Functional genome research in reproductive biology and biotechnology - a minireview

• Autorzy: Wolf E. , Bauersachs S.

Warianty tytułu

PL

Genomika funkcjonalna w biologii rozrodu i biotechnologii - praca przeglądowa

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Female infertility is an increasingly important problem in cattle, causing enormous costs and retarding genetic progress. Current attempts to improve fertility by genetic selection are inefficient due to the low heritability of the respective trait, i.e. the nonreturn-rate 90 days after first sernice (NRR 90). Thus novel phenotypic traits more closely related to fertility are urgently needed.Since a large proportion of pregnancy losses occur in the preimplantation period, the interaction between early embryos and their maternal environment is an attractive target for systematic investigations, which may uncover mechanisms underlying early embryonic death. Based on holistic transcriptome and proteome studies [Hiendleder et al. 2005, Wolf et al. 2006] we attempt to understand the quantitative biology of embryo maternal communication and the regulation of endometrial receptivity [Wolf et al. 2003]. A short-term goal is the development of array-based systems for the differential diagnosis of fertility problems and for evaluating the connection between metabolic disturbances and reproductive functions. A long-term goal is the identification of genetic variation affecting the fertility-related gene expression profiles in female reproductive tissues such as endometrium. The endometrium undergoes marked functional changes during estrous cycle and pregnancy. As the adjacent environment of the conceptus, it represents the maternal interface for embryo maternal communication, which is essential to maintain pregnancy. Transcriptome studiem provide the unique opportunity to assess molecular profiles changing in response to endocrine or metabolic stimuli or to embryonic pregnancy recognition signals [reviewed in Bauersachs et al. 2008, Spencer et al. 2008].

PL

Niepłodność samic staje się w hodowli bydła coraz większym problemem, generującym ogromne koszty i opóźniającym postęp genetyczny. Próby zwiększenia płodności na drodze genetycznej selekcji są nieskuteczne z powodu niskiej odziedziczalności ważnej cechy rozrodu, jaką jest niepowtarzanie rui 90 dni po inseminacji (ang. non return-rate 90; NRR 90). Dlatego konieczne jest znalezienie innych cech fenotypowych bardziej bezpośrednio związanych z płodnością. Ponieważ do znacznej części poronień dochodzi w okresie przed implantacją, wzajemne interakcje pomiędzy wczesnym zarodkiem a jego środowiskiem w układzie rozrodczym matki są atrakcyjnym celem dla przyszłych systemowych badań,które mogą doprowadzić do poznania mechanizmów śmierci zarodków. W oparciu o całościową, analizę transkryptomu i proteomu [Hiendlender i wsp. 2005; Wolf i wsp. 2006] podjęliśmy próbę zrozumienia biologicznych mechanizmów komunikacji matka-zarodek i regulacji receptywności endometrium [Wolf i wsp. 2003]. Na krótką metę, celem tych badań jest opracowanie metody opartej na mikromacierzy,przeznaczonej do diagnozowania problemów z płodnością i analizy związków pomiędzy zakłóceniami metabolizmu a funkcjami rozrodczymi. Celem dalekosiężnym jest poznanie różnic genetycznych wpływających na profil ekspresji genów związanych z rozrodem w tkankach układu rozrodczego samicy, np. w endometrium. Endometrium podlega istotnym zmianom podczas cyklu rujowego i ciąży.Jako najbliższe otoczenie zarodka, endometrium jest czymś w rodzaju biologicznego „interfejsu” pozwalającego na komunikację pomiędzy matką i zarodkiem, bardzo ważnym dla utrzymania ciąży.Analiza transkryptomów daje wyjątkowe możliwości oceny zmian molekularnych zachodzących w odpowiedzi na sygnały hormonalne i molekularne a także matczynej reakcji na obecność płodu [prace przeglądowe: Bauersachs i wsp. 2008, Spencer i wsp. 2008].

Słowa kluczowe

EN

functional genome; genome; research; reproductive biology; biotechnology; cattle; cloning; endometrium; infertility; oestrus; pregnancy; transcriptome

• Wydawca: -
• Czasopismo: Animal Science Papers and Reports
• Rocznik: 2010
• Tom: 28
• Numer: 2
• Opis fizyczny: p.123-131,fig.,ref.

Twórcy

autor

Wolf E.

• Chair for Molecular Animal Breeding and Biotechnology, and Laboratory for Functional Genome Analysis (LAFUGA), Gene Center, Ludwig-Maximilians-Universitat Munchen, Munich, Germany

autor

Bauersachs S.

Bibliografia

• BAUERSACHS S., BLUM H., MALLOK S., WENIGRERKIND H., RIEF S., PRELLE K., WOLF E., 2003 − Regulation of ipsilateral and contralateral bovine oviduct epithelial cell function in the postovulation period: a transcriptomics approach. Biology of Reproduction 68(4), 1170-1177.
• BAUERSACHS S., MITKO K., BLUM H., WOLF E., 2007 − Technical note: Bovine oviduct and endometrium array version 1: a tailored tool for studying bovine endometrium biology and pathophysiology. Journal of Dairy Science 90(9), 4420-4423.
• BAUERSACHS S., MITKO K., ULBRICH S.E., BLUM H., WOLF E., 2008 − Transcriptome studies of bovine endometrium reveal molecular profiles characteristic for specific stages of estrus cycle and early pregnancy. Experimental and Clinical Endocrinology & Diabetes 116(7), 371-384.
• BAUERSACHS S., REHFELD S., ULBRICH S.E., MALLOK S., PRELLE K., WENIGERKIND H.,EINSPANIER R. BLUM H., WOLF E., 2004 − Monitoring gene expression changes in bovine oviduct epithelial cells during the oestrous cycle. Journal of Molecular Endocrinology 32(2), 449-466.
• BAUERSACHS S., ULBRICH S.E., GROSS K., SCHMIDT S.E., MEYER H.H., EINSPANIER R., WENIGERKIND H., VERMEHREN M., BLUM H., SINOWATZ F., WOLF E., 2005 − Gene expression profiling of bovine endometrium during the oestrous cycle: detection of molecular pathways involved in functional changes. Journal of Molecular Endocrinology 34(3), 889-908.
• BAUERSACHS S., ULBRICH S.E., GROSS K., SCHMIDT S.E., MEYER H.H., WENIGERKIND H., VERMEHREN M., SINOWATZ F., BLUM H., WOLF E., 2006 − Embryo-induced transcriptome changes in bovine endometrium reveal species-specific and common molecular markers of uterine receptivity. Reproduction 132(2), 319-331.
• BAUERSACHS S., ULBRICH S.E., ZAKHARTCHENKO V., MINTEN M., REICHENBACH M.,REICHENBACH H.D., BLUM H., SPENCER T.E., WOLF E., 2009 − The endometrium responds differently to cloned versus fertilized embryos. Proceedings of the National Academy of Science USA 106(14), 5681-5686.
• BERENDT F.J., FRÖHLICH T., BOLBRINKER P., BOELHAUVE M., GÜNGÖR T., HABERMANN F.A., WOLF E., ARNOLD G.J., 2009 − Highly sensitive saturation labeling reveals changes In abundance of cell cycle-associated proteins and redox enzyme variants during oocyte maturation In vitro. Proteomics 9(3), 550-564.
• BERENDT F.J., SCHMIDT S.E., REICHENBACH H.D., WOLF E., ARNOLD G.J., 2005 − Holistic differential analysis of embryo-induced alterations in the proteome of bovine endometrium in the preattachment period. Proteomics 5(10), 2551-2560.
• DEAN W., SANTOS F., STOJKOVIC M., ZAKHARTCHENKO V., WALTER J., WOLF E., REIK W., 2001 − Conservation of methylation reprogramming in mammalian development: aberrant reprogramming in cloned embryos. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 98(24), 13734-1378.
• HIENDLEDER S., BAUERSACHS S., BOULESTEIX A., BLUM H., ARNOLD G.J., FROHLICH T., WOLF E., 2005 − Functional genomics: tools for improving farm animal health and welfare.Revue Scientifique et Technicue 24(1), 355-377.
• HIENDLEDER S., BEBBERE D., ZAKHARTCHENKO V., REICHENBACH H.D.,WENIGERKIND H., LEDDA S., WOLF E., 2004a − Maternal-fetal transplacental leakage of mitochondrial DNA in bovine nuclear transfer pregnancies: potential implications for offspring and recipients. Cloning Stem Cells 6 (2), 150-156.
• HIENDLEDER S., MUND C., REICHENBACH H.D., WENIGERKIND H., BREM G.,ZAKHARTCHENKO V., LYKO F., WOLF E., 2004b − Tissue-specific elevated genomic cytosine methylation levels are associated with an overgrowth phenotype of bovine fetuses derived by in vitro techniques. Biology of Reproduction 71(1), 217-223
• HIENDLEDER S., WIRTZ M,, MUND C., KLEMPT M., REICHENBACH H.D., STOJKOVIC M., WEPPERT M, WENIGERKIND H., ELMLINGER M., LYKO F., SCHMITZ O.J., WOLF E.,2006 − Tissue-specific effects of in vitro fertilization procedures on genomic cytosine methylation levels in overgrown and normal sized bovine fetuses. Biology of Reproduction 75(1), 17-23.
• KLEIN C., BAUERSACHS S., ULBRICH S.E., EINSPANIER R., MEYER H.H., SCHMIDT S.E., REICHENBACH H.D., VERMEHREN M., SINOWATZ F., BLUM H., WOLF E., 2006 − Monozygotic twin model reveals novel embryo-induced transcriptome changes of bosine endometrium in the preattachment period. Biology Reproductive 4(2), 253-264.
• MITKO K,, ULBRICH S.E., WENIGERKIND H., SINOWATZ F., BLUM H., WOLF E.,BAUERSACHS S., 2008 - Dynamic changes in messenger RNA profiles of bovine endometrium during the oestrous cycle. Reproduction 2, 225-240.
• SANTOS E., ZAKHARTCHENKO V., STOIKOVIV M., .2003 − Epigenetic marking correlates with developmental potential in cloned bovine preimplantation embryos. Current Biology 13(13),1116-1121.
• SHI W., ZAKHARTCHENKO V., WOLF E., 2003 − Epigenetic reprogramming in mammalian nuclear transfer. Differentiation 71(2), 91-113.
• SPENCER T.E., SANDRA D., WOLF E., 2008 − Genes involved in conceptus-endometrial interactions in ruminants: insights from reductionism and thoughts on holistic approaches. Reproduction 135(2),165-179.
• WOLFE., ARNOLD G.J., BOUERSACHS S., BEIER H.M., BLUM., EINSPANIER R.,FROHLICH T., HERRLER A., HIENDLEDER S., KOLLE S., PRELLE K., REICHENBACH H.D., STOJKOVIC M., WENIGERKIND H., SINOWATZ F., 2003 − Embryo-maternal communication In bovine – strategies for deciphering a complex cross-talk. Reproduction in Domestic Animals 38(4),276-289.
• WOLF E., HIENDLEDER S., BAUERSACHS S., FROHLICH T., SINOWATZ F., BLUM H.,ARNOLD G.J., 2006 − Methods for transcriptome and proteome research: applications for studying the biology of reproduction in cattle. Berl Munch Tierarztl Wochenschr 119(1-2), 7-16.