Identifizierung von geschlechtsabhängigen epigenetischen Signaturen des bovinen Embryos, die mit Entwicklungskompetenz und maternaler Umgebung in frühen Elongationsstadium assoziiert sind
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ziel dieser Studie war die Analyse der geschlechtsspezifischen Transkriptom- und DNA-Methylom-Signaturen im frühen Elongationsstadium des Rindes in Relation zum physiologischen Status der Muttertiere. Darüber hinaus sollten die Transkriptom- und DNS-Methylom-Muster der Embryonen als Indikatoren für das weitere Entwicklungspotential untersucht werden. Hierzu wurden männliche und weibliche Embryonen in einem frühem Teilungsstadium in den Eileiter von Holstein Friesian Kühen und Färsen übertragen und nach Rückgewinnung an Tag 13 analysiert. Das Transkriptom der zurückgewonnenen Embryonen wies dabei auf ein geschlechtsdimorphes Genexpressionsprofil auf. Frühelongierte Embryonen aus Kühen zeigten dabei eine geschlechtsspezifische Expression von Transkripten, die mit dem Lipidstoffwechsel, der Homöostase und der Steroidbiosynthese in Verbindung stehen. Embryonen aus Färsen zeigten hingegen eine geschlechtsspezifische Expression von Transkripten, die an der Gewebeentwicklung, der weiblichen Geschlechtsdifferenzierung und der Plazentaentwicklung beteiligt sind. Zusätzlich bestätigte unsere Studie eine geschlechtsdimorphe miRNA-Expression. Während Embryonen aus Kühen eine geschlechtsspezifische Expression von miRNAs aufwiesen, welche mit dem Immunsystem, der mTOR-Signalgebung, der Zell-zu-Zell-Kommunikation und der Zellproliferation in Verbindung stehen, zeigten Embryonen aus Färsen eine geschlechtsspezifische Expression von lediglich vier miRNAs. Dies könnte darauf hindeuten, dass die maternale Umgebung der Kuh einen stärkeren Geschlechtsdimorphismus hinsichtlich der miRNA-Expression bedingen könnte als die des Rindes. Dies stand in Einklang mit geschlechtsspezifischen DNS-Methylom-Signaturen. So zeigte sich, dass 172.741 und 127.905 CpG-Sites eine geschlechtsspezifische Methylierung aufwiesen nachdem die Embryonen sich in Kühen und Färsen entwickelten hatten. Zusätzlich zeigten unsere Ergebnisse einen starken Einfluss der maternalen Entwicklungsumwelt auf das DNS-Methylom der Embryonen auf, wobei sich männliche Embryonen als sensitiver darstellten. Frühelongierte Embryonen, die sich nach Transfer zu einer Tag-50 Trächtigkeit weiterentwickelten, zeigten im Vergleich zu jenen denen dies nicht gelang eine differentielle Expression von 75 Transkripten welche vornehmlich eine Rolle im Rahmen der Regulation von Stoffwechselprozessen, der Systementwicklung und der Gefäßentwicklung ausüben. Darüber hinaus identifizierte unsere Studie 60.893 und 120.585 geschlechtsspezifisch methylierte CpG-Sites mit Überlappung zu Genen in Embryonen die in eine Tag-50 Trächtigkeit mündeten, bzw. 13.792 und 48.653 geschlechtsspezifisch methylierte CpG- Sites mit Überschneidung zu Genen in Embryonen bei denen es zu keiner Trächtigkeit kam. Zusammenfassend könnten geschlechtsdimorphe Transkriptom- und DNA-Methylom-Signaturen, welche einerseits den physiologischen Status der Mutter wiederspiegeln und andererseits mit dem Entwicklungspotential der Embryonen korrelieren, auf geschlechtsspezifische molekulare Pathways hinweisen was letztlich auch zu einer Verschiebung des Geschlechterverhältnisses bei der Geburt beitragen könnte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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63 Maternal microenvironment-induced, sex-specific microRNA expression patterns during the early elongation stage of bovine embryo development. Reproduction, Fertility and Development, 35(2), 158-158.
Salilew-Wondim, D.; Blaschka, C.; Tholen, E.; Tesfaye, D.; Besenfelder, U.; Havlicek, V. & Hoelker, M.
