Einfluss von Progesteron, Hyaluronsäure und Wachstumshormon auf den ziliären Transport und die Sekretion im bovinen Eileiter

Abstract

Die frühe embryo-maternale Kommunikation findet bereits im Eileiter statt und bildet eine essentielle Voraussetzung für eine erfolgreiche Trächtigkeit. Zur Analyse der beteiligten Signaltransduktionswege wurden bisher überwiegend Untersuchungen unter in vitro Bedingungen durchgeführt. Ziel dieser Arbeit war es daher, unter nahen in vivo Bedingungen den Einfluss von Progesteron (P), Hyaluronsäure (HA) und Wachstumshormon (GH) auf den ziliären Transport und die Sekretion im Eileiter am Modell des Rindes zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden ex vivo Organkulturen des Eileiters mit einem neu etablierten digitalen Videomikroskop untersucht. Dabei wurden mit Hilfe der Software StreamPix und Image-Pro Plus die Partikeltransportgeschwindigkeit (PTG) und die Zilienschlagfrequenz (ZSF) analysiert. Zur Ermittlung der ZSF wurde zusätzlich eine Fast Fourier Transformation durchgeführt. Zudem erfolgten histochemische und immunhistochemische Analysen. Während des Östrus beträgt die basale PTG in der Ampulla 234,7 ± 18,9 µm/s (n = 4) und die ZSF 17,8 ± 0,6 Hz (n = 10). HA bewirkt in der Ampulla nach 15 min. einen signifikanten Anstieg der ZSF um 25,9 % (n = 7) und könnte damit als natürlicher Bestandteil der Eileiterflüssigkeit und des COCs eine wichtige Rolle beim Oozyten-Pickup spielen sowie an dem physiologischen Anstieg der ZSF nach der Ovulation beteiligt sein, um den Flüssigkeitsstrom der viskösen Follikelflüssigkeit aufrecht zu erhalten. Zudem löst exogen zugefügte HA im Metöstrus einen signifikanten Anstieg (n =6) der Synthese von sauren Mukopolysacchariden in den sekretorischen Zellen der Ampulla aus und trägt damit zu einer erfolgreichen Gametogenese sowie Fertilisation bei. Progesteron senkt die ZSF in der Ampulla signifikant um 21,6 % (n = 6). Eine Begründung dafür könnte die untergeordnete Rolle der ziliären Aktivität im P dominierenden Diöstrus darstellen, da in diesem Zyklusabschnitt kein Transport der Eizelle bzw. des Embryos stattfindet. Dies spiegelt sich auch in der signifikant reduzierten Synthese von sauren Mukopolysacchariden wider (n = 7), da auch eine nutritive Versorgung im Diöstrus nicht erforderlich ist. In der frühen Trächtigkeit ist die Bereitstellung von Nährstoffen hingegen von großer Bedeutung, wodurch sich die starke Sekretion von Glykoproteinen über ausgeschleuste Vesikel in der Ampulla begründet. Die Expression des PRs ist 1,5 Tage, nachdem der Embryo die Ampulla verlassen hat, ipsilateral signifikant geringer (64.1 %) als kontralateral (n = 4), was auf einen lokalen Wirkungsmechanismus des Embryos hinweist. Im Uterus wird der PR bei der Ankunft des Embryos ipsi- als auch kontralateral stark exprimiert. Mit Hilfe dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die ziliäre Aktivität im bovinen Eileiter sowohl endokrin (P) als auch parakrin (HA) über lokale Signale reguliert wird. Durch die gewonnenen Erkenntnisse wird zu einem besseren Verständnis der kausalen Zusammenhänge bei Sub- und Infertilitäten bezüglich eines gestörten Gameten- bzw. Embryotransportes beigetragen. The early embryo-maternal communication occurs to be in the oviduct and provides an essential prerequisite for successful pregnancy. In most instances, studies which analyze the involved signaling pathways are based on in vitro conditions. Therefore the aim of our study was to investigate the influence of progesterone (P), hyaluronan (HA) and growth hormone (GH) on ciliary transport and secretion in the bovine oviduct under near in vivo conditions. For this object we analyzed ex vivo organ cultures of the oviduct with a new established digital videomicroscope. Particletransport speed (PTS) and ciliary beating frequency (CBF) were evaluated by means of the software StreamPix and Image - Pro Plus. To determine CBF a Fast Fourier Transformation was done additionally. Moreover histochemic and immunhistochemic analyzes were performed. In the bovine estrus ampulla, basal PTS averages 234.7 ± 18.9 µm/s (n = 4) and basal CBF 17.8 ± 0.6 Hz (n = 10). HA causes a significant increase (25.9 %) of the CBF in the ampulla after an incubation of 15 minutes (n = 7). As natural component of oviductal fluid and the cumulus oocyte complex, HA could play an important role in the oocyte pickup as well as be involved in the physiological increase of ciliary beating after ovulation to ensure a continuous current of the viscous follicle fluid. Furthermore exogene HA increases the synthesis of acid mucopolysaccharides signicficantly (n = 6) in the secretory cells of the ampulla from cows in metestrus to provide successful gametogenesis and fertilization. Progesterone significantly decreases (21.6 %) CBF in the ampulla (n = 6). A potential reason could be the subordinate role of ciliary activity in the P dominant diestrus, when oocyte- and embryo transport does not occur. This is also reflected in significant reduced synthesis of acid mucopolysaccharides (n = 7) since nutritive maintenance is not necessary in diestrus. However, in the early pregnancy the supply of nutrients is very important, wherefore a strong secretion by vesicles of glycoproteins arises in the oviduct. 1.5 days after the embryo leaves the ampulla PR expression is significantly less (64.1 %) expressed in ipsilateral ampulla than in contralateral ampulla (n = 4), which indicates a local mechanism of the embryo. When the embryo enters the uterus PR is expressed very strong both ipsi- and contralateral.With the aid of this study it could be shown that ciliary activity is regulated endocrine (P) and paracrine (HA) by local signals in the bovine oviduct. The gained findings contribute to a better understanding of causal relationship in sub- and infertilities respective defective gamete and embryo transport.