in vivoまたはin vitroで発生したウシ胚のプロテオーム解析は、初期胚への母体の環境の寄与を明らかにしています

背景：in vitro培養システムの多くの改善にもかかわらず、in vitroで生成された哺乳類の胚の品質と発達能力は、in vivoの対応物よりもまだ低いです。以前の研究では、in vivo由来とin vitro由来のウシ胚の間の遺伝子発現の違いが証明されていますが、タンパク質発現レベルでは比較はありません。 結果：4-6細胞、8-12細胞、モルラ、コンパクトモルラ、およびin vitroで発生した胚盤胞段階のグレード1品質のウシ胚の合計38プールを、in vivoまたはin vitroで発生させたナノ液体クロマトグラフィーによって分析しました。ラベルフリーの定量的質量分析では、3,028個のタンパク質の識別を可能にします。定量化されたタンパク質の多変量解析では、すべての段階でin vivoまたはin vitroの起源に従って胚プールの明確な分離が示されました。胚の起源に従って、胚の由来を含む胚の起源に応じて、差次的に豊富なタンパク質（DAP）の3つのクラスターが証明されました。これは、発達全体でin vivoで存在し、314および222のタンパク質は、それぞれモルラステージの前後にin vivoで存在します。タンパク質の機能分析では、より豊富なin vivoが炭水化物代謝と細胞質細胞成分の濃縮を示したことがわかりました。モルラ段階がミトコンドリアマトリックスにほとんど局在し、ATP依存性活性に関与する前に、タンパク質がより豊富に発見されましたが、モルラ段階後の過剰に豊富なものは、ほとんどがリボ核タンパク質複合体に局在し、タンパク質合成に関与していました。以前に初期胚と相互作用することが示されたオビダクチンおよび他の卵管タンパク質は、in vivo発生後に最も過剰なタンパク質の1つでした。 結論：母体環境は、初期発生段階でミトコンドリアタンパク質のより高い分解、胚性ゲノム活性化時のタンパク質合成に関与するタンパク質の存在量が少なく、in vitro産生と比較した炭水化物代謝経路の世界的なアップレギュレーションをもたらしました。さらに、胚はin vivoで発生し、大量の大量のオビンドクチンと他のタンパク質が4-6細胞段階になるとすぐに卵管に由来しました。これらのデータは、初期胚の発達能力に対する母親の分子寄与に関する新しい洞察を提供し、より良いin vitro培養システムの設計に役立ちます。

BACKGROUND: Despite many improvements with in vitro culture systems, the quality and developmental ability of mammalian embryos produced in vitro are still lower than their in vivo counterparts. Though previous studies have evidenced differences in gene expression between in vivo- and in vitro-derived bovine embryos, there is no comparison at the protein expression level. RESULTS: A total of 38 pools of grade-1 quality bovine embryos at the 4-6 cell, 8-12 cell, morula, compact morula, and blastocyst stages developed either in vivo or in vitro were analyzed by nano-liquid chromatography coupled with label-free quantitative mass spectrometry, allowing for the identification of 3,028 proteins. Multivariate analysis of quantified proteins showed a clear separation of embryo pools according to their in vivo or in vitro origin at all stages. Three clusters of differentially abundant proteins (DAPs) were evidenced according to embryo origin, including 463 proteins more abundant in vivo than in vitro across development and 314 and 222 proteins more abundant in vitro than in vivo before and after the morula stage, respectively. The functional analysis of proteins found more abundant in vivo showed an enrichment in carbohydrate metabolism and cytoplasmic cellular components. Proteins found more abundant in vitro before the morula stage were mostly localized in mitochondrial matrix and involved in ATP-dependent activity, while those overabundant after the morula stage were mostly localized in the ribonucleoprotein complex and involved in protein synthesis. Oviductin and other oviductal proteins, previously shown to interact with early embryos, were among the most overabundant proteins after in vivo development. CONCLUSIONS: The maternal environment led to higher degradation of mitochondrial proteins at early developmental stages, lower abundance of proteins involved in protein synthesis at the time of embryonic genome activation, and a global upregulation of carbohydrate metabolic pathways compared to in vitro production. Furthermore, embryos developed in vivo internalized large amounts of oviductin and other proteins probably originated in the oviduct as soon as the 4-6 cell stage. These data provide new insight into the molecular contribution of the mother to the developmental ability of early embryos and will help design better in vitro culture systems.