Advanced chromosomal testing tools for embryo quality and fetal health

Abstract

Embrüo arengu esimene nädal on kriitiline periood, mil organismi kõige varasemad arengujuhised rakenduvad. Selle perioodi mõistmine võib aidata parandada inimeste viljatusravi. Käesolevas väitekirjas kasutati inimese mudelorganismina veist, et uurida olulisi geene, mida nimetatakse PRDL-klassi homeoboks geenideks ja mis on aktiivsed inimese embrüotes enne pesastumist emaka siseseinale ehk implantatsiooni. Väitekirjas esitatud esimene uuring kirjeldab seitsme veise PRDL-geeni struktuuri ja aktiivsust pesastumis-eelsetes embrüotes. Samuti tuvastati TPRX3 kui transkriptsioonifaktor, mis võib aktiveerida teisi geene. Teises uuringus kasutatati spetsiifilist RNA sekveneerimise meetodit ning tuvastati võimalikud tegurid, mis aktiveerivad embrüo enda genoomi. Teadmine, millised tegurid aktiveerivad embrüo genoomi arengu kõige varasemas etapis, on oluline reproduktiivtehnoloogiate parandamiseks. Väitekirja kolmas uuring keskendub teisele PRDL-klassi geenile, DUXC-le. Kuna DUXC-d peetakse genoomi aktivaatoriks, on selle üksikasjalik iseloomustamine vajalik selle protsessi mõistmiseks. Uuring kinnitas, et DUXC-geen on varajastes embrüotes aktiivne ning selle struktuur erineb varasemast teadaolevast. Samuti näidati, et DUXC genoomne struktuur on erinevate veisetõugude vahel sarnane. Lisaks on see sarnane oma inimese homoloogi DUX4 genoomse struktuuriga. Olulise leiuna näidati ka, et DUXC ekspressioon ei sõltu embrüo enda genoomi aktiivsusest. Viimane uuring käsitles keskkonnategurite mõju embrüo varajasele arengule. Meie tulemused näitasid, et veise embrüote kasvatamine 20% hapnikutasemel aeglustab embrüo genoomi aktiveerumist. Seetõttu kinnitati, et embrüote kasvatamine laboris madalama hapnikutasemega tingimustes, mis on sarnased emaka tingimustega, on optimaalne. Kokkuvõttes näitasid need uuringud, kuidas PRDL-geenid suunavad embrüo üleminekut emalt kaasa saadud arengu juhistelt embrüo enda genoomi juhistele ning annavad uusi teadmisi imetajate elu kõige varasematest etappidest

The first week of embryo development is a critical window when an organism’s earliest instructions are put into action. Understanding this period could improve fertility treatments in humans. This thesis uses cows as a model to study key genes called PRDL homeobox genes, which are active before implantation in human embryos. The first study included in the thesis uncovers the structure and activity of seven bovine PRDL genes in preimplantation embryos. It also identifies TPRX3 as a transcription factor that can turn on other genes. The second study uses a specific RNA sequencing method and reveals candidate factors that activate the embryo’s own genome. Knowing which factors activate the embryo’s genome at the very beginning of development is important for improving reproductive technologies. The third study of this thesis focuses on another PRDL class gene, DUXC. Since DUXC is regarded as a genome activator, its detailed characterization is necessary to understand this process. This study confirms that the DUXC gene is active in early embryos and has a different structure than previously thought. Our study also shows that the genomic organization of DUXC is similar across different cattle breeds. In addition, it is similar to the genomic organization of its human homologue DUX4. Importantly, we also show that the expression of DUXC does not depend on the embryo’s own genome activity. The final study focuses on the environmental effect on early embryo development. Our study demonstrates that culturing bovine embryos in 20% oxygen delays genome activation in embryos. Therefore, we confirm that culturing embryos in the laboratory at low oxygen levels, similar to those in the uterus, is optimal. Together, these studies illuminate how PRDL genes guide the transition from maternal to embryonic instructions, providing new insights into the earliest stages of life in mammals