Comparative analysis of paternal protein's transmission to zygotes  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
108921
Type NN
Principal investigator Bősze, Zsuzsanna
Title in Hungarian Apai fehérjék öröklődésének összehasonlító vizsgálata a korai embriogenezis során
Title in English Comparative analysis of paternal protein's transmission to zygotes
Keywords in Hungarian spermatogenezis, riporter transzgenikus háziállatok, apai eredetű fehérje
Keywords in English spermatogenesis, reporter transgenic livestock animals, paternally contributed proteins
Discipline
Animal reproduction biology (Council of Complex Environmental Sciences)34 %
Epigenetics and gene regulation (Council of Medical and Biological Sciences)33 %
Animal physiology (Council of Complex Environmental Sciences)33 %
Panel Plant and animal breeding
Department or equivalent Agricultural Biotechnology Institute (ABC) (National Agricultural Research and Innovation Centre)
Participants Bodó, Szilárd
Dobrosi, Nóra
Gócza, Elen
Hiripi, László
Hoffmann, Orsolya Ivett
Kerekes, Andrea
Lipták, Nándor
Starting date 2013-09-01
Closing date 2016-08-31
Funding (in million HUF) 32.976
FTE (full time equivalent) 6.63
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.

A kutatás célja az apai eredetű fehérjék fajspecifikus sorsának és funkciójának vizsgálata a korai embriogenezisben. Eddigi kísérleteink azt mutatják, hogy a transzpozon transzgenikus Venus indikátorfehérjét kifejező nyúl (magyar partner) és sertés (német partner) hímek érett spermája is expresszál Venus fehérjét, míg ugyanezen transzgénnel előállított egereké nem. Ezek a modellállatok, melyek ugyanazon SBVenus trranszozont hordozzák, egyedülálló lehetőséget kínálnak a korai embrionális fejlődés "láthatóvá" tételére, különös tekintettel az apai eredetű fehérjék sorsára. Összehasonlító vizsgálatainkban nyomon tudjuk követni az indikátor génről átíródó transzkriptum és fehérje sorsát a mindhárom faj spermatogenezisében is és vizsgálhatjuk a fajspecifikus különbségeket.Speciális sejtszervecske specifikus markerek, immunhisztológia és autofágia markerek segítségével a Venus fehérje sorsa mindhátom fajban nyomon követhető lesz. Végül a magyar kutatók a Venus fehérje expressziójának a fagyasztás olvasztás hatására bekövetkező változását is vizsgálni fogják nyúlsperma termékenyítő képességével összevetve.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.

A német-magyar együttműködésben megvalósuló projekt célja az apai eredetű fehérjék sorsának és funkciójának vizsgálata a korai embriogenezis során három állatfajban. A már mindhárom fajban: sertés, nyúl és egérben világszerte újdonságnak számító módszerrel ( Sleeping Beauty transzgenezissel)előállított indikátor fehérjét kifejező állatmodellek egyedülálló lehetőséget kínálnak a spermatognezisben levő fajspecifikus azonosságok és különbségek vizsgálatára. Kísérleteink hozzájárulnak annak a korábban általánosan elfogadott tézisnek a megcáfolásához, hogy a korai emlős embriók fejlődésében csak az anyai transzkriptumoknak és fehérjéknek van szerepe és új hipotézis megalkotását eredményezhetik.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!

A tervezett kutatás hozzájárulhat a spermatogenezisben és korai embriogenezisben meglévő fajspecifikus különbségek feltárásához. Ezt három fajban a laboratóriumi egérben,nyúlban és sertésben létrehozott újgenerációs modellállatok felhasználásával tudjuk megtenni. A német és magyar laboratórium tudása, technikai felszereltsége és a rendelkezésre álló állatmodellek egymást kiegészítik.
A transzpozonok egyik típusa a Sleeping Beauty alkalmazásával és azonos transzgén konstrukció beépítése a három állatfajba lehetővé teszi hogy nyomon kövessük az apai fehérjék sorsát a korai embriogenezisben, illetve mélyhűtési eljárások alkalmazása után.
A kutatás társadalmi hasznosíthatóság a sperma mélyhűtés és az asszisztált reprodukciós módszerek továbbfejlesztésében illetve a haszonállat klónozás hatékonyságának fokozásában nyilvánulhat meg.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média illetve az adófizetők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI számára.

A tervezett kutatás egy német és egy magyar mezőgazdasági biotechnológiai kutatóintézet összefogásával valósulna meg. A kutatás során a korábban alkalmazott módszereknél hatékonyabb és biztonságosabb eljárással létrehozott, riporter fehérjét kifejező állatmodelleket alkalmazunk. A riporter fehérjék lehetővé teszik hogy "láthatóvá" tegyük és így nyomon kövessük az embrionális fejlődés korai szakaszait és abban az apai ágról örökölt fehérjék sorsát és funkcióját. Mivel három különböző állatfajban is rendelkezésünkre áll ugyanazon módon ugyanolyan típusú riporter fehérjével megjelölt állatmodell ez lehetőséget ad a fajok közötti különbségek vizsgálatára is.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

This application aims to elucidate the species specific fate and potential function of paternally contributed proteins to early cleavage stage embryos. The finding that Venus transposon-transgenic bucks and boars produce Venus protein-loaded spermatozoa, - but not in transgenic mouse- offers an unexpected possibility to visualize early events of ontogenesis with a particular focus on paternal proteins. Thus a comparative approach to elucidate the expression of a Venus transposon construct in spermatozoa of mouse, rabbit and pig might help to identify similarities and differences of spermatogenesis in these mammals, and contribute to a basic understanding of species-specific mechanisms. The availability of three transgenic mammalian species carrying an identical transgenic construct (SB Venus transposon) is a unique opportunity for this approach. In parallel, the fate of the spermatozoa-transmitted Venus protein in rabbit and porcine zygotes will be studied. These model may allow to track the fate of paternal cytoplasm parts up to the stage of embryonic genome activation. By counter-staining with organelle-specific markers and immuno-staining with antibodies against autophagy markers the fate of spermatozoon-transmitted Venus will be defined. Finally the Hungarian laboratory will study the effect of freezing-thawing on the indicator protein expression in parallel with the in vitro fertilization capacity of buck sperm.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.

The proposed project is planned to examine the fate and function of paternal proteins during spermatogenesis and in early cleavage state embryos in the frame of a German-Hungarian joint project. The project is based on three already exsisting animal model, which was created in three species with the same transgene by the novel Sleeping Beauty transposon transgenesis. The swine, rabbit and mouse indicator transgenic models offer a unique possibility to reveal species specific differences in spermatogenesis. The planned experiments will contribute to refute the generally accepted thesis, that only transcipts and proteins with mathernal origine will contribute to early cleavage state embryonal development.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.

The planned project contribute to specify the species specific differences in spermatogenesis and early embryogenesis. The unique tool which already available in the frame of a German-Hungarian joint project is three animal model created in three species: laboratory mouse, rabbit and swine. The scientific background, equipments and animal models are complementary in the two laboratories. The animal models carry the same transgene which express the Venus indicator protein and were creates with the same novel transposon transgenesis with Sleeping Beauty vector. That will make possiblry to follow the fate of the Venus protein in early cleavage state rabbit and swine embryos and during cryopreservation.
The advantage for the society might arise from developing novel sperm cryopreservation, assisted reproduction and animal cloning methods.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NKFI in order to inform decision-makers, media, and the taxpayers.

The planned project will be performed through the collaboration of a German and a Hungarian Biotechnological Reseach Institutes. In the experiments we will include the already exsisting animal models which are expressing reporter protenins. The reporter proteins helps us to make visible the embryos at early developmental stages and the fate of proteins with paternal origin. Since we created and have the animals with same type of riporter proteins it will be possible to examine species specific differences. Our results will contribute to improve sperm cryopreservation and assisted reproduction methods.





 

Final report

 
Results in Hungarian
A szerződés keretében elsőként közöltünk egy módszert a Sleeping Beauty transzpozonnal történő transzgenikus nyúl előállításához (Nature Protocol 2014). Az új módszer előnye a fokozott hatékonyságon túlmenően, hogy egy integráció helyen egy transzgén beépülés történik a transzpozon mediált mechanizmus következményeként. A projekt keretében három kérdést válaszoltunk meg: i; vannak-e fajspecifikus különbségek a Venus indicator fehérje kifejeződésében a spermatocitákban (egeret és sertést a német partner a nyulat mi vizsgáltuk)? ii; egy merőben új módszer alapjait teremtettük meg, amellyel rekombináns fehérjét lehet termeltetni sertések vagy nyulak tejében illetve egyéb testfolyadékaiban, iii; a Venus mint marker segítségével vizsgálni kivántuk a mikrokimérizmus jelenségét sertésben és nyulban. A szerződés lezárultáig sikerült elsőként bizonyítékot találni az intercelluláris hidak szerepére a nyúl spermatogenezisben (PlosOne 2016). A német partnerrel együttműködve fajspecifikus különbségeket is kimutattunk. Ugyancsak fajspecifikus különbségeket mutatott a reporter fehérje testfolyadékokban történő termelődése (SciRep 2016 és kéziratban). A transzpozon alapú reporterrel történő jelölést felhasználva vizsgáltuk a mikrokimérizmus előfordulását a nyulak vemhessége alatt, amelynek méhlepénye az emberéhez hasonló szerkezetű ( visszaküldésre vár a Transgen Res-ben).
Results in English
We have published the first method to create transgenic rabbits with Sleeping Beauty(SB) transposon (Nature Protocol 2014). The advantage of this novel technology, beyond its higher efficiency is that in the genome of the rabbit at one integration site one transgene copy integrates through the transposon mediated mechanism.The research was directed around three main tasks: i; are there species specific differences of Venus expression in SB transgenic males’ spermatocytes (swine, mice by the German partner, rabbit in our lab), ii; to characterize in SB-rabbit and SB-pig a totally new solution to produce recombinant protein in milk or in other body fluids and iii; we intended to use Venus expressing SB transgenic animals as a tool to examine fetal cell microchimerism during pregnancy in pig and rabbit.Till the end of the grant period we provided the first evidence for the functionality of intercellular bridges during rabbit spermatogenesis (PlosOne 2016) and together with the German partner we described the species specific differences. Species specific differences were also revealed in the expression of the reporter protein in the body fluids (SciRep 2016) and manuscript in preparation. The transposon based reporter marking was used to examine the role of microchimerism during rabbit pregnancy, which has a similar placental structure to human (under revision in Transgen Res.).
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=108921
Decision
Yes





 

List of publications

 
Ivics Z, Hiripi L, Hoffmann OI, Mátés L, Yau TY, Bashir S, Zidek V, Landa V, Geurts A, Pravenec M, Rülicke T, Bösze Z, Izsvák Z.: Germline transgenesis in rabbits by pronuclear microinjection of Sleeping Beauty transposons., Nature Protocol 2014 Apr;9(4):794-809., 2014
Ivics Z, Hiripi L, Hoffmann OI, Mátés L, Yau TY, Bashir S, Zidek V, Landa V, Geurts A, Pravenec M, Rülicke T, Bösze Z, Izsvák Z.: Germline transgenesis in rabbits by pronuclear microinjection of Sleeping Beauty transposons., Nature Protocol 2014 Apr;9(4):794-809., 2014
Mukherjee A, Garrels W, Talluri TR, Tiedemann D, Bősze Z, Ivics Z, Kues WA.: Expression of Active Fluorophore Proteins in the Milk of Transgenic Pigs Bypassing the Secretory Pathway., Sci Rep. 2016 Apr 18;6:24464. doi: 10.1038/srep24464., 2016
Hoffmann OI, Kerekes A, Lipták N, Hiripi L, Bodo S, Szaloki G, Klein S, Ivics Z, Kues WA, Bosze Z.: Transposon-Based Reporter Marking Provides Functional Evidence for Intercellular Bridges in the Male Germline of Rabbits., PLoS One. 2016 May 5;11(5):e0154489. doi: 10.1371/journal.pone.0154489. eCollection 2016., 2016





 

Events of the project

 
2015-04-07 10:47:27
Résztvevők változása
2014-12-17 18:09:34
Résztvevők változása
2014-01-02 14:34:40
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: (Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóintézet (Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ).




Back »