Piperine Improves the Quality of Porcine Oocytes during In Vitro Maturation by Reducing Oxidative Stress

Abstract

Oxidative stress caused by light and high temperature arises during in vitro maturation (IVM), resulting in low-quality embryos compared with those obtained in vivo. To overcome this problem, we investigated the influence of piperine (PIP) treatment during maturation of porcine oocytes on subsequent embryo development in vitro. Porcine oocytes were cultured in IVM medium supplemented with 0, 50, 100, 200, or 400 μM PIP. After parthenogenetic activation, the blastocyst (BL) formation was significantly higher and the apoptosis rate was significantly lower using 200 μM PIP-treated oocytes (200 PIP). In the 200 PIP group, the level of reactive oxygen species at the metaphase II stage was decreased, accompanied by an increased level of glutathione and increased expression of antioxidant processes (Nrf2, CAT, HO-1, SOD1, and SOD2). Consistently, chromosome misalignment and aberrant spindle organization were alleviated and phosphorylated p44/42 mitogen-activated protein kinase activity was increased in the 200 PIP group. Expression of development-related (CDX2, NANOG, POU5F1, and SOX2), anti-apoptotic (BCL2L1 and BIRC5), and pro-apoptotic (BAK, FAS, and CASP3) processes was altered in the 200 PIP group. Ultimately, embryo development was improved in the 200 PIP group following somatic cell nuclear transfer. These findings suggest that PIP improves the quality of porcine oocytes by reducing oxidative stress, which inevitably arises via IVM. In-depth mechanistic studies of porcine oocytes will improve the efficiencies of assisted reproductive technologies.|빛과 고온으로 인한 산화 스트레스는 체외 성숙 중에 발생하여 생체 내에서 얻은 배아에 비해 품질이 낮은 배아를 생성한다. 이 문제를 극복하기위해 우리는 돼지 난모세포의 성숙 과정에서 피페린 처리가 체외에서 후속 배아 발달에 미치는 영향을 조사했다. 돼지 난모세포는 0, 50, 100, 200 또는 400 μM 피페린이 보충된 체외 성숙 배지에서 배양되었다. 단위생식활성화 후, 200 μM 피페린 처리 난모세포(200 PIP)를 사용하여 배반포 형성 속도가 상당히 높았고 배반포에서 세포사멸 세포의 비율이 상당히 낮았다. 200 PIP 그룹에서는 중기 II 단계의 활성 산소종 수준이 감소하고, 글루타티온 수준이 증가하고 항산화 유전자(Nrf2, CAT, HO-1, SOD1 및SOD2)의 발현이 증가하였다. 일관되게 염색체 오정렬과 비정상적인 방추조직이 완화되었고 인산화된 p44/42 MAPK 활성이 200 PIP 그룹에서 증가하였다. 발달 관련(CDX2, NANOG, P OU5F1 및 SOX2), 항-아폽토시스(BCL2L1 및 BIRC5) 및 프로-아폽토시스(BAK, FAS 및 CASP 3) 유전자의 발현은 200 PIP 그룹에서 조절되었다. 체세포 핵 이식 후 배아 발달은 200 PIP 그룹에서 개선되었다. 이러한 발견은 피페린이 체외 성숙 중에 필연적으로 발생하는 산화 스트레스를 감소시켜 돼지 난모세포의 품질을 향상시킨다는 것을 시사한다. 돼지 난모세포에 대한 심층적인 기계적연구를 통해 보조 생식 기술의 효율성이 향상될 것이다.