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Development of methods to decrease aneuploidy in mammalian oocytes

dc.contributor.advisorSchuh, Melina Dr.
dc.contributor.authorAltmeppen, Gerrit
dc.date.accessioned2022-05-24T12:20:18Z
dc.date.issued2022-05-24
dc.identifier.urihttp://resolver.sub.uni-goettingen.de/purl?ediss-11858/14065
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-9241
dc.language.isoengde
dc.relation.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subject.ddc570de
dc.titleDevelopment of methods to decrease aneuploidy in mammalian oocytesde
dc.typedoctoralThesisde
dc.contributor.refereeSchuh, Melina Dr.
dc.date.examination2022-03-31de
dc.description.abstractgerMaternale mRNAs begleiten und kontrollieren alle Prozesse vom Einsetzen der Meiose bis hin zur Blastocyste wenn der Pool an mRNAs vollständig durch das embryonische mRNA Set ersetzt ist. Die erfolgreiche Entwicklung von Blastocysten hängt von der Stabilität maternaler mRNAs vor und während der Meiose ab. Zahlreiche maternale mRNA kontrollierende Proteine wurden in den Eizellen von Drosophila melanogaster, Xenopus laevis und Mus musculus identifiziert. Obwohl die Funktion vieler mRNA bindenden Proteine bekannt ist, ist der exakte Mechanismus, welcher die Translation und mRNA Stabilität reguliert, unklar. Ein besseres Verständnis dieser dieses Themas ist wichtig sowohl für die Grundlagenforschung als auch aus medizinischer Perspektive, da die hoch-organisierte Translation und der Zerfall maternaler mRNAs unabdingbar ist für die erfolgreiche Entwicklung des frühen Embryos. Zusätzlich beeinflussen Veränderungen in der Abfolge der Translation und des Zerfalls den Prozess der Meiose und beeinträchtigt das Entwicklungspotential von Eizellen. Verzögerte Reifung und Aneuploide sind Folgen von aus dem Gleichgewicht geratenen mRNA Pools. Aneuploidie in Eizellen ist der Hauptgrund von Unfruchtbarkeit und Fehlgeburten von Frauen. Das Ziel meiner Arbeit war die Identifikation neuer mRNA regulierender Signalwege, die die gesunde Entwicklung von Eizellen und frühen Embryos unterstützen sowie die Entwicklung von Methoden, um Aneuploide zu verringern. Im ersten Teil meiner Arbeit habe ich ein mRNA kontrollierendes Protein untersucht, welches wir maternal mRNA-Sequestering Protein (MMSP, deutsch: maternale mRNA-akkumulierendes Protein). Wir haben entdeckt, dass MMSP eine neuartige mRNA Speicher-Domaine organisiert und haben die Dynamiken, Zusammensetzung und physikalischen Eigenschaften dieser Domaine charakterisiert. Darüber hinaus habe ich analysiert, wie die Entfernung von MMSP in Knockout Mäusen die Funktionalität der Eizelle und deren Fortschreiten durch die Meiose beeinflusst. Im zweiten Teil meiner Arbeit habe ich spezifische Farbstoffe und single molecule (deutsch: Einzelmolekül) RNA-FISH (smRNA-FISH) genutzt, um ein spezifisches Gen zu untersuchen, dessen mRNA von MMSP akkumuliert wird. Wir haben gezeigt, dass der vorzeitige Verlust der mRNA in MMSP Knockout Mäusen erhebliche Defekte im Lipid-Metabolismus und der mitochondrialen Aktivität verursacht. Darüber hinaus zeigen wir Beweise, dass ein veränderter Lipid-Metabolismus sowie mitochondriale Aktivität oxidativen Stress verursacht. Oxidativer Stress ist dafür bekannt zu alters-bezogenen Schäden in Eizellen beizutragen, welche letzten Endes zu Aneuploidie führen können. Im dritten Teil meiner Arbeit habe ich versucht, Werkzeuge zur Korrektur von Chromosom-Segregations-Fehlern zu entwickeln, indem Chromosome künstlich innerhalb lebender Eizellen bewegt werden. Ich habe verschiedene Typen magnetischer Fallen und Glasnadeln verwendet, um Chromosome in Eizellen neu zu positionieren oder um Chromosome aus Eizellen zu entfernen. Diese Arbeit liefert konzeptionelle Beweise, dass Chromosome in Eizellen modifiziert und aus Eizellen entfernt werden können, ohne die Gesundheit der Eizellen zu beeinträchtigen. Allerdings ist substantielle Weiterentwicklung notwendig, um entsprechende Methoden zur Verringerung von Aneuploidie in Fruchtbarkeits-Behandlungen anwenden zu können.de
dc.description.abstractengMaternal mRNAs accompany and control all processes from the onset of meiosis until the blastocyst stage when the maternal pool of mRNAs is fully replaced by the emryonic mRNA set. The successful development of blastocysts relies on the stability of maternal mRNAs before and during meiosis. Numerous maternal mRNA controlling proteins have been identified in the oocytes of Drosophila melanogaster, Xenopus laevis and Mus musculus. Although the function of many mRNA binding proteins is known, the exact mechanisms that regulate translation and mRNA stability remain unclear. A better understanding of this topic would be very important both from a fundamental research as well as from a medical perspective, because the orchestrated translation and decay of maternal mRNAs is crucial for the successful development of early embryo. In addition, alterations in the sequence of translation and decay affect the process of meiosis and impair the developmental capacity of oocytes. Delayed maturation and aneuploidy are consequences of imbalanced maternal mRNA pools. Aneuploidy in eggs is the main cause of infertility and miscarriages in women. The aim of my thesis was to identify new mRNA regulatory pathways that support the healthy development of oocytes and early embryos, and to develop methods that can be used to decrease aneuploidy. In the first part of my thesis, I investigated a maternal mRNA controlling protein that we termed maternal mRNA-Sequestering Protein (MMSP). We found that MMSP organizes a novel mRNA storage domain in oocytes, and characterized the dynamics, composition and physical properties of this domain. In addition, I studied how depletion of MMSP in a knockout mouse model affects the functionality of the oocyte and progression through meiosis. In the second part of my thesis, I used specific dyes and single molecule RNA-FISH (smRNA-FISH) to study a specific gene whose mRNA is sequestered by MMSP. We showed that the pre-mature loss of the mRNA in MMSP knockout oocytes causes severe defects in the lipid metabolism and mitochondrial activity in immature oocytes. We further provide evidence that altered lipid metabolism and mitochondrial activity cause oxidative stress. Oxidative stress is known to contribute to age-related damage in oocytes that eventually can lead to aneuploidy. In the third part of my thesis, I aimed to develop tools to correct chromosome segregation errors by artificially moving chromosomes inside living oocytes. I used different types of magnetic tweezers and glass needles to reposition chromosomes within oocytes, or to remove chromosomes from oocytes. This work provides a proof-of-concept that chromosomes can be modified inside oocytes, and also be removed from oocytes without affecting oocyte viability. However, substantial further development will be required to apply related methods to the reduction of aneuploidy in fertility treatments.de
dc.contributor.coRefereeWimmer, Ernst A. Prof. Dr.
dc.subject.engRNA storagede
dc.subject.engMaternal mRNAsde
dc.subject.engMeiosisde
dc.subject.engMammalian oocytesde
dc.subject.engMARDOde
dc.subject.engMitochondriade
dc.subject.engLipid metabolismde
dc.subject.engLipid dropletsde
dc.subject.engTranscriptional regulationde
dc.subject.engAneuploidyde
dc.subject.engMagnetic tweezersde
dc.subject.engChromosome missegregationde
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-ediss-14065-8
dc.date.embargoed2023-03-30
dc.affiliation.instituteGöttinger Graduiertenschule für Neurowissenschaften, Biophysik und molekulare Biowissenschaften (GGNB)de
dc.subject.gokfullBiologie (PPN619462639)de
dc.description.embargoed2023-03-30de
dc.identifier.ppn1811858503


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