Role of progesterone associated with PGRMC1 on preimplantation development of in vitro produced porcine embryos

Abstract

Progesterone is a steroid hormone well known for its significant role in the reproduction process of mammals. Numerous studies have reported on the regulation of progesterone during implantation, pregnancy and parturition, but there are fewer studies on progesterone in relation to the early stages of embryo development. In the present study, we investigated the effects of progesterone during the development of in vitro produced porcine embryos. First, gene expression of various progesterone receptors in the in vitro produced porcine embryos were analyzed. PGRMC1 and PGRMC2 (progesterone receptor membrane component 1 and 2) showed distinct expression. Next, the embryos were treated with two concentrations of progesterone (10 nM and 100 nM) for two different durations (from day 0 and from day 4) to compare the developmental rates, cell numbers, and apoptosis rates of day 7 blastocysts. The experimental groups in both durations showed similarly increased blastocyst cell numbers and decreased apoptosis rates when treated with 100 nM progesterone. Furthermore, the expression levels of PGRMC1, PGRMC2, PAIRBP1 (plasminogen activator inhibitor RNA-binding protein 1), and apoptosis-related genes were examined in blastocysts and, showed significant increases in the 100 nM treatment group compared to the control group. Subsequently, the embryos were treated with the PGRMC1 inhibitor, AG-205, and developmental rates, cell numbers, and apoptosis rates of day 7 blastocysts were compared. In addition, 100 nM progesterone was treated simultaneously with AG-205 to test if the inhibition effect is relieved by progesterone. Groups treated with 1 μM and 2 μM AG-205 showed decreased cell numbers and increased apoptosis rates in day 7 blastocysts compared to the control group. We also confirmed the recovery of inhibition by 100 nM progesterone. In conclusion, the present study indicated that progesterone positively affects the development of in vitro produced preimplantation porcine embryos by increasing cell proliferation and decreasing apoptosis via PGRMC1-involved actions. However, the detailed mechanisms of PGRMC1 need further elucidation.

프로게스테론은 포유동물의 번식과정에 걸쳐 중요한 역할을 수행한다고 알려진 대표적인 스테로이드계 호르몬이다. 이미 다수의 선행연구들을 통해 프로게스테론이 착상과 임신 및 분만 과정을 조절함이 밝혀져 있으나, 그에 비해 초기 배아 발달에 관련된 연구들은 부족한 상태이다. 따라서, 본 연구에서는 체외생산된 돼지 수정란에서 프로게스테론이 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 먼저, 체외 수정된 돼지 배아에서 각 프로게스테론 수용체들의 유전자 발현률을 분석하였는데, PGRMC1과 PGRMC2가 다른 수용체들과 구분되는 독특한 발현 양상을 보임을 확인하였다. 이후, 배아 배양 과정에서 두 가지 농도(10 nM, 100 nM)의 프로게스테론을 두 기간(0일째부터 처리, 4일째부터 처리)으로 나누어 처리하며 배아 발달률, 7일차 배반포의 세포 수와 세포 자살 비율을 살펴보았다. 그 결과, 0일째와 4일째 처리군 모두 유사하게, 100 nM 프로게스테론 처리군에서 7일차 배반포의 세포 수가 증가하고 세포사멸 비율이 감소하였다. 추가적으로, 배반포의 PGRMC1, PGRMC2, PAIRBP1과 세포사멸 관련 유전자들의 발현률을 분석하였을 때, 대조군에 비해 100 nM 프로게스테론 처리군에서 유의미하게 발현률이 증가하는 것을 확인하였다. 이어 배아 배양 과정에서, PGRMC1 저해제인 AG-205를 처리한 뒤 배아 발달률, 7일차 배반포의 세포 수와 세포사멸 비율을 대조군과 비교하였고, 일부 실험군에 100 nM 프로게스테론을 함께 처리하여 AG-205의 저해 효과가 회복되는지도 살펴보았다. 그 결과, 1 μM과 2 μM의 AG-205를 처리한 실험군들에서 7일차 배반포의 세포 수가 감소하고 세포사멸 비율이 증가하는 것을 볼 수 있었고, 이러한 AG-205의 저해 효과가 100 nM의 프로게스테론을 함께 처리하였을 때 회복되는 것 또한 확인하였다. 결론적으로 본 연구를 통해, 프로게스테론이 체외생산된 돼지 수정란의 초기 발달 과정에서 배반포의 세포 수를 증가시키고 세포사멸을 감소시키는 긍정적 효과를 가지며, 이러한 프로게스테론 효과는 PGRMC1에 의해 매개됨을 검증하였다. 그러나, PGRMC1의 구체적인 작용 기전에 대해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.