Wpływ starzenia matczynego na potencjał rozwojowy oocytów myszy ze szczególnym uwzględnieniem homeostazy jonów wapnia i metabolizmu energetycznego

Starzenie matczyne, czyli starzenie oocytów in vivo w organizmie kobiety, przyczynia się do niepłodności kobiet w późnym wieku rozrodczym. Najlepiej poznane skutki starzenia matczynego dotyczą zaburzeń w funkcjonowaniu aparatu jądrowego i wynikającej z nich aneuploidii. Kwestia pozajądrowych zmian zachodzących w oocytach samic w późnym wieku reprodukcyjnym jest nadal niewystarczająco zbadana. W niniejszej pracy podjęto próbę określenia wpływu starzenia matczynego na homeostazę jonów Ca2+, metabolizm energetyczny i potencjał rozwojowy oocytów na modelu mysim. Homeostaza jonów Ca2+ związana jest z oscylacjami [Ca2+]i, które są odpowiedzią na wniknięcie plemnika do oocytu i umożliwiają aktywację oocytu. Między oscylacjami [Ca2+]i a metabolizmem energetycznym komórki zachodzą ścisłe wzajemne zależności. Oba te czynniki warunkują potencjał rozwojowy oocytu. Wyniki uzyskane w ramach niniejszej pracy doktorskiej pozwoliły wykazać, że starzenie matczyne wpływa na homeostazę jonów Ca2+ w oocytach samic myszy F1, C57BL/6 i SWISS w późnym wieku reprodukcyjnym. Wpływ ten jest zależny od tła genetycznego myszy. Wewnątrzgatunkowa zmienność w zakresie wpływu starzenia matczynego na homeostazę Ca2+ przejawiała się w różnicach we wzorze oscylacji [Ca2+]i, odmiennej ekspresji mRNA dla genów związanych z utrzymywaniem homeostazy Ca2+ oraz różnej ilości zmagazynowanego Ca2+. U myszy F1 wykonano także badania wypływu starzenia matczynego na metabolizm energetyczny i potencjał rozwojowy oocytu. W oocytach starych samic stwierdzono mniejszą efektywność produkcji ATP względem jego zużycia i silniej utleniające warunki w porównaniu z oocytami myszy młodych. Badania nad potencjałem rozwojowym wykazały, że starzenie matczyne nie pogarsza funkcjonalności cytoszkieletu aktyno-miozynowego w oocytach starych samic F1. Jedynymi obserwowanymi skutkami starzenia matczynego na przedimplantacyjny rozwój zarodków były spadek efektywności zapłodnienia oraz wydłużenie odstępu między zapłodnieniem a wejściem zarodków w pierwszą mitozę. Nie zaobserwowano negatywnego wpływu starzenia matczynego na dalsze etapy rozwoju. Najważniejszym osiągnięciem niniejszej pracy jest odkrycie zależności efektów starzenia matczynego od tła genetycznego myszy. Stwierdzenie to rzuca nowe światło na przyczynę sprzecznych wniosków wyciąganych z rezultatów wielu dotychczasowych badań, które zostały uzyskane na myszach o jednym tylko tle genetycznym i które nie zostały potwierdzone na innych szczepach czy krzyżówkach.

Maternal aging (aging of the oocytes in vivo in a female organism) causes a decline in fertility among women in advanced reproductive age. The well-researched effects of maternal aging are related to the malfunction of the nuclear apparatus and the resulting aneuploidy. Thus far, the extranuclear factors affected by maternal aging have not been extensively investigated. The aim of this study was to characterize the influence of maternal aging on calcium homeostasis, energy metabolism and developmental potential of mouse oocytes. Calcium homeostasis is closely related to calcium oscillations, which occur in response to fertilization and are crucial for further embryo development. Furthermore, calcium oscillations are coupled with energy metabolism and both these factors determine the developmental potential of the oocyte. In this study, we show that maternal aging affects calcium homeostasis in oocytes of aged F1, C57BL/6 and SWISS females. Importantly, the effect of maternal aging depends on the genetic background of mice. Intra-species differences in the influence of maternal aging manifest in diverse pattern of calcium oscillations, varied expression of mRNA of calcium homeostasis genes and diversified amount of calcium ions stored in the oocyte. Moreover, we examined the influence of maternal aging on energy metabolism and developmental potential of F1 oocytes. In oocytes of aged females, the production of ATP in regard to its consumption is less effective than in oocytes of young females. Furthermore, the conditions in oocytes of aged females are more oxidative. As for the developmental potential, we show that maternal aging does not deteriorate the functionality of the actomyosin cytoskeleton in oocytes of aged females. However, the fertilization rate is lower and the time between fertilization and entrance in mitosis is longer in oocytes of aged females that in oocytes of young females. No effect of maternal aging is observed in later stages of development. The most important achievement of this thesis is the discovery that the effects of maternal aging depend on the genetic background of mice. It provides a new reason for discrepancy in results of some of the previous research conducted with the use of one type of mouse, without replication on mice of different genetic background.