Role of organelle dynamics for mammalian oocyte growth, maturation, and early embryo development

Abstract

Molecular developmental biology has many implications in human health research, particularly in the field of assisted reproductive technologies. The primary goal is to uncover the mechanisms that govern the development of a complete and functional organism from a single cell. This zygote results from the fusion of the sperm and the oocyte. Females are born with millions of oocytes that will undergo a drastic decline through oocyte differentiation. Oocyte differentiation implies three main and successive processes: selection, growth, and maturation which leads to the establishment of a unique cellular identity associated with morphological changes and functional specialization. During oocyte growth, cytoplasmic resources accumulate and organize during a period of active transcription. Transcription then ceases, and the oocyte undergoes a sequential series of maturation events before fertilization can occur. Nuclear Envelope Breakdown (NEBD), spindle formation, and anaphase lead to the completion of the first meiotic division. During meiosis, spindle microtubules capture and segregate the chromosomes. In an organelle-crowded cytoplasmic environment, chromosomes condense, congregate, align, and separate. The precise mechanisms that regulate bipolar spindle assembly and stability remain poorly...

Molekulární vývojová biologie má zásadní význam pro výzkum lidského zdraví, zejména v oblasti technik asistované reprodukce. Hlavním cílem je objasnit mechanismy, které řídí vývoj kompletního a funkčního organismu z jediné buňky - zygoty - vzniklé splynutím spermie a oocytu. Ženy se rodí s miliony oocytů, z nichž pouze vybrané podstoupí výraznou redukci během diferenciace oocytů, co zahrnuje tři hlavní a navazující fáze: selekci, růst a maturaci. Tento proces vede k vytvoření jedinečné buněčné identity doprovázené morfologickými změnami a funkční specializací. Během růstu oocytů je v období intenzivní transkripční aktivity cytoplazma reorganizována. Následně transkripce ustává a oocyt prochází sekvencí maturačních událostí předcházejících fertilizaci. Rozpad jaderné membrány, tvorba dělícího vřeténka a anafáze vedou k dokončení prvního meiotického dělení. V průběhu meiózy mikrotubuly dělícího vřeténka zachycují chromozomy a zajišťují jejich segregaci. V cytoplazmě s denzním zastoupením organel dochází ke kondenzaci, seskupení, zarovnání a separaci chromozomů. Přesné mechanismy, které regulují tvorbu bipolárního vřeténka a jeho stabilitu, však zůstávají nejasné. Souvislosti mezi organizací organel a stabilitou dělícího vřeténka se teprve nyní začínají popisovat. Oocyt slouží jako primární rezervoár...