Role of melatonin in bovine gametes competence and preimplantation embryo development in vitro

Gutiérrez Añez, Juan, Carlos

Veröffentlicht

Role of melatonin in bovine gametes competence and preimplantation embryo development in vitro

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Melatonin ist ein effektiver Radikalfänger mit antioxidativer Wirkung. In der vorliegenden Arbeit wurden die Effekte einer Melatoninzugabe auf Spermien, Eizellen und Embryonenim Rinder IVF (In vitro Fertilisation) Modell untersucht. Im ersten Experiment wurde der Einfluss von Melatonin auf die Spermienqualität nach dem Auftauen, deren Befruchtungsfähigkeit sowie die in vitro Embryonenentwicklung nach IVF untersucht. In vitro gereifte Eizellen, die mit Melatonin vorbehandelten Spermien befruchtet wurden, zeigten signifikant erhöhte Fertilisationsraten, bei erniedrigten Polyspermieraten und höheren Entwicklungsraten zur Blastozyste. Der relative Gehalt an MAPK13 Transkripten war in Blastozysten erhöht, was einen stimulierenden Effekt von Melatonin über den MAPK Signalweg nahe legt. Im zweiten Versuch wurden die Effekte von Melatonin auf die Entwicklungsfähigkeit von Oozyten, die von adulten und präpuberalen Rindern mittels ultraschallgeleiteter Follikelpunktion gewonnen wurden, untersucht. Die Entwicklungsraten, die Gesamtzellzahlen in den Embryonen, besonders in der ICM, waren nach Melatonin Zugabe signifikant erhöht und die embryonale Entwicklung bei adulten als präpuberalen Tieren war durch Melatonin verbessert. Im dritten Versuch wurden die Effekte einer Melatoninsupplementierung in allen drei Schritten der in vitro Produktion (IVM, IVF und IVC) mit Oozyten aus Schlachthofovarien untersucht. Nach Melatoninzugabe waren die Entwicklungsraten, die Zellzahlen, insbesondere im Trophektoderm, sowie die Expression der Gene für CDH1 und AQP3 erhöht, was einen spezifischen Effekt von Melatonin in der Blastozystenbildung und Entwicklung zeigt. Zusammenfassend ist festzustellen, dass Melatonin in vitro die Entwicklungsfähigkeit von männlichen und weiblichen bovinen Gameten verbessern kann. Inwieweit dieser Effekt auch in vivo, d.h. nach Transfer der Embryonen auf Empfängertiere wirksam ist, bedarf weiterer Untersuchungen.

Melatonin is a potent free radical scavenger and is thought to have anti-oxidative functions in male and female gametes and early mammalian embryo development. To determine the effects of melatonin on the developmental competence of sperm, oocytes, and early embryos, we performed three major experiments using the bovine model. In the first experiment, we investigated the effects of melatonin on post-thaw sperm quality, fertilizing ability and embryo development in vitro. In vitro matured oocytes fertilized with spermatozoa preincubated with melatonin showed higher monospermic fertilization rates, reduced polyspermy, enhanced embryonic development and increased the mRNA expression of MAPK13 in the in vitro-derived blastocysts, suggesting that the stimulatory effects of melatonin could be mediated via the MAPK pathway. In the second experiment, we investigated the effects of melatonin on oocytes competence collected via OPU and embryo development in vitro in prepubertal and adult dairy cattle. Melatonin enhanced embryo developmental rates and increased the number of inner cell mass (ICM) and total embryonic cells in both embryos derived from prepubertal and adult donors, indicating that supplementation of culture media with melatonin promotes embryo development. In the third experiment, we investigated the effects of media supplementation with melatonin on in vitro embryo development of oocytes collected from slaughterhouse-derived ovaries. Melatonin significantly improved embryo developmental rates, increased the number of embryonic cells, and upregulated mRNA expression of CDH1 and AQP3, suggesting that melatonin is critically involved in blastocyst formation and development. These results collectively indicate that melatonin may improve the developmental competence of gametes and early embryos from both adult and prepubertal donors. It has yet to be demonstrated whether this effect is also effective in vivo, i.e., after transferring the embryos to recipient animals.