미토콘드리아는 노화, 유전자 및 환경을 포함한 많은 요인들에 의해 스트레스의 대상이 된다. 그들은 모두 미토콘드리아 스트레스를 일으킬 수 있다. 이 연구에서 oocytes 또는 초기 배아에 이러한 세 가지 요소의 영향을 감지하기 위해 우리 배아 노화 oocytes뿐만 아니라 초기 배아에서 PINK1 녹다운 및 rotenone 치료를 사용다. 또한 돼지에서 미토콘드리아 기능 장애 및 난 모세포 또는 배아 손상을 유발하는 이러한 요인을 구제 할 수 있는지 여부에 대한 전략이 조사하였다. 손상된 미토콘드리아의 외막에있는 Phosphatase and tensin homolog-induced kinase 1 (PINK1)은 미토 파지를 촉진하고 미토콘드리아 형태를 조절한다. ...
미토콘드리아는 노화, 유전자 및 환경을 포함한 많은 요인들에 의해 스트레스의 대상이 된다. 그들은 모두 미토콘드리아 스트레스를 일으킬 수 있다. 이 연구에서 oocytes 또는 초기 배아에 이러한 세 가지 요소의 영향을 감지하기 위해 우리 배아 노화 oocytes뿐만 아니라 초기 배아에서 PINK1 녹다운 및 rotenone 치료를 사용다. 또한 돼지에서 미토콘드리아 기능 장애 및 난 모세포 또는 배아 손상을 유발하는 이러한 요인을 구제 할 수 있는지 여부에 대한 전략이 조사하였다. 손상된 미토콘드리아의 외막에있는 Phosphatase and tensin homolog-induced kinase 1 (PINK1)은 미토 파지를 촉진하고 미토콘드리아 형태를 조절한다. 포유 동물 난 모세포 및 초기 배아는 미토콘드리아가 풍부하지만, 착상 전 배아 발달 동안 미토콘드리아 역학은 잘 연구되지 않았다. 돼지 착상 배아에서 미토콘드리아 역학에 PINK1이 필요한지 여부를 조사하기 위해 유전자 녹다운 및 억제제를 사용하였고, 미토콘드리아 역학을 투과 전자 현미경으로 관찰 하였다. PINK1 녹다운은 배반포 형성 및 품질을 현저히 손상시키고, 미토콘드리아 신장 및 부종을 유도하고, 미토콘드리아 DNA 카피 수를 감소시켰다. PINK1 녹다운 유발 미토콘드리아 신장은 미토콘드리아 기능 장애, 산화 스트레스 및 ATP 결핍을 유발하여 autophagy 및 apoptosis를 유의하게 증가시킨다. Pro-fission dynamin‐related protein 1 과다 발현은 배아 발달, 미토콘드리아 신장 및 기능 장애의 PINK1 녹다운 유발 장애를 예방했다. 따라서, PINK1은 돼지 예비 이식 배아에서 미토콘드리아 분열을 촉진한다. 송과선의 주요 호르몬 인 멜라토닌은 미토콘드리아에 많은 유익한 영향을 미친다. 여러 연구에 따르면 멜라토닌은 성숙 과정에서 독소로 유도 된 난 모세포 질 손상을 예방할 수 있다. 그러나 독소에 노출 된 초기 배아에 대한 멜라토닌의 유익한 효과에 관한 정보는 거의 없으며, 그러한 효과의 기본 메커니즘은 결정되지 않았다. 농업에서 널리 사용되는 화학 물질 인 로테 논은 생식 기관에 손상을 입히고 미토콘드리아 독성을 유발하여 난 모세포 성숙, 배란 및 수정을 손상시킨다. 우리는 멜라토닌의 미토콘드리아 보호 효과에 의해 배아 발달의 rotenone 노출 유발 장애를 약화 시켰는지 조사했다. 활성화 된 난 모세포를 대조군, 멜라토닌 처리 군, 로테 논 노출 군 및 "로테 논 + 멜라토닌"의 4 가지 그룹에 무작위로 할당 하였다. 멜라토닌 치료는 배아 발달, 미토콘드리아 기능 장애 및 ATP 결핍의 로테 논 유발 장애를 제거하고 산화 스트레스와 세포 자멸사를 현저히 감소시켰다. 멜라토닌은 또한 SIRT1 및 PGC-1α 발현을 증가 시켰으며, 이는 미토콘드리아 생물 발생을 촉진시켰다. SIRT1의 억제 또는 녹다운은 로테 논-유도 손상에 대한 멜라토닌의 보호 효과를 폐지했다. 따라서, 멜라토닌은 ROS 생성을 줄이고 미토콘드리아 생물 발생을 촉진함으로써 로테 논에 의한 배아 발달 장애를 구제했다. 우리가 알기로는, 이것이 멜라토닌이 미토콘드리아 생물 발생을 촉진함으로써 초기 돼지 배아 발달의 독소 유발 손상으로부터 보호한다는 것을 보여주는 첫 번째 연구이다. 코엔자임 Q10의 환원 형태 인 ubiquinol-10은 DNA 손상을 방지하고 지질 막과 지단백질을 산화 손상으로부터 보호한다. 또한 미토콘드리아 활동을 향상시킨다. 그러나 돼지 난 모세포에서 배란 후 노화에 대한 ubiquinol-10의 보호 효과는 잘 알려져 있지 않다. 우리의 연구에서, 우리는 기본 메커니즘뿐만 아니라 체 외에서 돼지 oocyte 노화 진행에 ubiquinol-10의 효과 조사했다. 시험 관내 노화 (IVA) 동안 다양한 농도의 ubiquinol-10을 IVM 배지에 첨가 하였다. 100 μM ubiquinol-10 첨가 그룹에서 단편화 속도가 감소하고 배반포 형성 및 품질이 유의하게 증가 하였다. ubiquinol-10은 GSH 수준을 증가시킴으로써 IVA 유도 산화 스트레스를 상당히 완화시켰다. 또한, IVA- 유도 된 apoptosis 및 autophagy는 ubiquinol-10 첨가에 의해 구제되었다. 미토콘드리아 생물 생성 (SIRT1 및 PGC-1α) 및 미토 파지-(PINK1 및 PARKIN) 관련 단백질은 IVA 동안 감소되었다. 그러나, ubiquinol -10의 첨가는 이들 단백질의 감소를 막았다. 결과적으로, 미토콘드리아 함량은 감소되었지만 활성 미토콘드리아의 수는 상당히 증가했다. 따라서, IVA- 유도 된 ATP 결핍은 유비 퀴놀 -10 첨가에 의해 구제되었다. 종합하면, 이들 결과는 ubiquinol-10이 항산화 특성 및 미토콘드리아 재생을 촉진시키는 능력으로 인해 돼지 배란 후 난 모세포 노화에 유리한 효과를 가짐을 시사한다. 모든 결과를 종합해보면, 배란 후 노화, PINK1 녹다운 및 로테 논 노출은 모두 미토콘드리아 기능 장애 및 결핍을 유발하여 배아 발달을 방해 할 수 있다. ubiquinol-10, DRP1 과발현 또는 멜라토닌 첨가에 의한 치료는 각각 배란 후 노화, PINK1 녹다운 또는 로테 논 노출로 인한 미토콘드리아 기능 장애 및 배아 발달 손상을 구할 수 있다.
미토콘드리아는 노화, 유전자 및 환경을 포함한 많은 요인들에 의해 스트레스의 대상이 된다. 그들은 모두 미토콘드리아 스트레스를 일으킬 수 있다. 이 연구에서 oocytes 또는 초기 배아에 이러한 세 가지 요소의 영향을 감지하기 위해 우리 배아 노화 oocytes뿐만 아니라 초기 배아에서 PINK1 녹다운 및 rotenone 치료를 사용다. 또한 돼지에서 미토콘드리아 기능 장애 및 난 모세포 또는 배아 손상을 유발하는 이러한 요인을 구제 할 수 있는지 여부에 대한 전략이 조사하였다. 손상된 미토콘드리아의 외막에있는 Phosphatase and tensin homolog-induced kinase 1 (PINK1)은 미토 파지를 촉진하고 미토콘드리아 형태를 조절한다. 포유 동물 난 모세포 및 초기 배아는 미토콘드리아가 풍부하지만, 착상 전 배아 발달 동안 미토콘드리아 역학은 잘 연구되지 않았다. 돼지 착상 배아에서 미토콘드리아 역학에 PINK1이 필요한지 여부를 조사하기 위해 유전자 녹다운 및 억제제를 사용하였고, 미토콘드리아 역학을 투과 전자 현미경으로 관찰 하였다. PINK1 녹다운은 배반포 형성 및 품질을 현저히 손상시키고, 미토콘드리아 신장 및 부종을 유도하고, 미토콘드리아 DNA 카피 수를 감소시켰다. PINK1 녹다운 유발 미토콘드리아 신장은 미토콘드리아 기능 장애, 산화 스트레스 및 ATP 결핍을 유발하여 autophagy 및 apoptosis를 유의하게 증가시킨다. Pro-fission dynamin‐related protein 1 과다 발현은 배아 발달, 미토콘드리아 신장 및 기능 장애의 PINK1 녹다운 유발 장애를 예방했다. 따라서, PINK1은 돼지 예비 이식 배아에서 미토콘드리아 분열을 촉진한다. 송과선의 주요 호르몬 인 멜라토닌은 미토콘드리아에 많은 유익한 영향을 미친다. 여러 연구에 따르면 멜라토닌은 성숙 과정에서 독소로 유도 된 난 모세포 질 손상을 예방할 수 있다. 그러나 독소에 노출 된 초기 배아에 대한 멜라토닌의 유익한 효과에 관한 정보는 거의 없으며, 그러한 효과의 기본 메커니즘은 결정되지 않았다. 농업에서 널리 사용되는 화학 물질 인 로테 논은 생식 기관에 손상을 입히고 미토콘드리아 독성을 유발하여 난 모세포 성숙, 배란 및 수정을 손상시킨다. 우리는 멜라토닌의 미토콘드리아 보호 효과에 의해 배아 발달의 rotenone 노출 유발 장애를 약화 시켰는지 조사했다. 활성화 된 난 모세포를 대조군, 멜라토닌 처리 군, 로테 논 노출 군 및 "로테 논 + 멜라토닌"의 4 가지 그룹에 무작위로 할당 하였다. 멜라토닌 치료는 배아 발달, 미토콘드리아 기능 장애 및 ATP 결핍의 로테 논 유발 장애를 제거하고 산화 스트레스와 세포 자멸사를 현저히 감소시켰다. 멜라토닌은 또한 SIRT1 및 PGC-1α 발현을 증가 시켰으며, 이는 미토콘드리아 생물 발생을 촉진시켰다. SIRT1의 억제 또는 녹다운은 로테 논-유도 손상에 대한 멜라토닌의 보호 효과를 폐지했다. 따라서, 멜라토닌은 ROS 생성을 줄이고 미토콘드리아 생물 발생을 촉진함으로써 로테 논에 의한 배아 발달 장애를 구제했다. 우리가 알기로는, 이것이 멜라토닌이 미토콘드리아 생물 발생을 촉진함으로써 초기 돼지 배아 발달의 독소 유발 손상으로부터 보호한다는 것을 보여주는 첫 번째 연구이다. 코엔자임 Q10의 환원 형태 인 ubiquinol-10은 DNA 손상을 방지하고 지질 막과 지단백질을 산화 손상으로부터 보호한다. 또한 미토콘드리아 활동을 향상시킨다. 그러나 돼지 난 모세포에서 배란 후 노화에 대한 ubiquinol-10의 보호 효과는 잘 알려져 있지 않다. 우리의 연구에서, 우리는 기본 메커니즘뿐만 아니라 체 외에서 돼지 oocyte 노화 진행에 ubiquinol-10의 효과 조사했다. 시험 관내 노화 (IVA) 동안 다양한 농도의 ubiquinol-10을 IVM 배지에 첨가 하였다. 100 μM ubiquinol-10 첨가 그룹에서 단편화 속도가 감소하고 배반포 형성 및 품질이 유의하게 증가 하였다. ubiquinol-10은 GSH 수준을 증가시킴으로써 IVA 유도 산화 스트레스를 상당히 완화시켰다. 또한, IVA- 유도 된 apoptosis 및 autophagy는 ubiquinol-10 첨가에 의해 구제되었다. 미토콘드리아 생물 생성 (SIRT1 및 PGC-1α) 및 미토 파지-(PINK1 및 PARKIN) 관련 단백질은 IVA 동안 감소되었다. 그러나, ubiquinol -10의 첨가는 이들 단백질의 감소를 막았다. 결과적으로, 미토콘드리아 함량은 감소되었지만 활성 미토콘드리아의 수는 상당히 증가했다. 따라서, IVA- 유도 된 ATP 결핍은 유비 퀴놀 -10 첨가에 의해 구제되었다. 종합하면, 이들 결과는 ubiquinol-10이 항산화 특성 및 미토콘드리아 재생을 촉진시키는 능력으로 인해 돼지 배란 후 난 모세포 노화에 유리한 효과를 가짐을 시사한다. 모든 결과를 종합해보면, 배란 후 노화, PINK1 녹다운 및 로테 논 노출은 모두 미토콘드리아 기능 장애 및 결핍을 유발하여 배아 발달을 방해 할 수 있다. ubiquinol-10, DRP1 과발현 또는 멜라토닌 첨가에 의한 치료는 각각 배란 후 노화, PINK1 녹다운 또는 로테 논 노출로 인한 미토콘드리아 기능 장애 및 배아 발달 손상을 구할 수 있다.
Mitochondria are targets of stress by many factors, including aging, genes, and environment. They all can cause mitochondrial stress. In this study, to detect the effects of these three factors on oocytes or early embryos, we employed PINK1 knockdown and rotenone treatment in early embryos, as well ...
Mitochondria are targets of stress by many factors, including aging, genes, and environment. They all can cause mitochondrial stress. In this study, to detect the effects of these three factors on oocytes or early embryos, we employed PINK1 knockdown and rotenone treatment in early embryos, as well as postovulatory aging oocytes. In addition, some strategies were investigated whether they can rescue these factors caused mitochondrial dysfunction and oocyte or embryo impairments in pigs. Phosphatase and tensin homolog-induced kinase 1 (PINK1) on the outer membranes of impaired mitochondria promotes mitophagy and regulates mitochondrial morphology. Mammalian oocytes and early embryos are mitochondria-rich, but mitochondrial dynamics during preimplantation embryo development is not well-studied. To investigate whether PINK1 is required for mitochondrial dynamics in porcine preimplantation embryos, gene knockdown and inhibitors were used and mitochondrial dynamics were observed by transmission electron microscopy. PINK1 knockdown significantly impaired blastocyst formation and quality, induced mitochondrial elongation and swelling, and reduced mitochondrial DNA copy number. PINK1 knockdown-induced mitochondrial elongation caused mitochondrial dysfunction, oxidative stress, and ATP deficiency, significantly increasing autophagy and apoptosis. Pro-fission dynamin‐related protein 1 overexpression prevented PINK1 knockdown-induced impairment of embryo development, mitochondrial elongation and dysfunction. Thus, PINK1 promotes mitochondrial fission in porcine preimplantation embryos. Melatonin, a major hormone of the pineal gland, exerts many beneficial effects on mitochondria. Several studies have shown that melatonin can protect against toxin-induced oocyte quality impairment during maturation. However, there is little information regarding the beneficial effects of melatonin on toxin-exposed early embryos, and the mechanisms underlying such effects have not been determined. Rotenone, a chemical widely used in agriculture, damages the reproductive system, and impairs oocyte maturation, ovulation, and fertilization as it induces mitochondrial toxicity. We investigated whether melatonin attenuated rotenone exposure-induced impairment of embryo development by its mitochondrial protection effect. Activated oocytes were randomly assigned to four groups, the control group, melatonin treatment group, rotenone-exposed group, and “rotenone+melatonin” group. Treatment with melatonin abrogated rotenone-induced impairment of embryo development, mitochondrial dysfunction and ATP deficiency, and significantly decreased oxidative stress and apoptosis. Melatonin also increased SIRT1 and PGC-1α expression, which promoted mitochondrial biogenesis. Inhibition or knockdown of SIRT1 abolished the protective effects of melatonin against rotenone-induced impairment. Thus, melatonin rescued rotenone-induced impairment of embryo development by reducing ROS production and promoting mitochondrial biogenesis. To our knowledge, this is the first study to show that melatonin protects against toxin-induced impairment of early porcine embryo development by promoting mitochondrial biogenesis. Ubiquinol-10, the reduced form of Coenzyme Q10, prevents DNA damage and protects lipid membranes and lipoproteins from oxidative damage. It also enhances mitochondrial activity. However, the protective effect of ubiquinol-10 on postovulatory aging in porcine oocytes is not well understood. In our study, we investigated the effect of ubiquinol-10 on the progression of porcine oocyte aging in vitro, as well as the underlying mechanisms. Varying concentrations of ubiquinol-10 were added to IVM medium during the in vitro aging (IVA). The fragmentation rates were reduced and blastocyst formation and quality were significantly increased in the 100 μM ubiquinol-10 addition group. Ubiquinol-10 significantly alleviated IVA induced oxidative stress by increasing GSH levels. Furthermore, IVA-induced apoptosis and autophagy were rescued by ubiquinol-10 addition. Mitochondrial biogenesis (SIRT1 and PGC-1α) and mitophagy- (PINK1 and PARKIN) related proteins were decreased during IVA. However, addition of ubiquinol-10 prevented the reduction of these proteins. Consequently, although mitochondrial content was decreased, the number of active mitochondria was significantly increased. Thus, IVA-induced ATP deficiency was rescued by ubiquinol-10 addition. Taken together, these results suggest that ubiquinol-10 has beneficial effects on porcine postovulatory oocyte aging due to its antioxidant properties and ability to promote mitochondrial renewal. Taken together, postovulatory aging, PINK1 knockdown, and rotenone exposure all can induce mitochondrial dysfunction and deficiency, impairing embryo development. Treatment with ubiquinol-10, DRP1 overexpression, or melatonin addition could rescue mitochondrial dysfunction and embryo development compromise from postovulatory aging, PINK1 knockdown, or rotenone exposure, respectively.
Mitochondria are targets of stress by many factors, including aging, genes, and environment. They all can cause mitochondrial stress. In this study, to detect the effects of these three factors on oocytes or early embryos, we employed PINK1 knockdown and rotenone treatment in early embryos, as well as postovulatory aging oocytes. In addition, some strategies were investigated whether they can rescue these factors caused mitochondrial dysfunction and oocyte or embryo impairments in pigs. Phosphatase and tensin homolog-induced kinase 1 (PINK1) on the outer membranes of impaired mitochondria promotes mitophagy and regulates mitochondrial morphology. Mammalian oocytes and early embryos are mitochondria-rich, but mitochondrial dynamics during preimplantation embryo development is not well-studied. To investigate whether PINK1 is required for mitochondrial dynamics in porcine preimplantation embryos, gene knockdown and inhibitors were used and mitochondrial dynamics were observed by transmission electron microscopy. PINK1 knockdown significantly impaired blastocyst formation and quality, induced mitochondrial elongation and swelling, and reduced mitochondrial DNA copy number. PINK1 knockdown-induced mitochondrial elongation caused mitochondrial dysfunction, oxidative stress, and ATP deficiency, significantly increasing autophagy and apoptosis. Pro-fission dynamin‐related protein 1 overexpression prevented PINK1 knockdown-induced impairment of embryo development, mitochondrial elongation and dysfunction. Thus, PINK1 promotes mitochondrial fission in porcine preimplantation embryos. Melatonin, a major hormone of the pineal gland, exerts many beneficial effects on mitochondria. Several studies have shown that melatonin can protect against toxin-induced oocyte quality impairment during maturation. However, there is little information regarding the beneficial effects of melatonin on toxin-exposed early embryos, and the mechanisms underlying such effects have not been determined. Rotenone, a chemical widely used in agriculture, damages the reproductive system, and impairs oocyte maturation, ovulation, and fertilization as it induces mitochondrial toxicity. We investigated whether melatonin attenuated rotenone exposure-induced impairment of embryo development by its mitochondrial protection effect. Activated oocytes were randomly assigned to four groups, the control group, melatonin treatment group, rotenone-exposed group, and “rotenone+melatonin” group. Treatment with melatonin abrogated rotenone-induced impairment of embryo development, mitochondrial dysfunction and ATP deficiency, and significantly decreased oxidative stress and apoptosis. Melatonin also increased SIRT1 and PGC-1α expression, which promoted mitochondrial biogenesis. Inhibition or knockdown of SIRT1 abolished the protective effects of melatonin against rotenone-induced impairment. Thus, melatonin rescued rotenone-induced impairment of embryo development by reducing ROS production and promoting mitochondrial biogenesis. To our knowledge, this is the first study to show that melatonin protects against toxin-induced impairment of early porcine embryo development by promoting mitochondrial biogenesis. Ubiquinol-10, the reduced form of Coenzyme Q10, prevents DNA damage and protects lipid membranes and lipoproteins from oxidative damage. It also enhances mitochondrial activity. However, the protective effect of ubiquinol-10 on postovulatory aging in porcine oocytes is not well understood. In our study, we investigated the effect of ubiquinol-10 on the progression of porcine oocyte aging in vitro, as well as the underlying mechanisms. Varying concentrations of ubiquinol-10 were added to IVM medium during the in vitro aging (IVA). The fragmentation rates were reduced and blastocyst formation and quality were significantly increased in the 100 μM ubiquinol-10 addition group. Ubiquinol-10 significantly alleviated IVA induced oxidative stress by increasing GSH levels. Furthermore, IVA-induced apoptosis and autophagy were rescued by ubiquinol-10 addition. Mitochondrial biogenesis (SIRT1 and PGC-1α) and mitophagy- (PINK1 and PARKIN) related proteins were decreased during IVA. However, addition of ubiquinol-10 prevented the reduction of these proteins. Consequently, although mitochondrial content was decreased, the number of active mitochondria was significantly increased. Thus, IVA-induced ATP deficiency was rescued by ubiquinol-10 addition. Taken together, these results suggest that ubiquinol-10 has beneficial effects on porcine postovulatory oocyte aging due to its antioxidant properties and ability to promote mitochondrial renewal. Taken together, postovulatory aging, PINK1 knockdown, and rotenone exposure all can induce mitochondrial dysfunction and deficiency, impairing embryo development. Treatment with ubiquinol-10, DRP1 overexpression, or melatonin addition could rescue mitochondrial dysfunction and embryo development compromise from postovulatory aging, PINK1 knockdown, or rotenone exposure, respectively.
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