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Mechanismen der embryo-maternalen Kommunikation / FOR 478

Mechanisms of Embryo-Maternal Communication

15.09.2003

Programmbeschreibung / Programme Summary

Die Vorgänge der frühen Embryonalentwicklung, Implantation und Entstehung bzw. Aufrechterhaltung einer Trächtigkeit hängen entscheidend von einer intakten embryo-maternalen Kommunikation ab. Da bislang nur wenige dabei involvierte Signale (z.B. Interferon t bei den Wiederkäuern) bekannt sind, haben wir eine Forschergruppe konzipiert, die in einem Kooperationsnetz von Embryologen, Biotechnologen und Spezialisten für funktionale Genomforschung erstmals eine systematische Analyse des Dialogs zwischen präimplantativen Embryonalstadien und Oviduct- bzw. Uterusepithelzellen beim Rind zum Ziel hat. Zur Erkennung wechselseitiger Signale und der dadurch induzierten Reaktionskaskaden werden moderne Analyseverfahren aus dem Transkriptomics- und Proteomics-Bereich eingesetzt. Für die Untersuchungen stehen in vivo gewonnene Oviduct- bzw. Uterusepithelzellen von zyklussynchronisierten monozygoten Zwillingen zur Verfügung, von denen jeweils einer zu einem Embryonen wird, während der andere Zwilling als Kontrolle dient. Die Analyse der embryo-maternalen Kommunikation erfolgt in der Eileiterphase (Tag 3), der frühen uterinen Phase (Tag 8) sowie in der Periimplantationsphase (Tag 18). Zusätzlich werden optimierte In-vitro-Systeme für Oviduct- und Uterusepithelzellen in Kokultur mit synchronen Embryonalstadien verwendet, um die Befunde aus dem In-vivo-Modell zu verifizieren und auf ihre funktionale Relevanz zu prüfen. Diese Untersuchungen lassen wesentliche neue Erkenntnisse über molekulare Mechanismen der embryo-maternalen Kommunikation erwarten. Langfristig werden die gefundenen Signalmechanismen auf ihre Bedeutung bei anderen Spezies inklusive des Menschen untersucht. Die biotechnologische Anwendung der gewonnenen Erkenntnisse in der Tierzucht wird sich zunächst auf eine Verstärkung der Signale im embryo-maternalen Dialog konzentrieren, um die Trächtigkeitsrate nach Embryotransfer zu erhöhen und dem embryonalen Frühtod entgegenzuwirken. Umgekehrt können Kandidatengene im embryo-maternalen Dialog auch dazu verwendet werden, um neue Qualitätskriterien für Embryonen zu definieren und eine verlässliche Vorauswahl für den Embryotransfer zu treffen. Ein weiterer anwendungsorientierter Gesichtspunkt ist die Bereitstellung von embryotrophen Faktoren oder embryo-maternalen Signalkomponenten in optimierten Formulierungen, etwa künstlichen Matrices.

The mechanisms of early embryonic development, implantation, and establishment or maintenance of a pregnancy are critically dependent on an intact embryo-maternal communication. So far, only few signals involved in these processes have been identified (e.g. interferon t in ruminants). Therefore, we established a research unit involving specialists in embryology, reproductive biotechnology and functional genome research, aiming at a systematic analysis of interactions between preimplantation stage embryos and oviduct or uterine epithelial cells in bovine. State-of-the-art transcriptomics and proteomics technologies are applied to identify reciprocal signals between embryos and their maternal environment and the respective downstream reaction cascades. For these studies we use in vivo oviduct or uterine epithelial cells from synchronized monozygotic twins, one of which receives embryos of the appropriate stage while the other twin serves as control. The analysis of embryo-maternal interactions is performed in the oviductal phase (Day 3), the early uterine phase (Day 8), and in the periimplantation phase (Day 18). In addition to the in vivo material, we have established optimized systems for the culture of oviduct and uterine epithelial cells which are used to verify findings from the in vivo system and to perform target validation studies. This program will yield important new data regarding molecular mechanisms of embryo-maternal communication. As a long-term goal signaling mechanisms identified in bovine will also be functionally evaluated in other species, including the human. Biotechnological applications in animal breeding include strategies to increase important signals in the embryo-maternal dialog, increasing the pregnancy rate following embryo transfer and avoiding embryonic losses. Candidate genes involved in embryo-maternal communication may also be used to define new quality criteria for the selection of embryos for transfer to recipients. Another application is the supplementation of embryotrophic factors or components of embryo-maternal signaling in optimized formulations, such as bioartificial matrices.

Sprecher / Spokesperson:

Professor Dr. Eckhard Wolf
Institut für Molekulare Tierzucht des Genzentrums der Universität München
Feodor-Lynen-Straße 25 · 81377 München
Tel.: (089) 2180-6800 · Fax.: (089) 2180-6849
E-Mail: ewolf@lmb.uni-muenchen.de

Further Information: www.ematko.de