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Gibt es vordefinierte Implantationsstellen in der Gebärmutter von Säugetieren?

Gibt es vordefinierte Implantationsstellen in der Gebärmutter von Säugetieren?


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Ich mache einen chirurgischen Embryotransfer von genetisch veränderten (mikroinjizierten) Mausembryonen (im 1- oder 2-Zellstadium). Da die meisten Konstrukte neu sind, erwarten wir, dass dies die Geburtenrate beeinflussen kann. Falls keine oder nur sehr wenige Welpen geboren werden, versuchen wir zu untersuchen, in welchem ​​Stadium das Problem auftritt. Ich seziere die Embryoempfänger am Tag 21 (+48 Stunden, um sicherzustellen, dass wir keine Maus opfern, die zu spät zum Einstreuen kommt). Manchmal finde ich dunkle, gelartige, regelmäßig angeordnete Strukturen auf der Mesenterialseite der Gebärmutter. Anfangs dachte ich, dass es sich um Implantationsstellen der Embryonen handelt, die aus irgendeinem Grund später resorbiert wurden. Bis ich ähnliche Strukturen bei Mäusen fand, die nicht mit Männchen gepaart wurden. Meine Frage ist: Gibt es anatomisch vordefinierte Stellen in einer Gebärmutter, in die Embryonen eindringen können? Sind meine Sektionen nur Zeitverschwendung und liefern keine wertvollen Daten?


Follistatin ist ein wichtiger Akteur bei der Einnistung von Embryonen

Um die Erfolgsrate von assistierten Reproduktionstechnologien zu verbessern, untersuchten Forscher des Baylor College of Medicine den Mechanismus, der an der erfolgreichen Embryonenimplantation beteiligt ist, einem wesentlichen Bestandteil der weiblichen Fruchtbarkeit. Sie entdeckten, dass das Protein Follistatin eine Schlüsselrolle bei der Empfänglichkeit der Gebärmutter für die Einnistung des Embryos in einem Tiermodell spielt. Die Ergebnisse, veröffentlicht im Proceedings of the National Academy of Sciences, zum Verständnis der Embryonenimplantation beitragen und ein Tiermodell bereitstellen, in dem das Versagen der Einnistung des menschlichen Embryos untersucht werden kann.

„Die Einnistung des Embryos in die Gebärmutterwand ist ein hoch koordinierter Prozess, der viele Proteine ​​​​und eine Kommunikation zwischen dem Embryo und der Mutter beinhaltet. Wenn diese Kommunikation fehlschlägt, wird der Embryo nicht an die Gebärmutter haften und sich kein neues Leben entwickeln“, sagte Co-Autorin Dr. Diana Monsivais, Postdoktorandin für Pathologie und Immunologie am Baylor College of Medicine.

Der komplexe Prozess der Embryoimplantation in die Gebärmutter hat das Interesse von Forschern auf diesem Gebiet zum Teil geweckt, weil er bei etwa der Hälfte der In-vitro-Fertilisationsverfahren fehlschlägt. Ein besseres Verständnis des Prozesses würde dazu beitragen, die Chancen auf erfolgreiche Versuche einer In-vitro-Fertilisation zu erhöhen.

Ein Mausmodell hilft beim Verständnis der Embryoimplantation

In dieser Studie haben die Forscher Mäuse gentechnisch so verändert, dass ihnen Follistatin in der Gebärmutter fehlt, und die Auswirkungen auf die weibliche Fruchtbarkeit von Mäusen bestimmt.

"Follistatin war bereits nach der Implantation als wichtig bekannt. Es fördert die Dezidualisierung der Gebärmutter, dh die Veränderungen in der Gebärmutter, die notwendig sind, um den Embryo während seiner Entwicklung zu unterstützen und zu nähren", sagte Monsivais. „Wenn die Dezidualisierung stattfindet, steigen die Follistatin-Spiegel an, daher haben wir erwartet, dass die Folgen der Deletion des Follistatin-Gens bei der Dezidualisierung auftreten würden. Das waren sie, aber wir waren überrascht, auch Effekte zu sehen, die noch früher als die Dezidualisierung bei der Implantation auftraten, die zuvor nicht beschrieben wurden ."

Weibliche Mäuse, denen Follistatin in der Gebärmutter fehlte, produzierten weniger Jungtiere pro Weibchen und weniger Würfe als normale Mäuse. Eine sorgfältige Bewertung der Implantation bei diesen Mäusen ergab, dass die Embryonen nicht an der Uteruswand anhaften. Sie schweben in der Gebärmutter. Da sie sich nicht an die Gebärmutterwand anheften, lösen die Embryonen keine Dezidualisierung aus.

„Die Entdeckung, dass Follistatin ein wichtiges Protein ist, das für eine erfolgreiche Implantation von Mausembryonen erforderlich ist, kann uns helfen, Strategien zu entwickeln, die die Erfolgsrate von Verfahren zur Implantation menschlicher Embryonen in der Klinik für assistierte Reproduktionstechnologien verbessern könnten“, sagte Senior-Autor Dr. Martin Matzuk, Direktor des Center for Drug Discovery und Stuart A. Wallace Chair, Robert L. Moody, Sr. Chair und Professor für Pathologie und Immunologie am Baylor College of Medicine.

„Ich denke, die Embryoimplantation ist wie eine Blackbox, und ein Mausmodell ist ein großartiges Werkzeug, mit dem wir Erkenntnisse darüber gewinnen können, wie diese Blackbox beim Menschen funktionieren könnte“, sagte Monsivais. "Diese Studie eröffnet die Möglichkeit, Biomarker zu identifizieren, d Implantation."


Die Endokrinologie der Reproduktion von Säugetieren

David O. Norris Ph.D. , James A. Carr Ph.D. , in Wirbeltier-Endokrinologie (Fünfte Ausgabe) , 2013

Makropodide Beuteltiere haben eine Form der verzögerten Implantation namens . entwickelt embryonale Diapause. Embryonale Diapause wurde für 14 Makropodidenarten berichtet, kommt aber bei mindestens einer Art, dem Westlichen Grauen Riesenkänguru, nicht vor. Ein wesentlicher Unterschied zur verzögerten Implantation bei eutherischen Säugetieren ist der Zustand der ruhenden Blastozyste. Die makropodide Blastozyste besteht aus etwa 70 bis 100 Zellen eines einheitlichen Typs namens Protodermie. Die makropodide Blastozyste ist von einer Schalenmembran und einer Eiweißschicht umgeben. Es hat sich noch nicht in embryonale (innere Zellmasse) und extraembryonale (Trophoblasten) Regionen wie die der Eutherianer differenziert.


Spaltung und Implantation

Verglichen mit den meisten anderen Arten ist die Spaltung von Säugetieren ein gemächlicher Prozess, der in Tagen statt in Stunden gemessen wird. Die Entwicklung verläuft in den ersten 2 Tagen mit einer Geschwindigkeit von etwa einer Spaltungsteilung pro Tag (Feigen. 3.1 und 3.2). Nach dem 2-Zell-Stadium ist die Säugetierspaltung asynchron, wobei 1 der 2 Zellen (Blastomeren) teilt sich zu einem 3-zelligen Embryo. Wenn der Embryo aus ungefähr 16 Zellen besteht, wird er als a . bezeichnet morula (abgeleitet vom lateinischen Wort für „Maulbeere“).

Im Blastozystenstadium besteht der Embryo, der noch von der Zona pellucida umgeben ist, aus zwei Zelltypen: einer äußeren Epithelschicht (der Trophoblast), die eine kleine innere Gruppe von Zellen umgibt, die als bezeichnet wird innere Zellmasse (siehe Abb. 3.1). Jedes Blastomere im Zweizell- und Vierzellstadium trägt Zellen sowohl zur inneren Zellmasse als auch zum Trophoblasten bei. Das Ende der Blastozyste, das die innere Zellmasse enthält, wird als bezeichnet embryonaler Pol, und das entgegengesetzte Ende heißt das abembryonaler Pol. Das Auftreten dieser beiden Zelltypen spiegelt die großen organisatorischen Veränderungen wider, die innerhalb des Embryos stattgefunden haben, und repräsentiert die Spezialisierung der Blastomeren in zwei verschiedene Zelllinien. Zellen der inneren Zellmasse bilden neben mehreren extraembryonalen Strukturen den Körper des Embryos selbst, während Zellen des Trophoblasten nur extraembryonale Strukturen einschließlich der äußeren Schichten der Plazenta bilden. Es gibt immer mehr Beweise dafür, dass Fibroblasten-Wachstumsfaktor-4, ein Wachstumsfaktor, der von Zellen der inneren Zellmasse sezerniert wird, wirkt, um die mitotische Aktivität im darüber liegenden Trophoblast aufrechtzuerhalten.

Molekulare, genetische und entwicklungsbezogene Kontrolle der Spaltung

Aufgrund der fehlenden massiven Speicherung mütterlicher Ribosomen und RNAs während der Oogenese muss die Entwicklung des Säugerembryos auf die Aktivierung zygotischer Genprodukte in einem sehr frühen Stadium angewiesen sein. Die meisten mütterlichen Transkriptionsprodukte werden im Zweizellstadium (Abb. 3.4). Einige davon stimulieren jedoch die Aktivierung des embryonalen Genoms, das mit der Produktion von RNAs aus einer signifikanten Anzahl von Genen (>1500) beginnt, wenn die Spaltung bis zum Vierzellstadium fortgeschritten ist. Es scheint keinen scharfen Übergang zwischen der Beendigung der Abhängigkeit von rein mütterlichen Genprodukten und der Initiierung der Transkription aus dem embryonalen Genom zu geben. Einige väterliche Genprodukte (z. B. Isoformen von β-Glucuronidase und β2-Mikroglobulin) treten sehr früh im Embryo auf, während mütterliche Aktin- und Histon-mRNAs noch zur Herstellung entsprechender Proteine ​​verwendet werden. Als Hinweis darauf, inwieweit der frühe Embryo auf seine eigenen Genprodukte angewiesen ist, findet bei der Maus keine Entwicklung über das Zweizellstadium hinaus statt, wenn die mRNA-Transkription gehemmt wird. Im Gegensatz dazu unterbricht eine ähnliche Behandlung von Amphibienembryonen die Entwicklung nicht bis zur späten Spaltung, zu welcher Zeit die Embryonen beginnen, die mRNAs zu synthetisieren, die erforderlich sind, um morphogenetische Bewegungen und Gastrulation zu kontrollieren.

Reife Eizellen und Spermien sind transkriptionell inaktiv. Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass ihre DNA stark methyliert ist. Methylierung, das auf CpG-Dinukleotiden auftritt, inaktiviert normalerweise das zugehörige Gen. Eine solche Inaktivierung wird oft genannt epigenetische Regulation weil es die grundlegende DNA-Sequenz nicht verändert. Methylierung kann Informationsgene oder deren Regulatoren (z. B. Enhancer oder Promotoren) inaktivieren. Ausgeprägte Zyklen globaler Methylierung und Demethylierung treten während der Lebensspanne eines Individuums auf (Abb. 3.5). Innerhalb von 4 Stunden nach der Befruchtung erfährt das väterlicherseits abgeleitete Genom eine schnelle, massive Demethylierung. Die Demethylierung des maternal abgeleiteten Genoms erfolgt langsamer bis zur frühen Morula, in der die gesamte DNA maximal demethyliert ist. Die Remethylierung erfolgt in der inneren Zellmasse, bis sie im späten Blastozystenstadium wieder auf maximale Werte zurückkehrt. Innerhalb der Keimzelllinie sinken die für den frühen Embryo charakteristischen hohen Methylierungswerte, nachdem die Urkeimzellen in die Genitalleiste eingetreten sind. Während der späteren Gametogenese kommt es zur Remethylierung. Diese Remethylierung prägt (siehe S. 43) mütterliche oder väterliche Eigenschaften auf die Gameten und hat bei einigen Genen tiefgreifende Auswirkungen auf die Embryonen, die aus diesen Gameten hervorgegangen sind. Die epigenetische Kontrolle ist nicht auf Methylierungsmuster beschränkt. Bereits in der Zygote erklären unterschiedliche Muster der Histon-Assoziation mit dem Chromatin ausgeprägte Unterschiede in der Genexpression zwischen männlichen und weiblichen Vorkernen.

Oct-4 wird in allen Blastomeren bis zum Morula-Stadium exprimiert. Wenn im Embryo verschiedene differenzierte Zelltypen entstehen, steigt der Gehalt an okt4 Die Genexpression in diesen Zellen nimmt ab, bis sie nicht mehr nachweisbar ist. Eine solche Abnahme wird zuerst bei Zellen beobachtet, die sich zur Bildung extraembryonaler Strukturen verpflichten, und schließlich bei Zellen der spezifischen Keimblätter, wenn sie aus dem Primitivstreifen hervorgehen (siehe Kapitel 5). Auch nachdem praktisch alle Zellen des Embryos aufgehört haben, die Okt4 Gen ist es noch in den Urkeimzellen nachweisbar, die von der Allantoisregion zu den Genitalleisten wandern. Aufgrund seines Verteilungsmusters steht das oct-4-Protein im Verdacht, eine regulatorische Rolle bei der Aufrechterhaltung des undifferenzierten Zustands und bei der Etablierung und Aufrechterhaltung der Pluripotenz der Keimzellen zu spielen.

Elterliche Prägung

Klinische Korrelation 3.1 Erkrankungen und Syndrome im Zusammenhang mit elterlicher Prägung

Ein markantes Beispiel für väterliche Prägung beim Menschen ist a Blasenmole (s. Abb. 7.16), die durch die Überentwicklung trophoblastischer Gewebe und die extreme Unterentwicklung des Embryos gekennzeichnet ist. Dieser Zustand kann aus der Befruchtung einer Eizelle durch zwei Spermatozoen und dem daraus resultierenden Versagen des mütterlichen Genoms der Eizelle, an der Entwicklung teilzunehmen, oder aus der Verdoppelung eines Spermienvorkerns in einer „leeren“ Eizelle resultieren. Diese Form der stark abnormalen Entwicklung steht im Einklang mit der Hypothese, dass die väterliche Prägung die Entwicklung des Trophoblasten auf Kosten des Embryos begünstigt.

X-Chromosom-Inaktivierung

Genetische Studien zeigen eine komplexe ontogenetische Geschichte der X-Chromosomen-Inaktivierung (Abb. 3.9). In der weiblichen Zygote sind beide X-Chromosomen transkriptionell inaktiv, wenn auch nicht durch die Wirkung von XIST, wegen der globalen Inaktivierung der Transkription im sich früh spaltenden Embryo. Im Vierzellstadium und in das Morulastadium wird das väterlich abgeleitete X-Chromosom als Ergebnis der elterlichen Prägung inaktiviert. Während der Embryo dann die Blastozyste bildet, bleiben die väterlich abgeleiteten X-Chromosomen im Trophoblasten und im Hypoblasten (s. Abb. 5.1) inaktiviert, aber innerhalb der Zellen der inneren Zellmasse werden beide X-Chromosomen aktiv. Wenn sich die Zellen der inneren Zellmasse zu differenzieren beginnen, durchlaufen die somatischen Zellen eine zufällige permanente XIST-basierte X-Chromosomen-Inaktivierung entweder des mütterlichen oder des väterlichen X-Chromosoms. Innerhalb der Keimzelllinie erfolgt die Aktivierung beider X-Chromosomen während der ersten meiotischen Teilung.

Entwicklungseigenschaften von spaltenden Embryonen

Die frühe Embryogenese von Säugetieren gilt als hochgradig regulativer Prozess. Verordnung ist die Fähigkeit eines Embryos oder Organprimordiums, eine normale Struktur zu erzeugen, wenn Teile entfernt oder hinzugefügt wurden.* Auf zellulärer Ebene bedeutet dies, dass das Schicksal von Zellen in einem Regulationssystem nicht unwiederbringlich festgelegt ist und die Zellen noch reagieren können zu Umwelthinweisen. Da die Zuordnung von Blastomeren zu verschiedenen Zelllinien eines der Hauptmerkmale der Säugetierentwicklung ist, ist es wichtig, die beteiligten Umweltfaktoren zu identifizieren.


Abstrakt

Die Implantation beinhaltet einen komplizierten Diskurs zwischen Embryo und Gebärmutter und ist ein Tor zur weiteren embryonalen Entwicklung. Die Synchronisierung der Embryonalentwicklung bis zum Blastozystenstadium mit der Uterusdifferenzierung, die zur Herstellung des rezeptiven Zustands stattfindet, ist entscheidend für eine erfolgreiche Implantation und damit für den Ausgang der Schwangerschaft. Obwohl die Implantation das Zusammenspiel zahlreicher Signalmoleküle beinhaltet, sind die hierarchischen Anweisungen, die den Embryo-Uterus-Dialog koordinieren, nicht gut verstanden. Diese Übersicht unterstreicht unser Wissen über die molekulare Entwicklung von Präimplantation und Implantation und die zukünftigen Herausforderungen auf diesem Gebiet. Ein besseres Verständnis der Periimplantationsbiologie könnte die weibliche Unfruchtbarkeit lindern und zur Entwicklung neuer Verhütungsmittel beitragen.


Diskussion

Die Bindungsreaktion in Monodelphis Hat molekulare Signaturen, die mit der Implantation von Menschen und Nagetieren übereinstimmen.

Beim Menschen folgt die Implantation einer Reihe von strukturellen und molekularen Veränderungen insbesondere der Gebärmutterschleimhaut. Diese Veränderungen beinhalten die Produktion von Proteinen zur Regulierung der Mutter-Embryo-Interaktionen (Abb. 7 .).EIN). Die Veränderungen der luminalen Epithelzellen und der Dichte der Zelladhäsionsmoleküle bei der Opossum-Attachment-Reaktion ähneln der Implantationsreaktion bei der Schwangerschaft von Mensch und Nagetier (50, 51). Einige der Veränderungen, die die Einnistung bei Eutheren unterstützen, treten auch bei der Geburt auf m. inländisch (Abb. 7B). Die auffallendste Ähnlichkeit besteht darin, dass trotz normaler physiologischer Prozesse und trotz Abwesenheit einer Infektion oder Krankheitserreger sowohl die Einnistung bei Eutheren als auch die Geburt in m. inländisch beinhalten einen konservierten Satz von Entzündungsmarkern und Immunsignalwegen (Abb. 7 .).EIN). Die Expression wichtiger Implantationsmarker und konsistente Entzündungsmuster deuten darauf hin, dass die Attachment-Reaktion in m. inländisch ist homolog mit den molekularen Prozessen der Implantation bei menschlichen und Nagetierschwangerschaften und unterstützt auch die Hypothese, dass sich die Lebendgeburtlichkeit vor dem jüngsten gemeinsamen Vorfahren von Eutheriern und Beuteltieren entwickelt hat. Homologie impliziert, dass sich der menschliche Implantationsprozess durch die Modifikation einer Bindungsreaktion der Vorfahren entwickelt hat, die der hier im Opossum dokumentierten ähnelt. Diese Ansicht steht im Einklang mit der Interpretation der Humanimplantation als modifizierte Entzündungsreaktion (11).

Im Opossum stimmen die HBEGF-Lokalisierungsmuster damit überein, dass dieses Molekül eine Schlüsselkomponente der Bindungsreaktion ist. HBEGF kommt am häufigsten in luminalen Epithelzellen während der Implantation bei Nagetieren und Menschen vor (33, 52). Ein interessanter Unterschied besteht darin, dass in der Maus HBEGF auch im Trophoblasten exprimiert wird. Wir fanden keine Färbung im Opossum-Trophoblasten. Obwohl die funktionelle Bedeutung von HBEGF in Monodelphis Eine Schwangerschaft kann aus unseren Daten nicht abgeleitet werden, sie ist wahrscheinlich wichtig für die Mutter-Embryo-Kommunikation nach der Plazentabildung. Obwohl die HBEGF-Lokalisierung mit den uterinen Genexpressionsniveaus in nicht schwangeren und nach der Anheftung korreliert Monodelphis (Abb. 6 D und F), am 8. Schwangerschaftstag kommt es zu einem Anstieg der HBEGF mRNA-Expression, die nicht zur Anwesenheit von HBEGF-Protein in Geweben zu führen scheint (Abb. 5 .).E). Wir vermuten, dass dieses Gen eine posttranskriptionelle Regulation im Präattachment-Uterus aufweist. HBEGF existiert in einer membrangebundenen Form (die Interaktionen mit benachbarten Zellen erleichtert) und als sekretiertes Molekül (das Signale an benachbarte Zellen wie Stroma-Fibroblasten sendet) (53). Die Lokalisierung von HBEGF im Zytoplasma von Zellen lässt vermuten, dass es in einer sezernierbaren Form vorliegt und eine Signalfunktion bei der Anheftungsreaktion haben könnte. Bei Mäusen ist die uterine Produktion von HBEGF von hormonellen Signalen der Blastozyste abhängig und tritt während einer Scheinschwangerschaft nicht auf (33, 54). Blastozystengroße Kügelchen, die mit HBEGF geschnürt waren, reichten aus, um implantationsähnliche Reaktionen im Mausendometrium hervorzurufen, einschließlich der Produktion von PTGS2 und der Dezidualisierung von endometrialen Stromazellen in vivo (55, 56). Ektopisches HBEGF ist auch ausreichend, um die Expression von HBEGF im Endometrium zu induzieren, was darauf hindeutet, dass es sich selbst positiv regulieren kann.

Die Implantation bei eutherischen Säugetieren ist ein entzündlicher Prozess (11). Während einer normalen Schwangerschaft wird diese Entzündung durch den Trophoblasten ausgelöst und beinhaltet die Rekrutierung natürlicher Killerzellen an die Implantationsstelle sowie die Produktion einer Reihe von proinflammatorischen Zytokinen, einschließlich IL6 und TNF (57). Lokalisierte Verletzungen und Endometriumbiopsien vor der In-vitro-Fertilisationsbehandlung führen zu höheren Implantationsraten diese erhöhten Raten werden vermutlich durch eine Induktion der für die Implantation notwendigen proinflammatorischen Moleküle verursacht (58, 59). Begriff Schwangerschaft in m. inländisch ist ebenfalls entzündlich, wobei viele der gleichen Zytokine (einschließlich IL6, TNF und IL19) in der Gebärmutter produziert werden. PGE2 ist ein Lipid, das lokal und allgemein bei Wirbeltieren Entzündungen fördert. PTGS2 ist das geschwindigkeitsbestimmende Enzym in PGE2 Synthese, und es wird nur während einer Entzündung in normalen Geweben exprimiert. Wir lokalisierten die Expression von PTGS2 zu luminalen Epithelzellen des Opossums an der Grenzfläche der Plazenta, was darauf hindeutet, dass diese Grenzfläche einen proinflammatorischen Zustand induziert (Abb. 6 .).ich). Bei Mäusen führt die lokalisierte Repression von PTGS2 zu mehreren Formen von Reproduktionsversagen, einschließlich Implantations- und Dezidualisierungsversagen der Gebärmutter (60).

PTGES ist ein weiteres Enzym, das für die Produktion von PGE . entscheidend ist2. Im Gegensatz zu PTGS2 ist PTGES im Trophoblastengewebe lokalisiert (Abb. 6L). Die Expression von PTGS2 im Uterus und PTGES im Trophoblast legt nahe, dass die Induktion einer Plazentaentzündung wahrscheinlich ein Signal ist, das auf das Vorhandensein eines Fötus hinweist, da sowohl die Aktivierung des Uterus, der PTGS2 liefert, als auch des Trophoblasten, der PTGES liefert, notwendig zu sein scheint, um zu produzieren PGE2. Wir würden nur entzündliche PGE erwarten2 Signalübertragung, wenn der vorbereitete Uterus, der PTGS2 exprimiert, an den Trophoblasten anhaftet, der PTGES exprimiert, das letzte Enzym, das für PGE . verantwortlich ist2 Synthese.

Eine Entzündung des Endometriums wird wahrscheinlich durch eine Kombination von zwei Prozessen induziert: Gewebeschädigung durch den Trophoblast, die eine Entzündung auslösen kann, und eine konzertierte Anstrengung (von Mutter und Embryo), die sich entwickeln kann, um eine Entzündung als Mechanismus zur Induktion der Geburt zu induzieren. Bei Menschen und Mäusen produziert der Trophoblast eine Reihe von Serinproteasen, die für die Hochregulierung von Entzündungsmolekülen wie PTGS2 verantwortlich sind (61). In ähnlicher Weise produziert der Trophoblast des Opossums die Serinprotease 8 (SI-Anhang, Abb. S1) und Cathepsine (62), die mit dem Abbau der Schalenmembran verbunden sind. Serinprotease 8 gehört auch zu den am stärksten induzierten Proteasen in der Maus und der menschlichen Blastozyste (61). Nach dem Abbau der Schale können diese Proteasen das Gebärmuttergewebe schädigen und Entzündungen auslösen.

Die Immunfolgen einer Schwangerschaft scheinen bei lebendgebären Reptilien milder zu sein, bei denen einige spezifische Interleukin-Gene herunterreguliert zu sein scheinen und keine vollständige Hochregulierung von Entzündungsmarkern beobachtet wurde (19, 63, 64). Dieser Unterschied könnte teilweise durch das Fehlen eines invasiven Trophoblasten oder andere Eigenschaften des Choriongewebes verursacht werden, die für Säugetiere einzigartig sind und nicht mit der Entwicklung der Viviparität in Verbindung stehen (65, 66). Das Fehlen einer starken Entzündungs- und Immunreaktion bei lebendgebärenden Reptilien mit einer Plazenta deutet darauf hin, dass abgeleitete Eigenschaften des Therian-Trophoblasten die in . beobachtete Entzündungsreaktion auslösen können m. inländisch. Insbesondere die Herstellung von Komponenten der PGE2 Syntheseweg im mütterlichen und embryonalen Gewebe (Abb. 6) legt nahe, dass die am Ende beobachtete Entzündungsreaktion das Ergebnis eines kooperativen Prozesses zwischen Mutter und Embryo ist, um die Geburt auszulösen.

Evolution und Funktion der Bindungsreaktion während der Evolution der Therian-Schwangerschaft.

Der Grund für den Fortpflanzungsmodus des Beuteltiers – kurze Trächtigkeit mit sehr kurzer Plazentafixierung und verlängerter postpartaler Entwicklung und Wachstum – ist eine grundlegende Frage für das Verständnis der Beuteltierevolution. Der Trophoblast von m. inländisch dringt zwischen die mütterlichen Uterusepithelzellen ein, durchbricht jedoch nicht die Basalmembran (67). Diese Gewebeschädigung führt wahrscheinlich zu Entzündungen im mütterlichen Gewebe, was die Frage aufwirft: "Warum haben sich Trophoblastenzellen entwickelt, um bei Beuteltieren überhaupt zwischen Uterusepithelzellen einzudringen?" Im Gegensatz zu Eutherianern erhalten Beuteltiere vor der Geburt kaum Ressourcen von der Mutter, so dass eine Invasion als Mittel zur Erhöhung der embryonalen Kontrolle über den Plazentatransport unwahrscheinlich erscheint.

Alternativ kann sich die Quasi-Invasion speziell entwickelt haben, um einen entzündlichen Prozess zu induzieren, um eine Geburt herbeizuführen. Entzündungen sind ein wichtiger Bestandteil des Geburtsprozesses bei eutherischen Säugetieren, und eine Infektion kann zu vorzeitigen Wehen führen (68, 69). Bei Wallabies reichen entzündliche Prostaglandine aus, um das Geburtsverhalten zu induzieren, und eine Blockierung der Prostaglandinaktivität spät in der Schwangerschaft führt zu einer Verlängerung der Schwangerschaft (70, 71). Unsere Daten legen nahe, dass im Opossum Prostaglandin E2 Die Synthese über die Produktion von PTGS2 und PTGES ist eine Folge der Bindungsreaktion, und diese Prozesse können mit der Geburtseinleitung in Verbindung gebracht werden.

Angesichts des entzündlichen Charakters der Bindungsreaktion sowohl bei Beuteltieren als auch bei Eutheren und vermutlich bei den Vorfahren der Therian, muss die Verlängerung der Schwangerschaft bei Eutheren einen Mechanismus zur Unterdrückung des Immunsystems erfordern, um eine mütterliche Abstoßung des Babys zu verhindern. Die Schwangerschaft bei Mensch und Maus wird durch eine verlängerte entzündungshemmende Phase zwischen Implantation und Geburt aufrechterhalten (11), was darauf hindeutet, dass der Wechsel in einen entzündungshemmenden Zustand nach der Implantation eine Innovation von grundlegender Bedeutung für die Verlängerung der Schwangerschaft bei Euthern war (Abb. 8) . Diese Hypothese kann überprüft werden, indem festgestellt wird, ob die eher basalen eutherischen Kladen Afrotheria und Xenarthra auch Mechanismen zur Kontrolle der während der Implantation induzierten Entzündungsprozesse aufweisen (72, 73).

Vergleich zwischen den wichtigsten Stadien der Schwangerschaft beim Opossum und beim Menschen. Der eutherische Fortpflanzungszustand hat sich durch die Einfügung einer entzündungshemmenden Schwangerschaftsperiode zwischen der entzündlichen Bindungsreaktion und der entzündlichen Geburtsreaktion entwickelt. Gestrichelte Pfeile stellen die beiden Hypothesen dar, die erklären könnten, wie sekundäre Entzündungen bei Eutherianern entstanden sind: 1) Die eutherische Schwangerschaft kann entweder durch die Einfügung einer entzündungshemmenden Phase der Schwangerschaft in einen entzündlichen Prozess bei den Vorfahren verstanden werden oder 2) durch die Hinzufügung von sowohl eine antiinflammatorische Phase als auch eine unabhängig abgeleitete sekundäre Entzündung bei der Geburt.

Da die eutherische Geburt wie die Implantation ein entzündlicher Prozess ist (11, 68) und die Bindungsreaktion im Opossum entzündlich ist, besteht eine interessante Hypothese darin, dass sowohl die Implantation als auch die Geburt proinflammatorische Reaktionen sind, da sie beide abgeleitete Formen der therischen Bindung sind Reaktion (Abb. 8). Daher ist nur die nicht-entzündliche Phase der Schwangerschaft für eutherische Säugetiere einzigartig. Alternativ könnte die Entzündung, die bei der Geburt bei Euthern auftritt, eine unabhängig abgeleitete Strategie sein, die für diese Gruppe einzigartig ist (Abb. 8). Um diese Hypothesen zu entwirren, sollte zukünftige Forschung testen, ob (ich) Entzündung erleichtert die Geburt im Opossum, (ii) die Entzündung während der eutherischen Geburt, wie die Implantation, eine Überlappung auf Transkriptomebene mit der Beuteltier-Anheftungsreaktion zeigt, und (iii) die Art der Entzündung bei Einnistung und Geburt haben konservierte Elemente.

Eine Einschränkung unserer Studie ist, dass sie davon ausgeht, dass der Fortpflanzungsmodus in Monodelphis ist repräsentativ für das Stamm-Therian-Säugetier. Obwohl argumentiert werden kann, dass das breite Fortpflanzungsmuster des Opossums wahrscheinlich das angestammte therische Säugetier widerspiegelt, ist es aufgrund der Topologie der Säugetierphylogenie nicht möglich, diese Hypothese mit Hilfe von Ahnenzustandsrekonstruktionen zu überprüfen, dh es gibt nur eine lebendgebärende Säugetiergruppe außerhalb der Eutherianer. Darüber hinaus wurden keine Fossilien gefunden, die feststellen könnten, ob die Fortpflanzungsstrategie der Beuteltiere oder der Eutheren die der Ahnen-Therianer besser widerspiegelt. Daher kann eine alternative Erklärung unserer Ergebnisse vorgeschlagen werden, wenn wir davon ausgehen, dass Eutherier die Fortpflanzungsstrategie der lebenden Säugetiere ihrer Vorfahren besser repräsentieren. Nach diesem Modell sind die Veränderungen der Genexpression, die im Uterus zum Zeitpunkt der Geburt im Opossum beobachtet werden, homolog zu denen der eutherischen Implantation, da die Beuteltierschwangerschaft als ein früher Schwangerschaftsabbruch bei der Implantation angesehen werden kann. Obwohl wir dieses Szenario nicht für wahrscheinlich halten, ist es wichtig, es als alternative Interpretation anzugeben.


Faktoren, die die Spermienmigration regulieren

Alle der in Tabelle 1 aufgeführten 11 Klasse-I-Linien von Männchen mit gestörten Genen wiesen den gleichen Defekt der Spermienmigration in den Eileiter auf, ein Defekt, der von . nicht identifiziert worden wäre in vitro Studien. Bei Mäusen treffen sich Uterus und Eileiter in einer Struktur namens Uterotubal Junction (UTJ), die die Anzahl der Spermien, die die Eier erreichen, signifikant reduziert. Der Fluss im UTJ ist bidirektional. Nach dem Koitus müssen sich die Spermatozoen nach oben bewegen, um die Eizellen zu erreichen, und nach der Verschmelzung der Gameten müssen Embryonen, die aus befruchteten Eizellen resultieren, zur Einnistung in den Uterus die UJ nach unten wandern. Wie die UTJ diesen bidirektionalen Fluss reguliert, ist nicht bekannt. Es ist jedoch klar, dass die Spermienmigration nicht durch einfaches Öffnen und Schließen des UTJ-Eingangs bei der Maus reguliert wird. Ein Hoden-spezifisches molekulares Chaperon, Calmegin, ist eines der wesentlichen Gene, die für die Migration von Spermatozoen in den Eileiter erforderlich sind (Ikawa et al., 1997). Bei chimären Mäusen, die sowohl Wildtyp- als auch GFP-markierte, Calmegin-gestörte Spermatozoen ejakulieren, wurde beobachtet, dass nur Wildtyp-Spermien in den Eileiter wanderten, während die ebenso beweglichen Calmegin-gestörten Spermatozoen in der Gebärmutter verblieben (Nakanishi et al. , 2004). Diese Beobachtungen zeigten, dass der Eintritt in den Eileiter durch ein Erkennungssystem zwischen einem einzelnen Spermatozoon und der UTJ reguliert wird, aber der molekulare Mechanismus, der diesem System zugrunde liegt, muss noch geklärt werden.


Menschliche Präimplantationsembryonen: eine Quelle embryonaler Stammzellen

Gewinnung und Kultivierung von hESCs aus Präimplantationsembryonen

Humane Präimplantationsembryonen stellen auch eine Quelle für die Gewinnung embryonaler Stammzellen dar (Thomson et al., 1998). Effiziente Methoden zur Gewinnung und Züchtung von hESCs bleiben eine Herausforderung, auch wenn Methoden für ihre Gewinnung aus Embryonen unterschiedlicher Qualität optimiert werden (Ström et al., 2007). Frühe Schritte im Ableitungsprozess sind entscheidend, da die meisten Embryonen entweder keine lebensfähige ICM erzeugen oder sich die isolierten ICM-Zellen bei der ersten Passage differenzieren. Obwohl hESCs durch Plattieren ganzer Blastozysten etabliert wurden, umfasst die Ableitung von hESCs typischerweise Immunchirurgie, Mikrodissektion oder laservermittelte Trennung und Zerstörung des TE vor der Kultivierung der ICM in vitro (Thomson et al., 1998 Ström et al., 2007 Chen et al., 2009). Der Nutzen der TE-Eliminierung während der hESC-Ableitung ist unvollständig verstanden und könnte auf die Entfernung negativer, möglicherweise parakriner Signale zurückzuführen sein, die von der TE ausgehen und die Differenzierung von ICM-abgeleiteten Zellen in vitro bewirken. Von mitotisch inaktivierten embryonalen Fibroblasten (MEFs) der Maus oder menschlichen Fibroblasten wird angenommen, dass sie die Adhärenz für hESCs unterstützen und Faktoren bereitstellen, die die weitere Proliferation von hESCs ermöglichen (siehe Fig. 5). Die Voraussetzung für diese unterstützenden Zellen

Kasten 5. Wichtige Fragen zur Aneuploidie beim Menschen

Warum ist Aneuploidie beim Menschen so häufig?

Mögliche Erklärungen sind: (1) ovarielle Stimulationsbedingungen (oder induzierte Ovulation) können Eizellen rekrutieren, die von suboptimaler Qualität sind und daher anfällig für Aneuploidie sind (2) Kulturbedingungen können eine Chromosomenfehlsegregation induzieren (3) Männer und Frauen, die sich einer ART unterziehen, können Spermien/ Eier mit Chromosomenanomalien und (4) Aneuploidie in vitro können das Auftreten von Aneuploidie in vivo widerspiegeln. Die gegenwärtige Ansicht ist, dass die in vitro beobachtete Chromosomeninstabilität die in vivo beobachtete widerspiegelt ., 2001 Macklon et al., 2002 Benkhalifa et al., 2005).

Warum nimmt die Aneuploidie mit dem Alter der Mutter zu?

Obwohl gut dokumentiert, ist die Zunahme der Aneuploidie mit dem Alter unbekannten Ursprungs. Mögliche Ursachen sind der intrinsische Abbau wichtiger Spindelkomponenten, akkumulierte Schäden durch Umweltexposition, Auslöser hormoneller Dysfunktionen, die zu einer Fehlsegregation von Chromosomen führen, und intrinsische Unterschiede in der Rekrutierung überlegener Eizellen gegenüber weniger optimalen Eizellen (Hassold et al., 1996 Robinson et al.). al., 2000 Hunt und Hassold, 2008 Hassold und Hunt, 2009 Hunt und Hassold, 2010 Chiang et al., 2011 Ghosh et al., 2011 Selesniemi et al., 2011).

Wie kann Aneuploidie während der ART behandelt werden?

Es wurden Versuche unternommen, die Embryonenmorphologie mit Aneuploidie zu korrelieren, jedoch erscheinen aneuploide Embryonen oft normal und für den Transfer geeignet, basierend auf traditionellen IVF-Beurteilungstechniken (Hardarson et al., 2003 Baltaci et al., 2006 Munné et al., 2009 Alfarawati et al. , 2011). Daher wurden Anstrengungen unternommen, um nicht-invasive Ansätze zum Nachweis von Variationen in der Chromosomenkopienzahl in menschlichen Embryonen zu entwickeln. Derzeit ist die am häufigsten verwendete Methode zur Diagnose von Aneuploidie das genetische Präimplantationsscreening (PGS) von Blastomeren, die aus Embryonen vom Tag 3 entnommen wurden. PGS ist jedoch in den Embryo invasiv, wird durch Mosaikbildung beeinflusst, die zwischen Blastomeren innerhalb eines Embryos häufig vorkommt, und wird daher nur gelegentlich verwendet (Baart et al., 2006 Kuo et al., 1998). Alternative Ansätze, wie die erweiterte Kultur bis zum Blastozystenstadium und die Analyse des Chromosomenstatus mittels TE-Biopsie, wurden ebenfalls verwendet (Schoolcraft et al., 2011). These methods have met with some success but there are concerns over epigenetic changes, embryo arrest and other factors associated with prolonged embryo culture that disrupt embryo integrity. Moreover, TE biopsy/analysis requires that embryo transfer be delayed until chromosomal testing is completed (Khosla et al., 2001 Fernández-González et al., 2009 Katari et al., 2009 Lim et al., 2009). Thus, screening of embryos for aneuploidies is still not routine in the clinic.

can be replaced by facilitating hESC attachment with extracellular matrix components such as collagen, laminin and fibronectin. In addition, the medium can be pre-conditioned by MEFs to acquire secreted growth factors that help maintain hESCs. However, the presence of non-human factors in the culture may limit the use of hESCs for transplantation therapies. More recently, chemically defined culture conditions have been developed for hESCs (Vallier et al., 2005), addressing the challenge of delivering the clinical promise of hESCs and ultimately leading to Good Manufacturing Practice (GMP)-compatible approaches with the aim of protecting patients from the risk of infection and the presence of undefined products (Vallier, 2011).

Despite advances since their initial derivation, the molecular mechanisms involved in the establishment and maintenance of hESCs are not completely understood. Moreover, hESCs have historically been difficult to culture due to dissociation-induced apoptosis (DIA), which is common when hESCs are reduced to single cells. However, recent efforts have elucidated mechanisms to inhibit DIA via the use of ROCK (Rho kinase) inhibitors (Amit et al., 2000 Hasegawa et al., 2006 Watanabe et al., 2007 Ohgushi et al., 2010). ROCK inhibitors are particularly valuable for promoting growth of human pluripotent stem cells, including hESCs, during stress-inducing processes of single-cell cloning, suspension culture and cryopreservation. Mechanistic studies suggest that ROCK inhibitors suppress DIA by alleviating cytoskeletal hyperactivation of actomyosin that results in extensive blebbing of the hESCs. Further elucidation of the intrinsic and extrinsic factors that influence hESC derivation and of the unique biology associated with culture will be fundamentally important for the utilization of these cells for regenerative medicine and as models of early human development. Conversely, understanding early human pre-implantation development, particularly the timing and molecular basis of lineage restriction and the enrichment of growth factor receptors on ICM cells, will undoubtedly lead to improvements in hESC culture that will be beneficial for the use of hESCs to generate lineage-committed cells of therapeutic relevance.


Scientists develop human embryos through early post-implantation stages for first time

A new technique that allows embryos to develop in vitro beyond the implantation stage (when the embryo would normally implant into the womb) has been developed by scientists at the University of Cambridge allowing them to analyse for the first time key stages of human embryo development up to 13 days after fertilisation. The technique could open up new avenues of research aimed at helping improve the chances of success of IVF.

Once an egg has been fertilised by a sperm, it divides several times to generate a small, free-floating ball of stem cells. Around day three, these stem cells cluster together inside the embryo towards one side this stage is known as the blastocyst. The blastocyst comprises three cell types: cells that will develop into the future body (which form the 'epiblast'), cells that will develop into the placenta and allow the embryo to attach to the womb, and cells that form the primitive endoderm that will ensure that the fetus's organs develop properly and will provide essential nutrients.

This pre-implantation period -- so-called as the blastocyst has yet to implant itself into the uterus -- has been extensively studied in human embryos using in vitro culture methods. However, on the seventh day of development, the human embryo must implant into the uterus of the mother to survive and to develop further, even though UK law permits embryos to be studied in the laboratory for up to 14 days.

The failure of an embryo to implant is a major cause of early pregnancy loss and yet the cellular and molecular changes that take place in the human embryo at this stage remain unknown. This is because it is impossible to carry out such studies on embryos developing in the womb, and until now there has been no system to culture human embryos in the laboratory beyond day seven.

Today, in parallel papers in Natur und Natur Zellbiologie, two international teams report the development of a technique that allows them to culture human embryos outside the body of the mother for an additional six days, up to day 13 of development. This work builds on previous work by Professor Magdalena Zernicka-Goetz's team from the University of Cambridge on mouse and was funded by the Wellcome Trust.

Using the technique, the researchers have shown that the reorganisation of the embryo that normally takes place during early post-implantation development can be achieved in the lab given the right culture conditions.

Professor Zernicka-Goetz, who led the UK research and is an author on both studies, says: "Implantation is a milestone in human development as it is from this stage onwards that the embryo really begins to take shape and the overall body plan are decided. It is also the stage of pregnancy at which many developmental defects can become acquired. But until now, it has been impossible to study this in human embryos. This new technique provides us with a unique opportunity to get a deeper understanding of our own development during these crucial stages and help us understand what happens, for example, during miscarriage."

"Embryo development is an extremely complex process and while our system may not be able to fully reproduce every aspect of this process, it has allowed us to reveal a remarkable self-organising capacity of human blastocysts that was previously unknown," says Dr Marta Shahbazi one of the co-first authors of the study from the University of Cambridge.

The researchers established a system for the in vitro culture of human embryos and, using this technique, followed the development of the embryos up to day 13 of development. Immediately following 'implantation', the three cell types that comprise the blastocyst reorganise into a new configuration.

"The stem cells in the epiblast that will form the future body have the remarkable ability to self-organise themselves and create a cavity that represent the basic structure of the early post-implantation human embryo," says Professor Zernicka-Goetz. "Without this cavity, it would be impossible for the embryo to develop further as it is the basis for its future development. It is also a mechanism that we can study using human embryonic stem cells."

This cavity was previously thought to arise through a process known as apoptosis, or programmed cell death, but using human embryonic stem cell models, the researchers were able to show that in fact cell death is not required for the cavity formation in human embryos.

"This process is similar to what we have recently observed in mouse embryos, despite the significant differences in the structure of post-implantation embryos in these different mammalian species," says Professor Zernicka-Goetz. "This suggests it may be a fundamental process conserved across many species."

Dr Simon Fishel, founder and President of CARE Fertility Group, adds: "This is about much more than just understanding the biology of implantation embryo development. Knowledge of these processes could help improve the chances of success of IVF, of which only around one in four attempts are successful."

This research has been possible thanks to couples that underwent IVF treatment and decided to donate their surplus embryos to advance our understanding of the early phases of post-implantation human development. The research was licensed by the UK Human Fertilisation and Embryology Authority.


Abstrakt

Uterine epithelial cells are unique cells in that they are both epithelial in the typical barrier sense but in many mammalian species, they characteristically allow the blastocyst to penetrate them from the apical surface. Here we examine how these cells subserve both functions and in particular we synthesize recent evidence on focal adhesions and how these membrane structures contribute to uterine receptivity for blastocyst implantation. Focal adhesions emerge as a dynamic new player in the ‘plasma membrane transformation’ of early pregnancy and uterine receptivity in that they disassemble at the time of implantation in common with many other structures on the basolateral plasma membrane of these cells.


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