The influence of insulin-like growth factor 1 on in vivo oocyte developmental competence and in vitro preimplantation embryo development in cattle

Das Ziel diese Dissertationsarbeit war es, den Einfluss von hohen IGF1-Konzentrationen auf die Entwicklungskompetenz von Rinderoozyten in vivo und die Entwicklung von präimplantatorischen Rinderembryonen in vitro zu untersuchen. Um die Effekte hoher IGF1-Konzentrationen während der in vitro-Kultur von präimplantatorischen Rinderembryonen zu ermitteln, wurden in vitro-produzierte Zygoten ohne IGF1, mit einer physiologischen (100 ng/ml) oder mit einer supraphysiologischen IGF1-Konzentration kultiviert. In Tag 8-Blastozysten wurden Zellallokation, Apoptose, Proteinexpression von IGF1-Rezeptor und TP53 und die Transkript-Gehalte von ausgewählten Genen, die an der Regulation von Apoptose, Glukose-Metabolismus und der IGF-Signaltransduktionskette beteiligt sind, bestimmt. Nach in vitro-Behandlung prä-implantatorischer Rinderembryonen mit supraphysiologischen IGF-1-Konzentrationen wurden folgende Befunde erhoben: 1. Die Blastozystenrate war nicht verändert. 2. Die Apoptoserate war erhöht. 3. Die TP53-Protein-Expression im Trophektoderm war verringert. 4. Die Zellzahl der Inner cell mass (ICM)-Zellen war erhöht. 5. Die IGF1-Rezeptor-Expression war in der ICM erhöht. 6. Ein signifikanter Anteil von Blastozysten (15,1%) wies ein hohes Verhältnis von ICM- Zellen zur Gesamtzellzahl auf; dieser Effekt wurde in den Kontrollen nicht beobachtet und trat bei Embryonen, die mit physiologischen IGF1-Konzentrationen behandelt wurden, wesentlich seltener auf (1.3%). Nach in vitro-Behandlung präimplantatorischer Rinderembryonen mit physiologischen IGF1-Konzentrationen wurden folgende Befunde erhoben: 1. Die Blastozystenrate war erhöht, ohne dass Effekte im Hinblick auf Zellzahlen oder Apoptose gemessen wurden. 2. Die Transkriptgehalte von IGF-bindendem Protein-3 (IGFBP3) waren erhöht. 3. Die IGF1R-Protein-Expression war erhöht. Um die Auswirkungen von hohen IGF1-Konzentrationen auf die in vivo-Oozyten-Entwicklung zu ermitteln, wurden superovulierte normalgewichtige, laktierende, sowie übergewichtige, nicht-laktierende Milchkühe mit intraovariellen Injektionen von IGF1 (1 mg) behandelt. Diese Menge von IGF1 resultiert in Gewebekonzentrationen von IGF1, die wahrscheinlich denen entsprechen, die in Frauen, die an dem Polycystischen Ovarsyndrom (PCOS) leiden, vorkommen. Bei PCOS-Patienten tritt häufig ein früher Abort auf, diese Symptome wurden mit nachteiligen Auswirkungen von IGF1 auf die bovine Oozytenreifungskompetenz assoziert. Die Transkriptgehalte und die Proteinexpression von Genen, die in der IGF1-Signaltransduktion, der Apoptose und dem Glukosemetabolismus beteiligt sind, wurden in Blastozyten ermittelt, die 8 Tage nach künstlicher Befruchtung gespült wurden. Zusätzlich wurden die Konzentrationen von IGF1 im Plasma und der uterinen Luminalflüssigkeit (ULF) am Tag der Embryospülung gemessen. Nach intraovarieller IGF1-Injektion wurden folgende Befunde erhoben: 1. Die absolute und relative Anzahl von lebensfähigen Embryonen aus normalgewichtigen Kühen war auf die Ergebnisse aus übergewichtigen Kühen reduziert. 2. Die Superovulationsantwort in übergewichtigen Kühen war unverändert. 3. Die Transkriptgehalte von SLC2A1 und IGFBP3 waren in Blastozysten aus normalgewichtigen Kühen erhöht. 4. Die TP53-Protein-Expression war in Blastozysten aus normalgewichtigen Kühen reduziert. 5. Die TP53-Protein-Expression war in Blastozysten aus übergewichtigen Kühen erhöht. Nur in den Kontrollgruppen zeigte das in vivo-Model eine Korrelation zwischen den IGF1-Konzentrationen in Plasma und ULF. Ebenso zeigte nur die normalgewichtige Kontrollgruppe eine positive Korrelation der IGF1R und IGFBP3-Transkriptgehalte in Blastozysten mit den IGF1-Konzentrationen in Plasma und ULF. In der Kontrollgruppe ergab sich auch die höchste Ausbeute vitaler Embryonen und entsprechend die geringste Rate an degenerierten Embryonen. Die nachteilige Mikroumgebung in Bezug auf Embryoentwicklung nach intraovarieller IGF1-Injektion in normalgewichtigen Kühen und das Fehlen von Effekten in übergewichtigen Kühen, ähneln bis zu einem gewissen Grad der Situation in PCOS-Patienten, bei denen die IGF1-Bioverfügbarkeit bei Normalgewichtigen erhöht, aber bei Übergewichtigen erniedrigt ist. Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen deutlich darauf hin, dass sich hohe IGF1-Konzentrationen, selbst bei kurzer Expositionszeit, nachteilig auf die Etablierung einer Trächtigkeit bei Rindern auswirken. Dieser Befund kann nicht nur für PCOS-Patienten, sondern auch für Individuen relevant sein, die Wachstumshormon, IGF1, oder bovines Kolostrum zur Erhöhung ihrer physischen Leistung nutzen.