistically analyzed using Dunnett's test and R software was used for analysis. A p value less than 0.05 was considered statistically significant.
(結果)
1.on-gel培養による胚盤胞期以降の胚の発生
マウスやヒトの胚とは異なり、ウシ胚の胚盤胞発生後の発達を維持するための信頼できる培養方法はまだ確立されていない。したがって、胚盤胞期以降の系統分離の正確な時間経過を評価するために、on-gel培養を開発した(図2A)。具体的には、胚盤胞期胚は、最適化された培地で満たされた長方形のアガロースゲル上で培養され、培養期間中に気相と液相の両方にさらされた(図2A及び上記「5.胚盤胞期後のウシ胚のin vitro培養(on-gel培養)」を参照)。on-gel培養された胚盤胞期胚は、胚盤胞期以降の生存確率の向上を示し、肉眼的形態及び細胞増殖能に関して、それらのin vivo対応胚との顕著な類似性を示した(図、省略)。
(result)
1. Development of embryos beyond the blastocyst stage using on-gel culture Unlike mouse and human embryos, reliable culture methods for maintaining post-blastocyst development of bovine embryos have not yet been established. Therefore, to assess the precise time course of lineage segregation after the blastocyst stage, we developed an on-gel culture (Fig. 2A). Specifically, blastocyst-stage embryos were cultured on rectangular agarose gels filled with optimized medium and exposed to both gas and liquid phases during the culture period (Fig. 2A and above). (See "5. In vitro culture of bovine embryos after the blastocyst stage (on-gel culture)"). On-gel cultured blastocyst-stage embryos showed an improved probability of survival beyond the blastocyst stage and showed remarkable similarities with their in vivo counterparts in terms of macroscopic morphology and cell proliferation capacity. (Figure omitted).
さらに、胚移植試験を使用して、on-gel培養胚の発生の完全性を確認した。5回の移植試験のうち最初の2回では、2つの胚を各レシピエントの黄体側の子宮角に移植した。これらの移植では、レシピエントのうち1頭が1つの胚に由来する受胎産物を妊娠していた。この胚は、エコー診断によると少なくとも妊娠42日目に達したが、満期の発達を完了することができなかった。一方、他の3回の移植では、レシピエントごとに1つの胚を移植し、そのうち2回ではエコーにより妊娠が確認された。これら移植胚は2021年8月17日の妊娠241日の時点でまだ生存していた(図2B;図2B中、矢印は、心拍のある胎児を示している)。 Additionally, an embryo transfer test was used to confirm the developmental integrity of the on-gel cultured embryos. In the first two of five transfer trials, two embryos were transferred into the luteal uterine horn of each recipient. In these transfers, one of the recipients was pregnant with a conceptus derived from one embryo. The embryo reached at least day 42 of gestation according to echocardiography, but was unable to complete full-term development. Meanwhile, the other three transfers involved one embryo per recipient, and in two of them pregnancy was confirmed by ultrasound. These transplanted embryos were still alive on August 17, 2021, day 241 of pregnancy (Figure 2B; in Figure 2B, the arrow indicates a fetus with a heartbeat).
さらに、胚盤葉層の形成を、切片イメージングと胚盤葉マーカーのqPCRの両方によって確認した(切片イメージングではn=2胚;図2C;矢印は栄養胚葉(trophoblast)層を示し、矢頭は胚盤葉下(Hypoblast)層を示す)。in vivo由来胚と比較してon-gel培養胚の発達が遅れたため、胚盤葉下層は、in vivo由来胚ではっきりと見えたが、D12のon-gel培養胚ではほとんど観察されなかった。D14胚は、栄養膜層全体を裏打ちする別個の胚盤葉下層を確立し、on-gel培養システムの有効性を強調した。on-gel培養胚のEpi細胞(他の胚細胞よりも酸化ストレスに敏感である)数は、D10の後に減少した(図、省略)。 Furthermore, the formation of the blastoderm layer was confirmed by both section imaging and qPCR of blastoderm markers (n=2 embryos for section imaging; Figure 2C; arrows indicate the trophoblast layer; arrowheads indicate the embryonic Showing the Hypoblast layer). Due to the delayed development of on-gel cultured embryos compared to in vivo-derived embryos, the subblast layer was clearly visible in in vivo-derived embryos, but was hardly observed in on-gel cultured embryos at D12. D14 embryos established a distinct hypoblast lining the entire trophoblast layer, highlighting the effectiveness of the on-gel culture system. The number of Epi cells (which are more sensitive to oxidative stress than other embryonic cells) in on-gel cultured embryos decreased after D10 (figure omitted).
長期培養におけるEpi細胞数の減少を防ぐため、正常酸素分圧(空気に相当:21%O2)ではなく、低酸素分圧(5%O2)でon-gel培養を行った。生存確率、D12の総細胞数、さらにはD12のSOX2陽性細胞の数が、正常酸素条件下で培養された胚と比較して、低酸素条件下で培養された胚で有意に増強された(図2D)。
同様に、低酸素条件下でのon-gel培養により、胚はマーカータンパク質の局在パターンに関してin vivoの対応胚との高度な類似性を示した(各条件でn=3胚;図2D)。
In order to prevent a decrease in the number of Epi cells during long-term culture, on-gel culture was performed at low oxygen partial pressure (5% O 2 ) rather than normoxic partial pressure (equivalent to air: 21% O 2 ). The survival probability, total cell number at D12, and even the number of SOX2-positive cells at D12 were significantly enhanced in embryos cultured under hypoxic conditions compared to embryos cultured under normoxic conditions ( Figure 2D).
Similarly, on-gel culture under hypoxic conditions showed that embryos showed a high degree of similarity to their in vivo counterparts in terms of marker protein localization patterns (n=3 embryos in each condition; Figure 2D). .
2.ウシ胚盤胞期胚における3つの細胞系統への分離
次に、胚盤胞期以降の細胞系統の分離を、on-gel培養胚を使用して検討した。免疫染色により、OCT4発現がD8.5からのTE細胞で急速にダウンレギュレーションされたことが明らかになった(D8.5、D9.0、及びD9.5のそれぞれn=6、9、及び10胚;図3A及び図3B)。
TE細胞におけるOCT4発現は、D9.5ではほとんど観察されなくなった。OCT4及びCDX2のこれらの排他的な発現パターンは、最初の細胞系統分離の確立を示唆した(図3A及び図3B))。
2. Separation into three cell lines in a bovine blastocyst stage embryo Next, the separation of cell lines after the blastocyst stage was investigated using on-gel cultured embryos. Immunostaining revealed that OCT4 expression was rapidly downregulated in TE cells from D8.5 (n=6, 9, and 10 for D8.5, D9.0, and D9.5, respectively). Embryos; Figures 3A and 3B).
OCT4 expression in TE cells was almost no longer observed at D9.5. These exclusive expression patterns of OCT4 and CDX2 suggested the establishment of an initial cell lineage separation (Figures 3A and 3B).
一方、ICM細胞のSOX2とSOX17は、D8.5から割球間で別々の発現を示し始め、D9で非常に排他的となったが、SOX2陽性細胞とSOX17陽性細胞はそれぞれICM内でランダムな空間的配置を示した(図3C)。その後、SOX17陽性PrE細胞は、in vivo由来胚と同様に卵割腔沿って整列し(図3C~図3E)、EpiとPrEの空間的分離がD10までに完了したことを示しており、以前の研究の結果と一致した。
したがって、Epi及びPrE前駆細胞のこれらの観察結果は、ウシ胚における第2の細胞系統分離が、マウス胚におけるものと同様に、ICM内の“Salt and Pepper”分布によって進行したという最初の実証を提供した。
On the other hand, SOX2 and SOX17 in ICM cells started to show separate expression between blastomeres from D8.5 and became very exclusive at D9, but SOX2-positive cells and SOX17-positive cells each showed random expression within ICM. The spatial arrangement is shown (Fig. 3C). Thereafter, SOX17-positive PrE cells aligned along the blastocoel (Figures 3C to 3E), similar to in vivo-derived embryos, indicating that the spatial separation of Epi and PrE was completed by D10, as previously reported. This was consistent with the results of the study.
These observations of Epi and PrE progenitors therefore provide the first demonstration that second cell lineage segregation in bovine embryos proceeded by a “Salt and Pepper” distribution within the ICM, similar to that in mouse embryos. provided.
次に、特異的阻害剤Y27632を使用して、マウス胚盤胞期胚においてICM形態を調節するRho関連キナーゼ(ROCK)活性を低下させることにより、ウシ胚におけるEpiとPrEの分離プロセスを調節するメカニズムを調査した。
DMSOで処理されたコントロールでは、SOX2陽性のEpi細胞及びSOX17陽性のPrE細胞がICM領域内に密集していた(n=毎日3個の胚;図3F)。対照的に、Y27632で処理された胚のSOX2及びSOX17陽性細胞は、D9.0でICM領域から逸脱し始め、その後、D10で胚全体に広がった(毎日n=5胚;図3F)。一方で、SOX2とSOX17の発現強化は、Y27632処理下でも継続し、D10でのSOX2とSOX17の相互に排他的な発現をもたらした(図3F)。
We then use the specific inhibitor Y27632 to modulate the separation process of Epi and PrE in bovine embryos by reducing Rho-associated kinase (ROCK) activity that regulates ICM morphology in mouse blastocyst-stage embryos. The mechanism was investigated.
In controls treated with DMSO, SOX2-positive Epi cells and SOX17-positive PrE cells were clustered within the ICM region (n = 3 embryos daily; Fig. 3F). In contrast, SOX2- and SOX17-positive cells in Y27632-treated embryos began to deviate from the ICM region at D9.0 and then spread throughout the embryo at D10 (n=5 embryos each day; Fig. 3F). On the other hand, the enhanced expression of SOX2 and SOX17 continued under Y27632 treatment, resulting in mutually exclusive expression of SOX2 and SOX17 at D10 (Fig. 3F).
これらの結果は、ROCKシグナル伝達の阻害が、胚内のICM細胞の空間分布を破壊したが、Epi及びPrE系統に対するICM細胞の運命制限に影響を与えなかったことを示した。 These results showed that inhibition of ROCK signaling disrupted the spatial distribution of ICM cells within the embryo but did not affect the fate restriction of ICM cells to Epi and PrE lineages.
3.栄養膜細胞の成熟
ウシの栄養膜の成熟は、第1及び第2の細胞系統の分離中に発生し、微小絨毛の発達、二核細胞の出現、ギャップ結合の形成等の明確な形態学的特徴によって認識される。しかしながら、栄養膜の成熟に伴うトランスクリプトームの変化はまだ解明されておらず、胚盤胞期以降のウシ胚発生の基本的な理解を妨げている。
3. Maturation of the bovine trophoblast occurs during the separation of the first and second cell lineages, with distinct morphological features such as microvilli development, appearance of binucleated cells, and gap junction formation. Recognized by characteristics. However, the changes in the transcriptome associated with trophoblast maturation have not yet been elucidated, hindering a fundamental understanding of bovine embryonic development beyond the blastocyst stage.
代表的な多能性マーカーの発現レベルは、D14 TE細胞で大幅にダウンレギュレーションされた(図4A)。転写因子の発現のみに基づいて作成されたSOMは、D14 TEがD8 TEとはまったく異なる転写ネットワークを獲得したことを示唆した(図4B)。栄養膜細胞の機能的特徴づけは、アップレギュレートされた遺伝子を多く含むGO-termを検出する、2種類のGO分析、HyperGとGSEAにより行った(図4C)。HyperGは、リストに含まれる遺伝子の数に基づいて検定統計量を算出したが、GSEAは、各遺伝子の発現量値に基づいて検定統計量を算出した(図4C)。両解析ともに有意と判断された唯一のGO-termは「細胞外空間」であり、D14 TEでの細胞内コミュニケーションの強化を示した(図4C)。 The expression levels of representative pluripotency markers were significantly downregulated in D14 TE cells (Fig. 4A). SOMs created based solely on transcription factor expression suggested that D14 TEs had acquired a completely different transcriptional network than D8 TEs (Fig. 4B). Functional characterization of trophoblast cells was performed using two types of GO analysis, HyperG and GSEA, which detect GO-terms enriched with upregulated genes (Figure 4C). HyperG calculated test statistics based on the number of genes included in the list, whereas GSEA calculated test statistics based on the expression level value of each gene (Figure 4C). The only GO-term judged to be significant in both analyzes was "extracellular space", indicating enhanced intracellular communication at D14 TE (Fig. 4C).
これらの結果に基づいて、細胞外空間での相互作用を伴うリガンド及び受容体遺伝子の発現の変化を調べた。特に、Wnt、FGF、及びVEGFのシグナル伝達経路は、哺乳類の着床前及び妊娠初期の発生に関与しているため、これらの経路に焦点を当てた。
RPKMの変化を示すヒートマップは、Wnt遺伝子の中で、Wnt11がD14 TEで有意にアップレギュレートされたことを示した(図4D)。 Wnt5b及びWnt6の高発現にみられるように、「非古典的な」Wntシグナル伝達が、マウスの場合と同様に、ウシの妊娠維持に重要である可能性が示された(図4D)。FGFR1、FGFR2、及びVEGFR1を含む受容体遺伝子のアップレギュレーションは、成熟栄養膜細胞におけるFGF及びVEGFシグナル伝達の役割を示唆した(図4D)。
Based on these results, we investigated changes in ligand and receptor gene expression that accompany interactions in the extracellular space. In particular, we focused on the Wnt, FGF, and VEGF signaling pathways because they are involved in mammalian preimplantation and early pregnancy development.
A heat map showing the changes in RPKM showed that among Wnt genes, Wnt11 was significantly upregulated at D14 TE (Fig. 4D). As seen in the high expression of Wnt5b and Wnt6, it was shown that "non-classical" Wnt signaling may be important for the maintenance of pregnancy in cows, similar to that in mice (FIG. 4D). Upregulation of receptor genes including FGFR1, FGFR2, and VEGFR1 suggested a role for FGF and VEGF signaling in mature trophoblast cells (Fig. 4D).
on-gel培養胚に由来するTEは、ギャップ結合の形成や二核細胞等の明確な成熟特性の発現により、in vitroで栄養膜の成熟を調べるための好ましいモデルとなる可能性がある(図4E;図4E中、矢印は核膜を示し、矢頭は濃縮クロマチンを示す)。実際、RNA-seqに示されているように、TE成熟中のいくつかのアップレギュレートされた遺伝子の発現は、胚がon-gel培養された場合にのみD10で誘導され、液滴培養法では誘導されなかった(図、省略)。 TEs derived from on-gel cultured embryos may be a preferred model for investigating trophoblast maturation in vitro due to the expression of distinct maturational characteristics such as gap junction formation and binucleated cells (Fig. 4E; in FIG. 4E, the arrow indicates the nuclear membrane and the arrowhead indicates condensed chromatin). Indeed, as shown by RNA-seq, the expression of several upregulated genes during TE maturation was induced at D10 only when embryos were cultured on-gel and using droplet culture. was not induced (figure omitted).
また、on-gel培養胚に由来するTEのqPCR分析は、TEにおける多能性マーカーOCT4及びSOX2の発現がD10で劇的にダウンレギュレーションされたことを明らかにし、TEにおける分化多能性がD10の時点で事実上喪失したことを示唆した(図4F)。これは、図3Aの免疫蛍光観察と一致している。成熟TEの特性(ギャップ結合形成にはGJB1、ミオシンクロスブリッジにはMYL3、二核細胞形成にはSSLP1、広範な細胞増殖にはASCL2)を細胞に与えると推定される遺伝子の発現がD10から検出され、D14のon-gel培養胚で劇的にアップレギュレートされた(図4F)。転写因子ETS2とID2は、マウスTEの着床後の発達に関与しており、D14のon-gel培養胚でアップレギュレートされた(図4F)。注目すべきことに、反芻動物特有の母体認識因子である、ETS2の下流標的の1つであるIFNTは、D14胚でアップレギュレートされた(図4F)。 Additionally, qPCR analysis of TEs derived from on-gel cultured embryos revealed that the expression of pluripotency markers OCT4 and SOX2 in TEs was dramatically down-regulated at D10, indicating that pluripotency in TEs was dramatically downregulated at D10. It was suggested that it was virtually lost at the time point (Fig. 4F). This is consistent with the immunofluorescence observation in Figure 3A. Expression of genes predicted to endow cells with properties of mature TEs (GJB1 for gap junction formation, MYL3 for myosin crossbridge, SSLP1 for binucleate formation, and ASCL2 for extensive cell proliferation) was detected from D10. and was dramatically upregulated in D14 on-gel cultured embryos (Fig. 4F). The transcription factors ETS2 and ID2 are involved in the post-implantation development of mouse TE and were upregulated in on-gel cultured embryos at D14 (Fig. 4F). Remarkably, IFNT, one of the downstream targets of ETS2, a ruminant-specific maternal recognition factor, was upregulated in D14 embryos (Fig. 4F).
最後に、重要な遺伝子の発現をD10 on-gel培養胚とそれらのin vivo由来の対応胚との間で比較して、on-gel培養が遺伝子発現レベルに関して生理学的条件を模倣するかどうかを調べた(図4G)。
多能性因子の中で、OCT4とNANOGの発現はグループ間で同等だったが、SOX2の発現はon-gel胚で大幅に低かった(図4G)。TE関連の重要な転写因子であるCDX2、TEAD4、GATA3、ETS2、及びID2は、in vivo由来の胚と比較して、on-gel培養胚ではダウンレギュレートされたが、on-gel培養胚におけるTEの機能的成熟をサポートする遺伝子(IFNT、ASCL2、SSLP1、及びCCN2を含む)の発現は、in vivo由来の胚と同等か、それよりも比較的高かった(図4G)。
Finally, the expression of key genes was compared between D10 on-gel cultured embryos and their in vivo-derived counterparts to determine whether on-gel culture mimics physiological conditions with respect to gene expression levels. (Fig. 4G).
Among the pluripotency factors, the expression of OCT4 and NANOG was comparable between groups, whereas the expression of SOX2 was significantly lower in on-gel embryos (Fig. 4G). CDX2, TEAD4, GATA3, ETS2, and ID2, which are important TE-related transcription factors, were downregulated in on-gel cultured embryos compared with in vivo-derived embryos, but not in on-gel cultured embryos. Expression of genes supporting functional maturation of TEs, including IFNT, ASCL2, SSLP1, and CCN2, was comparable to or relatively higher than in in vivo-derived embryos (Fig. 4G).
(考察)
ウシ胚盤胞期胚は、マウス胚盤胞期胚よりも妊娠の確立に多くの時間を必要とする。これにより、ウシ胚とマウス胚の間でTEが固有の特性を獲得するために必要な期間に差が生じる可能性がある。しかしながら、TE細胞の確立、すなわちTEの成熟のための細胞の特性変化について、これまで詳細に議論されていなかった。さらに、第1の系列分離とそれに続く第2の系列分離の時間的連続性は、ウシの着床前胚では調べられてこなかった。
(Consideration)
Bovine blastocyst stage embryos require more time to establish pregnancy than mouse blastocyst stage embryos. This could lead to differences in the time period required for TEs to acquire unique properties between bovine and mouse embryos. However, the establishment of TE cells, that is, changes in cell characteristics for TE maturation, have not been discussed in detail so far. Furthermore, the temporal continuity of first lineage segregation followed by second lineage segregation has not been investigated in bovine preimplantation embryos.
まず、D8.0からD14における劇的なトランスクリプトミクスの変化を発見した。これは、この期間中の分子レベルでのTEのグローバルな特性変化を示している(図、省略)。
OCT4は、CDX2等の主要なTE決定因子の機能的発現を妨げることから、ICM固有の多能性ネットワークを維持する上で最も重要な要素である。したがって、OCT4の発現状態はTE成熟の優れた指標とすることができる。免疫染色分析により、CDX2陽性TE細胞の80%以上がD8.0でもOCT4を発現していることが明らかになった(図、省略)。さらに、これまでの研究では、OCT4 mRNAの発現はICMとTEの間で区別がつかず、D8.0周辺のウシ胚盤胞期胚では第1の系統分離は不完全であることが示されていた。ICMにおけるEpiとPrEの分離を解析するために行った免疫染色の結果から、EpiマーカーSOX2とPreマーカーSOX17の発現が多くのICMで重複していることが明らかになった(図、省略)。
この結果は、他のマーカー、すなわち、EpiマーカーであるNANOG、及びD8上のICMで分離した局在を示したPrEマーカーであるGATA6を使用してEpi及びPrEの分離を特定した、これまでの研究の結果とはわずかに異なった。
First, we discovered dramatic transcriptomic changes from D8.0 to D14. This indicates a global property change of TE at the molecular level during this period (figure omitted).
OCT4 is the most important element in maintaining the ICM-specific pluripotency network, as it prevents the functional expression of key TE determinants such as CDX2. Therefore, the expression status of OCT4 can be used as an excellent indicator of TE maturation. Immunostaining analysis revealed that more than 80% of CDX2-positive TE cells expressed OCT4 even at D8.0 (figure omitted). Furthermore, previous studies have shown that OCT4 mRNA expression is indistinguishable between ICM and TE, indicating that first lineage segregation is incomplete in bovine blastocyst stage embryos around D8.0. was. The results of immunostaining performed to analyze the separation of Epi and PrE in ICM revealed that the expression of the Epi marker SOX2 and the Pre marker SOX17 overlap in many ICMs (figures omitted).
This result supports previous studies that identified separation of Epi and PrE using other markers, namely NANOG, an Epi marker, and GATA6, a PrE marker, which showed separate localization in the ICM on D8. The results of the study were slightly different.
SOX17はマウス胚の後期PrEマーカーの1つであり、64細胞期胚においてGATA6陽性PrE細胞で発現し始める。対照的に、ウシSOX17タンパク質は、胚盤胞期胚の初期段階でほとんどすべての割球で発現し、胚の発達が進むにつれて徐々にICM領域に限定される。マーカータンパク質の発現パターンにおけるこれらの違いは、種特異的な発生の可塑性を反映している可能性がある。それを示す顕著な例の一つとして、マウスの場合とは異なり、胚全体から機械的に分離されたウシICMは、発生から満期まで生き残ることができることが報告されている。 SOX17 is one of the late PrE markers in mouse embryos and begins to be expressed in GATA6-positive PrE cells in 64-cell stage embryos. In contrast, bovine SOX17 protein is expressed in almost all blastomeres during the early stages of the blastocyst stage embryo and gradually becomes restricted to the ICM region as the embryo progresses. These differences in marker protein expression patterns may reflect species-specific developmental plasticity. One striking example of this is that, unlike in mice, bovine ICMs mechanically isolated from whole embryos can survive from development to term.
on-gel培養法は、液滴ベースの培養等の従来の方法の発生上の限界を克服するために開発され、胚盤胞期以降の系統分離の詳細な時間経過を決定することを可能にする。 On-gel culture methods were developed to overcome the developmental limitations of traditional methods such as droplet-based cultures and allow the detailed time course of lineage segregation beyond the blastocyst stage to be determined. do.
TE細胞からのOCT4発現の消失は、D9.5で完了することが実証され、TE細胞の多能性の完全な消失をサポートした(図3A及び図3B)。
この結果は、TE細胞でのOCT4発現がD9で劇的に減少し、in vivoでD11では事実上検出できなかったことを示すこれまでの研究の結果と一致した。興味深いことに、ウシ胚における第2の細胞系統の分離は、第1の分離と並行して進行することがわかった。D9.5までに、SOX2とSOX17の発現は割球間で排他的になり、その後、PrE細胞が胞胚腔に沿うよう整列し、この時点でEpiとPrEは空間的にも分離された(図3C)。この現象は、第1の細胞分離の完了後に第二の細胞分離が起こるマウス胚とはまったく異なり、反芻動物特有の初期胚発生のメカニズムである可能性がある。
Loss of OCT4 expression from TE cells was demonstrated to be complete at D9.5, supporting complete loss of TE cell pluripotency (FIGS. 3A and 3B).
This result was consistent with the results of previous studies showing that OCT4 expression in TE cells was dramatically reduced at D9 and virtually undetectable at D11 in vivo. Interestingly, we found that the segregation of a second cell lineage in bovine embryos proceeds in parallel to the first. By D9.5, SOX2 and SOX17 expression became exclusive between blastomeres, after which PrE cells aligned along the blastocoel, at which point Epi and PrE were also spatially separated (Fig. 3C). This phenomenon is quite different from mouse embryos, where a second cell separation occurs after the completion of the first cell separation, and may be a mechanism of early embryonic development unique to ruminants.
Y27632処理によりICM形態を変化させたときにもSOX2とSOX17が排他的な発現を示すようになったことから、ウシ胚における2番目の分離は、部分的に細胞の自律的なプロセスであることが示された(図3F)。
胚盤胞亀背形成前のY27632処理は、D7.5上のCDX2陽性TE細胞の数を増加させることが示されており、ROCKシグナル伝達がウシ胚盤胞の細胞系統決定に寄与することを示唆した。
The second segregation in bovine embryos is a partially cell-autonomous process, as SOX2 and SOX17 now show exclusive expression even when ICM morphology is altered by Y27632 treatment. was shown (Fig. 3F).
Y27632 treatment before blastocyst dorsal formation was shown to increase the number of CDX2-positive TE cells on D7.5, indicating that ROCK signaling contributes to cell lineage determination in bovine blastocysts. suggested.
本実施例では、多能性マーカーの劇的なダウンレギュレーション、転写ネットワークの変化、及びGO-termを決定因子として使用した機能的解析によって、2回にわたる系統分離中及びその後のウシ栄養膜成熟の持続が実証された(図4A~図4C)。 In this example, we show that dramatic down-regulation of pluripotency markers, changes in transcriptional networks, and functional analysis using GO-terms as determinants affect bovine trophoblast maturation during and after two lines of lineage segregation. Persistence was demonstrated (Figures 4A-4C).
FGFシグナル伝達は、妊娠の成功に寄与する可能性がある。このことは、受胎率の高い未経産牛から得られた受胎産物が、受胎率の低い未経産牛から得られた受胎産物よりも高いFGFR2発現を示した、これまでの研究によって裏付けられている。
したがって、本実施例で示されたFGFRの高発現は、栄養膜の適切な分化だけでなく、母体の子宮内膜とのクロストークにも関与している可能性がある(図4D)。
FGF signaling may contribute to successful pregnancy. This is supported by previous studies in which conceptuses from heifers with high fertility showed higher FGFR2 expression than conceptuses from heifers with low fertility. ing.
Therefore, the high expression of FGFR shown in this example may be involved not only in the proper differentiation of trophoblasts but also in the crosstalk with the maternal endometrium (Fig. 4D).
Wntシグナル伝達経路は、ウシの着床前胚の発生に寄与すると示唆されており、非古典的なWNT経路の活性化因子であるDKK1の添加は、胚移植後の妊娠率を高める。
D14 TEサンプルにおけるWnt11のアップレギュレーション(図4D)は、非古典的なWnt経路がウシの着床前胚発生において重要な役割を果たす可能性を裏付けた。
The Wnt signaling pathway has been suggested to contribute to the development of bovine preimplantation embryos, and addition of DKK1, an activator of the non-classical WNT pathway, increases pregnancy rates after embryo transfer.
The upregulation of Wnt11 in D14 TE samples (Fig. 4D) supported the possibility that the non-classical Wnt pathway plays an important role in bovine preimplantation embryonic development.
さらに、マーカー遺伝子の時間依存性の変化を、on-gel培養胚を使用して検討した(図4F)。これら遺伝子の発現量の上昇は、D10胚が、成熟したTEに特有の形態学的変化を示す準備段階にあることを示した。二核細胞の出現は、in vivoでのD16後にのみ徐々に検出された。
一方、妊娠認識因子IFNT、その上流調節因子と推定されるETS2、及びTE優勢に発現する転写因子ID2の発現がD12のon-gel培養胚で上昇していることがわかり、on-gel培養胚由来の成熟TE細胞がD14において生理学的に機能していることが示唆された(図4F)。
Furthermore, time-dependent changes in marker genes were examined using on-gel cultured embryos (Fig. 4F). Elevated expression levels of these genes indicated that D10 embryos were in the preparatory stage of exhibiting morphological changes characteristic of mature TE. The appearance of binucleate cells was gradually detected only after D16 in vivo.
On the other hand, the expression of the pregnancy recognition factor IFNT, its upstream regulatory factor ETS2, and the transcription factor ID2, which is predominantly expressed in TE, was found to be increased in D12 on-gel cultured embryos. It was suggested that the derived mature TE cells were physiologically functional at D14 (Fig. 4F).
一連の結果は、ウシTE細胞が2回の系統分離中に機能的成熟を開始することを初めて実証した。また、いくつかの重要な転写因子の発現状態が、on-gel培養したサンプルとin vivo由来のD10TEサンプルの間で異なることも観察された(図4G)。子宮内環境は、OCT4、SOX2、CDX2等の因子の胚性遺伝子発現に影響を与えることが示されている。本実施例では、長期のin vitro培養により、この転写ネットワークの適切な確立が損なわれた可能性があった。
今後の研究では、着床前胚の遺伝子発現の正しいパターンを開始するために必要な決定的な要因を、on-gel培養で胚の周囲の環境を操作することによって定義することを予定している。
A series of results demonstrated for the first time that bovine TE cells begin functional maturation during two lineage segregations. We also observed that the expression status of several important transcription factors was different between on-gel cultured samples and in vivo-derived D10TE samples (Fig. 4G). The intrauterine environment has been shown to influence embryonic gene expression of factors such as OCT4, SOX2, and CDX2. In this example, long-term in vitro culture may have impaired the proper establishment of this transcriptional network.
Future studies plan to define the critical factors required to initiate the correct pattern of gene expression in preimplantation embryos by manipulating the environment surrounding the embryo in on-gel culture. There is.
成熟したTE機能を促進する遺伝子の発現は、in vivo由来の胚よりもon-gel培養胚で同等かそれよりいくらか大きかったことにも着目する必要がある。TE機能に関連する遺伝子発現のこれらの増加のいくつかは、胚がon-gel培養された場合にのみ観察されたが、液滴培養された胚では観察されなかった(図、省略)。 It is also important to note that the expression of genes promoting mature TE function was comparable or somewhat greater in on-gel cultured embryos than in in vivo-derived embryos. Some of these increases in gene expression related to TE function were only observed when embryos were cultured on-gel, but not in droplet-cultured embryos (Figure, omitted).
on-gel培養胚の着床の成功と子宮内での胎子の発育の継続に加えて(図2A及び図2B)、on-gel培養法は少なくともD10まで発育の完全性を維持することが示された。 In addition to successful implantation of on-gel cultured embryos and continued fetal development in utero (Figures 2A and 2B), on-gel culture methods have been shown to maintain developmental integrity at least until D10. It was done.
結論として、本実施例は、未成熟なウシ胚盤胞期胚がどのように発生学上の可塑性を失い、異なる細胞系統を確立するかを証明した。第1及び第2の細胞系統の分離はD9.5で同時に終了し、これはTE細胞の成熟栄養膜への急速な質的変化を伴う。
本実施例から得られた結果は、人間を含む非齧歯類の哺乳類において採用されている着床戦略へのより深い洞察を提供した。
In conclusion, this example demonstrated how immature bovine blastocyst stage embryos lose their embryological plasticity and establish different cell lineages. Separation of the first and second cell lineages ends simultaneously at D9.5, which is accompanied by a rapid qualitative change of TE cells into mature trophoblasts.
The results obtained from this example provided deeper insight into the implantation strategies employed in non-rodent mammals, including humans.
[実施例2]
次いで、実施例1で確立されたon-gel培養法を用いて、on-gel培養胚の生存率等の検証をおこなった。
[Example 2]
Next, using the on-gel culture method established in Example 1, the survival rate of the on-gel cultured embryos was verified.
(原料及び方法)
すべての実験は、北海道大学の実験動物の管理と使用に関する規制委員会によって承認され、実行した。
(Raw materials and methods)
All experiments were approved and performed by the Hokkaido University Regulatory Committee for the Care and Use of Laboratory Animals.
1.D10 on-gel培養胚の胚移植
実施例1では、D10on-gel培養成熟胚盤胞期胚を使用して5回の胚移植セッションを実施した。北海道大学のレシピエントホルスタイン未経産牛は、排卵の同期前に線形プローブ(10 MHz、HLV-475; Honda Electronics)を備えた超音波検査装置(HS-2100V; Honda Electronics)によって、排卵周期と子宮内容物の正常性について繰り返し検査した。
子宮内膜炎は、必要に応じて抗生物質の子宮内注射によって治療した。未経産牛は、膣内薬物放出装置(CIDR1900; Zoetis Japan)を使用して7日間(-10日目から-2日目、IVFの日は0日目と指定)、2 mgの安息香酸エストラジオール(E2)(Ovahormon注射、ASKA Animal Health Co.、Ltd)及び25 mgのジノプロスト(プロスタグランジンF2α;PGF2α)(Pronalgon F、ゾエティスジャパン)をデバイスの挿入時及び抜去時にそれぞれ投与して、排卵を同期した。
1. Embryo transfer of D10 on-gel cultured embryos In Example 1, five embryo transfer sessions were performed using D10 on-gel cultured mature blastocyst stage embryos. Recipient Holstein heifers at Hokkaido University were monitored for ovulatory cycles by an ultrasound machine (HS-2100V; Honda Electronics) with a linear probe (10 MHz, HLV-475; Honda Electronics) prior to synchronization of ovulation. The normality of the uterine contents was examined repeatedly.
Endometritis was treated with intrauterine injections of antibiotics when necessary. Heifers were treated with 2 mg benzoic acid for 7 days (day −10 to day −2, IVF day designated as day 0) using an intravaginal drug release device (CIDR1900; Zoetis Japan). Estradiol (E2) (Ovahormon injection, ASKA Animal Health Co., Ltd) and 25 mg of dinoprost (prostaglandin F 2α ; PGF 2α ) (Pronalgon F, Zoetis Japan) were administered at the time of device insertion and removal, respectively. and synchronized ovulation.
0日目(排卵日)に、レシピエントに100 μgの性腺刺激ホルモン放出ホルモンGnRHを投与した。卵巣は超音波検査(5 MHz、HS101V、Honda Electronics)で毎日検査し、1頭の未経産牛は1日目にもう1頭の未経産牛は2日目に排卵を確認した。
On day 0 (the day of ovulation), recipients received 100 μg of gonadotropin-releasing hormone GnRH. Ovaries were examined daily by ultrasound (5 MHz, HS101V, Honda Electronics), and ovulation was confirmed in one heifer on
胚移植(ET)は10日目の午前中に行われた。表2に、実験スケジュールの詳細を示す。
Embryo transfer (ET) was performed in the morning of
CIDR装置は、受胎を容易にするために6日目から2週間挿入した。黄体の存在と位置は8日目に超音波検査で確認した。胚移植は10日目に行った。胚と培地はプラスチックストロー(005592、IMV Technologies)に移し、直ちに装填した。使い捨てETガン(MO5、ミサワ医科工業株式会社)に入れ、黄体と同側の子宮角にすばやく移植した。胚移植時に、塩酸リドカイン(Xylocaine(登録商標)2v/v%、サンド株式会社)による尾側硬膜外麻酔を行った。妊娠は妊娠30日後の超音波検査(HS101V)によって診断した。レシピエントのうち、妊娠嚢が見える2頭は満期まで妊娠した。
The CIDR device was inserted for 2 weeks starting on
2.微小液滴での従来培養法によるウシ胚の調製
ウシ卵母細胞の回収、IVM、IVF、及びその後の胚盤胞期までのin vitro培養(IVC)は、前述のように既報に従い実行した。具体的には、食肉処理場由来の卵巣から収集した卵丘卵母細胞複合体(COC)を、TCM-199培地(Thermo Fisher Scientific Inc.)で、38.5℃、空気中5%CO2の飽和水蒸気下で20~22時間培養した。第二減数分裂中期まで成熟した卵を、2.5 mMテオフィリン(富士フィルム和光純薬工業株式会社)及び7.5μg/mLヘパリンナトリウム塩(ナカライテスク株式会社)を含むブラケット及びオリファント(BO)培地に移した。続いて、凍結融解した精液をBO培地中で600×gで7分間遠心洗浄した。精子を5×106 cells/mLの最終濃度でCOCに添加した。推定受精卵は、12時間のインキュベーション後にピペッティングによって卵丘細胞を除去し、mSOFai培地を用いて5%(v/v)CO2及び5%(v/v)O2の飽和水蒸気下、38.5℃で8日間培養した。
2. Preparation of bovine embryos by conventional culture methods in microdroplets Recovery of bovine oocytes, IVM, IVF, and subsequent in vitro culture (IVC) to the blastocyst stage were performed as previously described and as previously described. Specifically, cumulus-oocyte complexes (COCs) collected from slaughterhouse-derived ovaries were cultured in TCM-199 medium (Thermo Fisher Scientific Inc.) at 38.5 °C and saturated with 5% CO2 in air. Cultured under water vapor for 20-22 hours. Eggs matured to second meiotic metaphase were transferred to Brackett and Oliphant (BO) medium containing 2.5 mM theophylline (Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 7.5 μg/mL heparin sodium salt (Nacalai Tesque Co., Ltd.). . Subsequently, the frozen and thawed semen was washed in BO medium by centrifugation at 600 × g for 7 minutes. Sperm were added to the COC at a final concentration of 5×10 6 cells/mL. Presumably fertilized eggs were incubated at 38.5 mL under saturated water vapor of 5% (v/v) CO 2 and 5% (v/v) O 2 using mSOFai medium, removing cumulus cells by pipetting after 12 h incubation. Cultured at ℃ for 8 days.
3.ウシ未成熟胚盤胞期胚のon-gel培養
アガロース粉末(Agarose S、同仁化学研究所)を再蒸留水で1.5%(w/v)の濃度に希釈し、オートクレーブにかけた。ゲルを10cmの皿に注ぎ、室温で固化させた後、10 mm×10 mm×5 mmのゲル片を切り出した。切り出したゲルを4ウェルディッシュ(Thermo Fisher Scientific Inc.)に入れた。次いで、30%(v/v)ノックアウト血清代替物(KSR、Thermo Fisher Scientific Inc.)、1×非必須アミノ酸(Sigma Aldrich Japan)、1×必須アミノ酸(Sigma-Aldrich)、及び1×インスリン-トランスフェリン-セレン溶液(Thermo Fisher Scientific Inc.)を添加した0.5mLの培地(RPMI1640、富士フィルム和光純薬株式会社)を各ウェルに添加し、38.5℃で一晩インキュベートした。次に、使用した培地を、同一の新鮮な培地と交換し、ゲルをその約半分の高さまで浸漬した。IVF D8胚盤胞期胚を培地で数回洗浄し、ガラスピペットを使用して少量の培地でゲル片の表面に配置した。5~6個の胚盤胞期胚を個々のゲル片に置き、その後の培養は5%(v/v)CO2及び5%(v/v)O2の飽和水蒸気下で38.5℃で行った。培養開始直後には、胚盤胞期胚は配置中に導入された培地に囲まれていた。しかし、この余分な培地がゲルに吸収されると、胚盤胞期胚は気相と液相の両方にさらされるようになった。
3. On-gel culture of bovine immature blastocyst stage embryo Agarose powder (Agarose S, Dojindo Laboratories) was diluted to a concentration of 1.5% (w/v) with double-distilled water and autoclaved. After pouring the gel into a 10 cm dish and allowing it to solidify at room temperature, gel pieces measuring 10 mm × 10 mm × 5 mm were cut out. The cut out gel was placed in a 4-well dish (Thermo Fisher Scientific Inc.). Then, 30% (v/v) knockout serum replacement (KSR, Thermo Fisher Scientific Inc.), 1× non-essential amino acids (Sigma Aldrich Japan), 1× essential amino acids (Sigma-Aldrich), and 1× insulin-transferrin - 0.5 mL of medium (RPMI1640, Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) supplemented with selenium solution (Thermo Fisher Scientific Inc.) was added to each well and incubated overnight at 38.5°C. The used medium was then replaced with the same fresh medium and the gel was immersed to about half its height. IVF D8 blastocyst stage embryos were washed several times with medium and placed on the surface of a gel piece with a small amount of medium using a glass pipette. Five to six blastocyst-stage embryos were placed on individual gel pieces, and subsequent culture was performed at 38.5 °C under saturated steam with 5% (v/v)
4.採血及び血液検査
分娩後1、3、7、14、21、及び28日目に、生化学的成分の分析のために、ヘパリンナトリウムチューブ(Venoject II;テルモ)を使用して子牛の頸静脈から血液サンプルを収集した。採血後、サンプルを直ちに1,660×gで15分間、室温で遠心分離して血漿を分離し、分析まで-30℃で保存した。血漿グルコース、血中尿素窒素、総コレステロール、総タンパク質、アルブミン、カルシウム、無機リン、γ-グルタミルトランスフェラーゼ、及びアンモニアの濃度は、DRI-CHEM 3000V臨床血液分析装置(富士フィルム)を使用して測定した。
4. Blood Sampling and Blood Tests On
(結果)
on-gel培養胚の生存率を検証するために、上記表2に示すスケジュールに従って、ETを行った。
(result)
In order to verify the survival rate of on-gel cultured embryos, ET was performed according to the schedule shown in Table 2 above.
実施された5回のETのうち、2頭のレシピエントのホルスタイン雌牛が妊娠したことを確認したが、対応する受胎産物の完全な発達を確認することはできなかった。 Of the five ETs performed, two recipient Holstein heifers were confirmed to be pregnant, but full development of the corresponding conceptuses could not be confirmed.
さらに、IVCが大型子孫症候群(LOS)の発症に寄与する要因である可能性を考慮し、on-gel培養胚に由来する新生子牛の体調を評価した。LOSは、出生時のサイズが大きいことと胎盤の異常を特徴とする。これらは、in vitroで作製された(IVP)胚からの牛の生産に関して懸念される主要な問題である。オンゲル培養は長期間の培養を伴うIVCシステムであるため、実際の適用には、on-gel培養胚に由来する胎子及び胎盤の完全性の評価を行う必要がある。 Furthermore, considering the possibility that IVC is a contributing factor to the development of large offspring syndrome (LOS), we evaluated the physical condition of newborn calves derived from on-gel cultured embryos. LOS is characterized by large birth size and placental abnormalities. These are the major issues of concern regarding the production of cattle from in vitro produced (IVP) embryos. Since on-gel culture is an IVC system that involves long-term culture, for practical application it is necessary to evaluate the integrity of fetuses and placentas derived from on-gel cultured embryos.
本実施例では、ET後の2つのon-gel培養胚の満期発生を確認し、その出生時体重を測定し、血液生化学的分析を行った。さらに、出生後の体重をモニターし、出生後の胚盤葉を決定した。その結果、on-gel培養において、in vivoの対応胚で見られる着床前の発達がD10で再現することを示した。 In this example, full-term development of two on-gel cultured embryos after ET was confirmed, their birth weights were measured, and blood biochemical analysis was performed. In addition, postnatal body weight was monitored and postnatal blastoderm was determined. The results showed that in on-gel culture, the preimplantation development seen in the in vivo counterpart was recapitulated at D10.
したがって、これらの発見は、この培養システムを使用して、動物の生産及びウシの発生生物学研究のための発生的に成熟した胚盤胞を作製できることを示した。 These findings thus demonstrated that this culture system can be used to generate developmentally mature blastocysts for animal production and bovine developmental biology studies.
D10 on-gel培養胚が移植された2頭の妊娠中のレシピエントのそれぞれから、2021年9月21日と11月29日にそれぞれ補助なしで子牛が経膣的に生まれた(図5左上及び右上)。いずれも自発的に呼吸を行い、正常な外観であった。
出生時の体重(40kgと46kg)と在胎週数(286日と285日)は典型的な範囲内であり、2022年3月25日時点で生存しており、障害がみられなかった。
したがって、ETを介してD10 on-gel培養胚の全期間の発達を確認し、on-gel培養システムによって作製された成熟胚盤胞期胚を使用して牛の生産の再現性を実証された。
Calves were born vaginally without assistance from each of the two pregnant recipients with D10 on-gel cultured embryos on September 21 and November 29, 2021, respectively (Figure 5 top left and top right). All were breathing spontaneously and appeared normal.
Birth weights (40 kg and 46 kg) and gestational age (286 and 285 days) were within typical ranges, and the animals were alive and free of disability as of March 25, 2022.
Therefore, we confirmed the full-term development of D10 on-gel cultured embryos via ET and demonstrated the reproducibility of cattle production using mature blastocyst stage embryos produced by the on-gel culture system. .
レシピエントから出産された子牛の出産後の体重はそれぞれ2.6kgと3.0kgであったが、形態学的異常の形跡は見られなかった(図5左下)。出生後の胚盤葉の数は、出生後から各胚盤葉を手動で分離することによって数えた(162及び96)。出生後の体重と胚盤葉の数の両方ともにそれぞれの正常範囲内であった。
したがって、これらの結果から、on-gel培養された成熟胚盤胞のTEが、満期までの適切な胎子の発育をサポートする胎盤を形成する能力を持っていることが示された。
The postpartum weights of the calves delivered by the recipients were 2.6 kg and 3.0 kg, respectively, but no evidence of morphological abnormalities was observed (lower left of Figure 5). The number of postnatal blastoderms was counted by manually separating each blastoderm from birth (162 and 96). Both postnatal weight and blastoderm number were within their normal ranges.
Therefore, these results indicated that the TE of mature blastocysts cultured on-gel had the ability to form a placenta that supported proper fetal development to term.
on-gel培養によって得られた成熟胚盤胞由来の新生子牛が健康であることをさらに確認するために、on-gel培養由来と対照人工授精(AI)由来の子牛の両方から収集された末梢血サンプルの分析に基づいて代謝プロファイルを調べた。
重要な兆候を表す9つの生化学的指標(血漿グルコース、血中尿素窒素、総コレステロール、総タンパク質、アルブミン、カルシウム、無機リン、γ-グルタミルトランスフェラーゼ、及びアンモニア)の分析結果から、いずれの場合も、on-gel培養由来の子牛の濃度は、生後0、3、7、14、及び28日でAI由来の子牛について得られた値と同等であることが明らかとなった(表3)。
To further confirm that newborn calves derived from mature blastocysts obtained by on-gel culture are healthy, calves derived from both on-gel culture and control artificial insemination (AI) were collected. The metabolic profile was investigated based on the analysis of peripheral blood samples.
From the analysis of nine biochemical indicators (plasma glucose, blood urea nitrogen, total cholesterol, total protein, albumin, calcium, inorganic phosphorus, γ-glutamyl transferase, and ammonia) that represent important indicators, in each case , concentrations in calves derived from on-gel cultures were found to be comparable to values obtained for calves derived from AI at 0, 3, 7, 14, and 28 days of age (Table 3). .
牛生産のためのIVPシステムに関連する未解決の問題の中で、LOSは難産と胎盤の維持の発生率の上昇に関連している。胎子の異常発育に寄与する要因はまだ十分に決定されていないが、IVCでの血清の添加は、ET後の生存率を低下させ、LOSを含む異常な胎子の発育を引き起こすことが確認されている。特に、on-gel培養された成熟胚盤胞に由来する2頭の子牛は、新生児期に異常な表現型を示さず、出生時体重、胎盤重量、胚盤葉の数、及び代謝プロファイルはAI由来の子牛と同等であった。
したがって、これらの結果から、ウシ胎子血清の代わりに血清代替物であるKSRを使用するon-gel培養システムにより、胎子及び胎盤の成長に対する血清の有害な影響がリセットされることが示唆された。
Among the unresolved issues associated with IVP systems for cattle production, LOS is associated with increased incidence of dystocia and placental retention. Although the factors contributing to abnormal fetal growth have not yet been fully determined, the addition of serum in IVC has been confirmed to reduce post-ET survival and cause abnormal fetal growth, including LOS. There is. Notably, two calves derived from on-gel cultured mature blastocysts showed no abnormal phenotype during the neonatal period, and birth weight, placental weight, blastoderm number, and metabolic profile were It was comparable to AI-derived calves.
Therefore, these results suggested that the on-gel culture system using the serum substitute KSR instead of fetal bovine serum resets the deleterious effects of serum on fetal and placental growth.
本実施例では、on-gel培養を使用して、2回の細胞分離を受けた発生学的に成熟した胚盤胞期胚の発達を促進できることが示唆された。on-gel培養により、従来の液滴培養法とバイオプシーの組み合わせよりも多くの細胞数を取得可能なことから、このシステムは、胚の着床前段階で遺伝子評価を行うための新しい方法となる可能性がある。 This example suggests that on-gel culture can be used to promote the development of embryologically mature blastocyst stage embryos that have undergone two rounds of cell separation. On-gel culture allows obtaining higher cell numbers than traditional droplet culture and biopsy combinations, making this system a new method for genetic evaluation of embryos during the pre-implantation stage. there is a possibility.
さらに、on-gel培養システムにより、少なくともIVCの開始後D10まで、in vivoの対応胚で観察されるレベルに匹敵する細胞分化のレベルを再現した。
したがって、on-gel培養システムは、ウシ特有の着床前発生を評価するための一連の分析に貢献できると考える。さらに、on-gel培養による長期間のIVCにより、胚移植するための胚のより厳密な選択が可能になることを考慮すると、on-gel培養システムを使用して、胚移植による牛のより効率的な生産を促進できると考えられる。
Furthermore, the on-gel culture system reproduced levels of cell differentiation comparable to those observed in their in vivo counterpart embryos, at least until D10 after the initiation of IVC.
Therefore, we believe that the on-gel culture system can contribute to a series of analyzes to evaluate preimplantation development unique to bovines. Furthermore, considering that long-term IVC with on-gel culture allows for a more stringent selection of embryos for embryo transfer, on-gel culture systems can be used to increase the efficiency of cows by embryo transfer. It is thought that this can promote production.
本実施形態のウシ胚の体外培養方法によれば、胚盤胞期以降の胚の急速な退行や分化能の喪失が抑制され、生体胚と類似した遺伝子発現及び形態的特徴を有する体外培養胚が得られる。本実施形態のウシ胚は、胚盤胞期以降の胚の急速な退行や分化能の喪失が抑制され、生体胚と類似した遺伝子発現及び形態的特徴を有するものである。本実施形態のウシの生産方法は、前記ウシ胚の体外培養方法により得られるウシ胚を用いており、所望のウシの繁殖及び改良に貢献し得るものである。 According to the in vitro culture method for bovine embryos of the present embodiment, rapid degeneration and loss of differentiation ability of embryos after the blastocyst stage are suppressed, and in vitro cultured embryos have gene expression and morphological characteristics similar to living embryos. is obtained. The bovine embryo of this embodiment has gene expression and morphological characteristics similar to those of a living embryo, with rapid degeneration and loss of differentiation ability of the embryo after the blastocyst stage being suppressed. The cow production method of the present embodiment uses bovine embryos obtained by the above-mentioned in vitro culture method of bovine embryos, and can contribute to the breeding and improvement of desired cows.
1…ゲル、2…培地、3…培養容器、10…ウシ胚の体外培養システム、B…ウシ胚盤胞期胚 1... Gel, 2... Medium, 3... Culture container, 10... Bovine embryo in vitro culture system, B... Bovine blastocyst stage embryo
Claims (9)
体外受精から10日後において、IFNT、GJB1、MYL3、ETS2、ID2、SSLP1、及びASCL2からなる群より選ばれる1種以上の遺伝子が発現している、ウシ胚。 A bovine embryo obtained by in vitro fertilization,
A bovine embryo in which one or more genes selected from the group consisting of IFNT, GJB1, MYL3, ETS2, ID2, SSLP1, and ASCL2 are expressed 10 days after in vitro fertilization.
Priority Applications (1)
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JP2022104592A JP2024004773A (en) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | In-vitro culture method of bovine embryo, bovine embryo, and method for producing bovine |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2022104592A JP2024004773A (en) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | In-vitro culture method of bovine embryo, bovine embryo, and method for producing bovine |
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2022
- 2022-06-29 JP JP2022104592A patent/JP2024004773A/en active Pending
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