Abstract

Proper development of fertilized oocyte to blastocyst is a key step in mammalian development to implantation. During development of preimplantation embryos, the mammalian embryo needs supply the energy substrate for keep viability. Usually mammalian oocyte get substrate especially energy substrate from oviduct and uterus, because it does not store much substrate into cytoplasm during oogenesis. Carbohydrates are known as a main energy substrate for preimplantation stage embryos. Glucose, lactate and pyruvate are essential component in preimplantation embryo culture media and there are stage specific preferences to them. Glucose transporter and $H^+$-monocarboxylate cotransporter are a main mediator for carbohydrate transport and those expression levels are primarily under the control of intrinsic or extrinsic factors like insulin and glucose. Other organic substances, amino acids, lipids and nucleotides are used as energy substance and cellular regulation factor. Though since 1960s, successful development of fertilized embryo to blastocyst has been accomplished with chemically defined medium for example BWW and give rise to normal offspring in mammals, the role of metabolites and the regulation of intermediary metabolism are still poorly understood. Glucose may permit expression of metabolic enzymes and transporters in compacting morula, capable of generating the energy required for blastocyst formation. In addition, it has been suggested that the cytokines can modulate the metabolic rate of carbohydrate in embryos and regulate the preimplantation embryonic development through control the metabolic rate. Recently we showed that lactate can be used as a mediator for preimplantation embryonic development. Those observations indicate that metabolites of carbohydrate are required by the early embryo, not only as an energy source, but also as a key substrate for other regulatory and biosynthetic pathways. In addition metabolites of carbohydrate may involve in cellular activity during development of preimplantation embryos. It is suggested that through these regulation and with other regulation mechanisms, embryo and uterus can prepare the embryo implantation and further development, properly.

수정란이 포배로 분화하는 것은 착상을 통하여 개체 발생이 성립되는 포유동물의 발생에 있어서 핵심적인 현상이다.. 초기 배아 발생 시기동안 배아는 생존을 위한 에너지원을 공급받아야 한다. 포유동물의 난자는 보통의 경우 난자 형성 동안 많은 양의 에니지원을 세포질에 비축하지 않기 때문에 발생 동안 수란관과 자궁으로부터 물질대사와 관련돼 여러 물질, 특히 에너지원을 획득해야 한다. 탄수화물은 착상전 배아의 주 에너지원으로 알려져 있다. 포도당, 젖산염, 피르브산염은 착상 전배아 배양액에서 없어서는 않될 성분으로, 초기 배아는 그 발생 단계에 따라 이들 물질에 대한 선호도를 각기 다르게 갖고 있다. 포도당수송체(glucose transporter)와 수소이온-단당류 동향수송체($H^+$-monocarboxylate cotransporter)는 탄수화물을 수송하는 주된 매개자로 이들의 발현 수준은 일차적으로 내인성 또는 인슐린이나 포도당과 같은 외인성 요인에 동시적으로 조절을 받는다. 비록 1960년대 이후 화학적으로 규명된 BWW와 같은 배양액을 이용하여 수정란이 성공적으로 포배로 발생되고 이식 후 정상적인 새끼가 태어났어도, 발생조절에 있어서 이들 탄수화물 물질대사 산물의 역할은 잘 알려져 있지 않다. 포도당은 밀착이 진행되는 상실배에서 물질대사 관련 효소와 수송체의 발현을 조절하고, 포배강 형성에 필요로 하는 에너지를 생산하는데 관련된 것으로 인식되고 있다. 다른 한편으로 cytokine은 배아에서 탄수화물의 대사율, 그리고 물질대사율 조절을 통하여 배아 발생을 조절할 수 있는 것으로 제안되어 왔다. 또한, 근래 들어 본인 등은 젖산염이 착상 전 배아의 발생을 조절할 수 있는 물질임을 밝히고 있다. 이러한 결과들은 탄수화물의 물질대사물이 초기 배아 시기에 에너지원으로서 뿐만이 아니라 생합성 경로 및 다른 조절경로에 참여하고 있음을 의미한다. 따라서 초기 배아 발생 동안 탄수화물 대사와 대사물질은 에너지원으로서 뿐만이 아니라 수정란이 착상할 수 있는 능력을 갖춘 포배로 발생하는 것을 조절하는 조절물질로 그 중요성이 있다.

Keywords

• Carbohydrate metabolism;
• Preimplantation embryo;
• Metabolite;
• Regulator