Early embryogenesis is highlighted by the emergence of several embryonic end extraembryonic lineages. One such lineage is the primitive endoderm, which will eventually give rise to the yolk sac. Once believed to be a vestigial structure, the yolk sac is now believed to play a more prominent role in embryogenesis as it provides nutrients to the preimplantation embryo. The endoderm may also interact with the trophectoderm lineage, as they develop in close contact within the embryo. The efficiency of developing primitive endoderm in vitro is considerably low, leading to a lapse in our understanding of its development and function in cattle and other ruminants. The goal of the first study was to establish a protocol for developing primitive endoderm cultures and characterizing these cells. Bovine embryos were produced in vitro, and primitive endoderm outgrowths were created with fibroblast growth factor 2 (FGF2) supplementation. These cells can be produced in culture with 80.3 5.6% efficiency. Furthermore, outgrowths can be maintained in culture for 6-8 weeks before reaching a quiescent state. A true bovine primitive endoderm cell line does not currently exist, however, these cells hold potential in improving the current understanding of early lineage specification in cattle. A second set of studies was performed to examine the effects of maternal obesity on the preimplantation conceptus and endometrium. Exposure to maternal obesity in utero affects offspring development at the postnatal, adolescent, and adult stages of development; however, its impacts on early embryogenesis are not well studied. This work utilized an obese ewe model. Once the obese phenotype was established, ewes were bred. Conceptus and endometrial tissue were collected at D 14 of pregnancy, and samples were processed for RNA-sequencing analysis. There were no differences in pregnancy rate, ovulation rate, or pregnancies/ovulation between obese and lean animals. At an RPKM threshold of 0.2, fold-change 2, and FDR 0.05, 669 and 21 differentially expressed genes (DEGs) were identified between obese- and lean-derived endometrial samples and conceptus samples, respectively. Likewise, 137 DEGs were identified between male and female conceptuses. The PANTHER GO-Slim Biological Process system identified several biological processes affected by obesity in both the endometrium and conceptus tissue. GO terms do not currently exist for "placenta" and "trophoblast", so a literature search was conducted to identify DEGs involved in implantation and placentation. This revealed 125 placentation DEGs in the endometrium, and 4 DEGs in conceptuses between obese and lean groups. A follow-up study was conducted to examine the abundance of transcripts with regulatory roles in embryogenesis. Conceptuses exhibited differential expression of DNA methyltransferase 1 (DNMT1) based on obesity exposure, fibroblast growth factor receptor 2 (FGFR2) in a sex*obesity interaction, and peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARG) and prostaglandin-endoperoxide synthase 2 (PTGS2) in a sex-specific manner. Collectively these results identify the preimplantation period as a susceptible time to maternal obesity in both conceptus and endometrial tissue. Together, these studies aim to provide a better understanding of the events controlling early embryogenesis, and insight into the implication of insults during this time. These findings will prove to be beneficial in establishing the link between maternal health, endometrial function, and subsequent offspring outcomes, with the hope of promoting a more viable embryo and thus healthier offspring. / Ph. D.

Endometrial tissue was collected from cows to determine effects of day of the estrous cycle, location of the ovulatory structure and progesterone (P₄) on endometrial protein secretion. Day 0 (estrus) endometrial tissue released more protein than tissue collected on d 9, 14 or 18. Protein synthesis was greater on d 0 and 18 than d 9 and 14. Endometrium from the uterine horn contralateral to the ovulatory structure synthesized more protein than endometrium ipsilateral to the ovulatory structure. Seventeen protein bands were identified by electrophoresis. Proximity of the ovulatory structure to the uterine horn affected the presence of four proteins. Quantitative release of seven proteins was influenced by day of the estrous cycle and uterine horn. Day of the estrous cycle and location of the ovulatory structure alter endometrial protein secretion and synthetic activity and have effects on individual proteins. A second project utilized 116 gilts and sows to evaluate estrous synchronization/superovulation schemes. Pronuclear microinjection and zygote culture in excised mouse oviducts also was assessed. Synchronization/superovulation procedures were: 1) sows observed for estrous behavior (NAT), 2) cyclic gilts synchronized with altrenogest (ALT) for 15 to 19 d and superovulated with pregnant mares serum gonadotropin (PMSG) and human chronic gonadotropin (hCG; LALT), 3) gilts between 11 and 16 d of the estrous cycle receiving ALT for 5 to 9 d and superovulated (SALT), and 4) precocious ovulation induced with PMSG and hCG (PRE). Zygotes from PRE donors received microinjection of buffer, DNA or no microinjection. Ova were cultured in modified Krebs Ringer Bicarbonate medium (KRB) or mouse oviduct (MO) explants. SALT and PRE had higher ovulation rates than LALT (24.7 ± 2.9, 24.3 ± 1.8 vs 11.6 ± 2.7; x̄ ±SEM). DNA microinjection resulted in a lower (P<.05) cleavage index (CI) than buffer injection or no microinjection (2.16 ± .10 vs 2.80 ± .13 and 2.93 ± .10). MO improved (P<.01) CI over KRB. MO culture for 72 h was the most beneficial system (P<.05; CI 3.25 ± .12). Cl of 2.66 ± .18, 2.79 ± .14 and 2.40 ± .14 were observed from MO for 48, 96 and 120 h, respectively. Transfer of 505 DNA microinjected zygotes into 17 recipients produced seven litters and 50 piglets of which eight were transgenic. Microinjection of DNA, not merely the mechanical procedure, was detrimental to embryo development and culture for 72 h in MO provided optimal CI. / Ph. D.

Intrauterine Bälle („small uterine device“; IUDs) sind aus Glas, Plastik oder Metall und wer-den vaginal in den Uterus eingeführt. Bei Stuten werden IUDs im Turniersport zur Unterdrü-ckung der unerwünschten Verhaltensänderungen während der Rosse eingesetzt. Der Einsatz ist einfach, günstig und minimal invasiv. Der Effekt wird durch eine Verlängerung der primären lutealen Phase erzielt, wobei jedoch der exakte Ablauf des Wirkmechanismus bisher ungeklärt ist. Hypothesen wie eine Scheinträchtigkeit, ein Placeboeffekt bei den Besitzern und eine chronische Endometritis werden in der Literatur diskutiert. Für die Untersuchung wurden 30 Stuten in vier Gruppen (G) eingeteilt: G1: KB (künstlich besamt) und tragend (n=8); G2: KB, nicht-tragend (zyklisch; n=7); G3: IUD, verlängerte luteale Phase (n=7) IUD-P (IUD-Positiv); G4: IUD, reguläre luteale Phase (n=8) IUD-N (IUD-Negativ). Die Uterusbiospien wurden am Tag 15 post ovulationem entnommen. Das Ziel der Studie war, mittels immunhistologischer Untersuchungen die Expression des Enzyms Cyclooxygenase 2 (COX2), verschiedener uteriner Proteine (Uteroglobin, Uterofer-rin, Uterokalin), Hormonrezeptoren (Östrogen-, Progesteronrezeptor) und des Proliferations-markers Ki-67 Antigen in endometrialen Biopsien bei IUD-Stuten darzustellen sowie die erhobenen Befunde mit den Ergebnissen am equinen Endometrium künstlich besamter Stuten zu vergleichen. Weiter wurde in den Endometriumbioptaten das Auftreten von Entzündungszellen analysiert (neutrophile und eosinophile Granulozyten, Mastzellen, Lymphozyten, Plasmazellen und Makrophagen). Die statistische Auswertung erfolgte mittels SPSS (SPSS Software-GmbH München). Hinsichtlich der Altersverteilung sind die Stuten der Gruppe 1 (KB/tragend) jünger als Tiere der Gruppe 2 (KB/nicht-tragend). Ein entsprechendes Ergebnis kann für die Stuten der Grup-pe 3 (IUD-P) im Vergleich zu den Tieren der Gruppe 4 (IUD-N) erhoben werden. Darüber hinaus sind Angiopathien bei den Pferden der Gruppe 1 bzw. 3 geringer ausgeprägt als bei den Stuten der Gruppe 2 bzw. 4. Immunhistologisch sind die endometrialen Drüsenzellen der Tiere aus Gruppe 1 durch eine maximale Uterokalin-(UK)-Expression gekennzeichnet, wohingegen Uteroferrin (UF) ledig-lich schwach exprimiert wird. Eine COX2-Expression kann bei diesen Stuten nicht beobachtet werden. Im Vergleich zu den graviden Pferden (Gruppe 1) zeigen künstlich besamte, nicht-tragende Stuten (Gruppe 2) zwar eine ausgeprägte UF- und COX2-Expression, UK wird dagegen lediglich gering exprimiert. Die KB-tragenden (Gruppe 1) und nicht-tragenden (Gruppe 2) Tiere sind somit durch eine ihrem Reproduktionszyklus entsprechende Expression der genannten Marker gekennzeichnet. Die IUD-Stuten (Gruppe 3 und 4) dagegen zeigen eine variable COX2, UF- und UK-Expression. Keine statistisch signifikanten Unterschiede sind zwischen allen Gruppen in der UG- und der Ki-67 Antigen-Expression nachweisbar. Stuten mit einer verlängerten lutealen Phase (Gruppe 1 und 3) und hohen Progesteronwerten im Serum besitzen eine geringere ER- und PR-Expression als die Versuchstiere mit einer regulären lutealen Phase (Gruppe 2 und 4) und einer Östrogendominanz. Die Auszählung der Entzündungszellen zeigt keine statistisch signifikanten Unterschiede hinsichtlich der Anzahl von neutrophilen und eosinophilen Granulozyten, Mastzellen, Plasmazellen sowie Lymphozyten zwischen den Gruppen. Im Stratum compactum ist die Zahl der Makrophagen in Gruppe 1 (tragend) signifikant höher als in Gruppe 2 (zyklisch), ebenfalls zeigt sich ein Anstieg dieser Zellen von der Gruppe 4 zu 3, allerdings ist diese Erhöhung nicht statistisch signifikant. Ein Placeboeffekt bei den Besitzern kann nahezu ausgeschlossen werden, da die Expression der Proteine (UF, UK) und COX2 in den IUD-Stuten, im Vergleich zu den KB-Stuten, signi-fikante Unterschiede aufweist. Da im eigenen Untersuchungsgut zwischen den tragenden Stuten (Gruppe 1) und den IUD-Stuten der Gruppe 3 (vlP)/“Scheinträchtigkeit“ ein signifikant unterschiedliches Expressionsverhalten hinsichtlich des Enzyms COX2 und des Proteins UF besteht, kann die Hypothese einer Scheinträchtigkeit ebenso als unwahrscheinlich eingestuft werden. Bei keiner der IUD-Stuten konnte eine chronische Endometritis nachgewiesen werden, somit ist auch diese Hypothese als Ursache des IUD-Effektes eher unwahrscheinlich. Die erhöhte Anzahl an Makrophagen in der Gruppe 3 könnte jedoch hinweisend auf einen lokalen Effekt der IUDs im Sinne einer Fremdkörperreaktion sein. Da hinsichtlich des Auftretens einer Endometritis zwischen resistenten und empfänglichen Tieren unterschieden wird, könnte somit die erhöhte Anzahl an Makrophagen in der Gruppe 3 möglicherweise als Hinweis auf „Endometritis empfängliche Stuten“ gewertet werden und dies eine Ursache für die variierende Wirksamkeit der Rosseunterdrückung mittels IUDs darstellen. Die eigenen Untersuchungen zeigen ferner, dass die IUD-Stuten mit verlängerter lutealer Phase (IUD-positive Wirkung, Gruppe 3) jünger sind im Vergleich zu den Tieren, die trotz IUD eine Luteolyse (IUD-negative Wirkung, Gruppe 4) aufweisen. Zudem weisen die IUD-P Tiere geringere An-giopathien auf. Möglicherweise sind zudem das Alter und die Perfusion des Uterus bedeutend für die Wirksamkeit der IUDs in Equiden. Abschließend kann somit der Wirkmechanismus der IUDs auch mittels der durchgeführten Untersuchungen nicht endgültig geklärt werden. Unter Berücksichtigung der erhobenen Be-funde sollten zukünftige Studien insbesondere Untersuchungen zu Entzündungsmediatoren, wie z.B. Zytokine, beinhalten.

Thesis (MMedSc)-University of KwaZulu-Natal, Durban, 2006.

Im Rahmen der Routinediagnostik von Endometriumbioptaten der Stute fielen regel-mäßig periglanduläre mononukleäre Entzündungszellinfiltrate (PAME) auf. Ziel der vorliegenden Studie war die histomorphologische und immunhistologische Charakterisierung der PAME im klinisch-gynäkologischen, jahreszeitlichen und endometrialen Kontext. Insbesondere sollte geklärt werden, ob das Phänomen der periglandulären Entzündungszellakkumulation Ausdruck eines physiologischen endometrialen Befundes, Frühstadium (Trigger) der Endometrose oder Begleitsymptom einer Endometritis ist. Zu diesem Zweck wurden alle im Jahr 2009 mittels einer Übersichtsfärbung (H.-E.-Färbung) im Institut für Veterinär-Pathologie der Universität Leipzig untersuchten Endometriumbioptate von Stuten (n = 754) hinsichtlich des Vorkommens einer PAME überprüft. Es konnten 133 Bioptate von 131 Stuten identifiziert werden, die ausführlich histopathologisch ausgewertet wurden. 72 Bioptate wurden zusätzlich anhand einer Methylgrün-Pyronin-Färbung (MGP) und immunhistologischer Verfahren beurteilt: Neben der Differenzierung der an der PAME beteiligten Zellpopulationen (CD3, CD79 A, MAC 387, MGP), wurde das Vorkommen der Intermediärfilamente Vimentin und Desmin sowie von α-GMA in den beteiligten Epithel- und Stromazellen untersucht. Die glanduläre Basallamina wurde anhand der Basallaminakomponente Laminin dargestellt und charakterisiert. PAME kamen in 18 % aller im Jahr 2009 untersuchten Bioptate vor, bevorzugt (96 %) in entzündlich und/oder fibrotisch alterierten Endometrien. Der Entzündungszellcharakter der begleitenden Endometritis stimmte in 29 % der Fälle nicht mit dem Entzündungszellbild der PAME (mononukleär) überein. Während im übrigen Endometrium häufig (95 %) eine gering- bis mittelgradige Endometrose nachweisbar war, wiesen die PAME-Drüsen mehrheitlich (71 %) keine periglanduläre Fibrose auf. Bei der Endometrose um Drüsen mit einer PAME handelt es sich überwiegend (67 %) um die destruierende und zu 50 % um die aktive/gemischte Form. In 48 % der PAME-Lokalisationen wurde eine Infiltration der periglandulären Entzündungszellen zwischen die Drüsenepithelzellen beobachtet. Die PAME bestanden hauptsächlich aus T-Lymphozyten (CD3-positiv). Daneben fanden sich, in geringerer und variierender Anzahl, Plasmazellen (MGP), B-Zellen (CD79A-positiv) und Makrophagen (MAC 387-positiv). Anhand der Expression der Basallaminakomponente Laminin wurden in allen untersuchten PAME-Lokalisationen Alterationen der Basallamina nachgewiesen. Die Läsionen der Basallamina waren bei mittel- und hochgradigen PAME graduell stärker ausgeprägt und standen häufig (43 %) mit einer intraepithelialen Infiltration der Entzündungszellen im Zusammenhang. Vimentin wurde vereinzelt (4 %) in intraläsionalen Drüsenepithelzellen nachgewiesen. Periläsionale Stromazellen exprimieren zu 60 % Vimentin, zu 17 % Desmin und zu 28 % α-GMA. Bei der PAME handelt es sich sehr wahrscheinlich nicht ausschließlich um ein „histopathologisches Symptom“ einer chronischen nicht-eitrigen Endometritis. Die Interpretation der PAME als physiologischer Bestandteil eines Schleimhaut-assoziierten lymphatischen Gewebes (MALT) im equinen Endometrium hingegen ist denkbar und bedarf in Folgeuntersuchungen der Klärung. Hinsichtlich der Strukturfilamente wurden in den involvierten Epithel- und Stromazellen immunhistologische Expressionsmuster nachgewiesen, die mit denen in frühen Stadien der equinen Endometrose vergleichbar sind. Darüber hinaus wiesen die periläsionalen Stromazellen Differenzierungsmerkmale von Myofibroblasten auf. PAME waren eng mit dem Vorliegen von Basallaminaalterationen verknüpft, die im Entstehungsprozess der equinen Endometrose eine zentrale Bedeutung besitzen. Es ist vorstellbar, dass es sich bei der PAME möglicherweise um einen auslösenden Faktor der Endometrose handelt. Außerdem ist eine intrinsische Aufrechterhaltung im Rahmen der zytokinvermittelten Interaktion (IL-4, IL-13, MCP-1), zwischen den periglandulären Entzündungszellen und den an einer Fibrose beteiligten Stromazellen, mit daraus resultierender progredienter Fibrose denkbar. Zukünftig sollte in weiteren Untersuchungen eine diesbezügliche Analyse der potentiellen Regelkreise erfolgen.

Ziel der vorliegenden Arbeit war die ausführliche histomorphologische Charakterisierung der endometrialen Funktionsmorphologie sowie die Darstellung der Ki-67 Antigen, Östrogen- und Progesteronrezeptor-Expression am Endometrium zyklischer und azyklischer Maultierstuten unter Einbeziehung klinischer und endokrinologischer Daten. Die Ergebnisse sollten mit den zu diesem Thema bereits vorliegenden Erkenntnissen bei der Pferdestute verglichen werden. Zu diesem Zweck wurden 97 Endometriumbioptate von sechs klinisch-gynäkologisch gesunden Maultierstuten im Alter von 13 bis 23 Jahren (immun-)histologisch ausgewertet. Die Bioptate waren zuvor in Abständen von zwei bis zehn Tagen und über einen Zeitraum von 4 Monaten (April bis August 2004), im Fall einer Stute von sieben Monaten (April bis November 2004) entnommen worden. Für jedes der Tiere lagen detaillierte Informationen über die klinisch-gynäkologischen Befunde und die Serumhormonkonzentrationen zu den entsprechenden Entnahmezeitpunkten vor (BARTMANN et al. 2008). Vorberichtlich zeigen zwei der Tiere im Untersuchungszeitraum ein unregelmäßiges Zyklusgeschehen mit ovariellen Funktionskörpern sowie variablen Serumöstradiol- und –progesteronkonzentrationen, bei vier Maultieren wird klinisch eine Azyklie mit inaktiven Ovarien sowie niedrigen, wenig schwankenden Serumhormonwerten dokumentiert. Bei den Tieren der zyklischen Gruppe (n=2) variiert die endometriale Funktionsmorphologie sehr stark. In nahezu allen untersuchten Endometriumbioptaten findet sich eine ausgeprägte endometriale Fehldifferenzierung. Diese kann anhand ihres Erscheinungsbildes nach den bei der Pferdestute bekannten histomorphologischen Kriterien (HÄFNER 1999, SCHOON et al. 1999b) eingeteilt werden. Sie tritt bei den untersuchten Maultieren als irreguläre glanduläre oder aber als irreguläre und ungleichmäßige glanduläre Differenzierung in Erscheinung und wird mit einem inaktiven, sekretorischen oder proliferativen Grundcharakter vorgefunden. Maultierstute 1 zeigt im Untersuchungszeitraum eine variable endometriale Proliferationsaktivität (Marker Ki-67 Antigen), bei Maultierstute 2 ist sie konstant schwach ausgeprägt. Es lässt sich kein charakteristisches, zyklusphasenabhängiges, positiv an die Steroidhormonrezeptorexpression gekoppeltes Expressionsmuster, wie es bei der Pferdestute bekannt ist, nachweisen. Die ER- und PR-Expression zeigt bei den zyklischen Maultierstuten ein sehr variables Bild (insbesondere Maultierstute 1), welches dem bei zyklierenden Pferdestuten während der physiologischen Decksaison nicht entspricht. Aufgrund der Diskrepanz zwischen klinischen Daten, Serumhormonkonzentrationen, endometrialer Funktionsmorphologie und Hormonrezeptorstatus bei den zyklischen Maultierstuten kann festgestellt werden, dass es bei den untersuchten Tieren nicht möglich ist, anhand der morphologisch-funktionellen Gegebenheiten am Endometrium auf den klinischen Zyklusstand zu schließen und vice versa. Die erhobenen Befunde sind in ihrer Gesamtheit am ehesten vergleichbar mit den Verhältnissen bei Pferdestuten in den Übergangszyklen zwischen Winteranöstrus und physiologischer Decksaison. Bei der Gruppe der azyklischen Maultiere (n=4) findet sich in allen untersuchten Endometriumbioptaten eine inaktive endometriale Funktionsmorphologie. Diese passt grundsätzlich zu dem klinischen Vorbericht der Azyklie mit inaktiven Ovarien und niedrigen, wenig schwankenden Serumöstradiol- und -progesteronkonzentrationen. In der Mehrzahl der Bioptate liegt eine Irregularität der glandulären Epithelien vor und in einigen Fällen treten hyperplastische und hypersekretorische Drüsenareale auf. Diese Befunde können, anlehnend an die Erkenntnisse bei der Pferdestute, als Kennzeichen einer endometrialen Fehldifferenzierung interpretiert werden (HÄFNER 1999, SCHOON et al. 1999b). Im Zusammenhang mit der schwachen endometrialen Proliferationsaktivität und der variablen ER- und PR-Expression lässt sich eine deutliche Ähnlichkeit zu den Befunden bei Pferdestuten im Winteranöstrus bzw. im Anöstrus während der physiologischen Decksaison finden (AUPPERLE et al. 2003, GOCKELN et al. 2006). Die möglichen Ursachen der endometrialen Fehldifferenzierung bei den Maultierstuten können im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen nicht abschließend geklärt werden. Es ist jedoch denkbar, dass, analog zur Pferdestute, eine ovariell oder zentral bedingte Dysregulation und/oder eine Störung auf der Effektor/Rezeptor-Ebene vorliegen können. Die Hauptursache für die Infertilität bei Maultierstuten besteht in den chromosomal bedingten Störungen im Ablauf der Meiose der Keimzellen (WODSEDALEK 1916). Aufgrund der eigenen Untersuchungsergebnisse kann jedoch angenommen werden, dass die diagnostizierte endometriale Fehldifferenzierung, die variable Steroidhormonrezeptor-Expression sowie das Vorliegen degenerativer endometrialer Alterationen, z.B. der Endometrose, in Anlehnung an die Erkenntnisse bei der Pferdestute, zusätzliche Faktoren darstellen könnten, die zur Unfruchtbarkeit der Maultiere beitragen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit beruhen jedoch lediglich auf der Untersuchung von sechs Maultierstuten und sollten aus diesem Grund nicht unkritisch auf die Gesamtpopulation der Maultiere übertragen werden. Weitere Verlaufsuntersuchungen an einem größeren Tiergut in verschiedenen Altersgruppen inkl. Betrachtung der Hypophysenhormone FSH und LH könnten zur Aufklärung der Ursache sowie der Bedeutung der endometrialen Fehldifferenzierung für die Infertilität beim Maultier beitragen. / The aim of the present study was a detailed histomorphological characterization of the functional morphology and the evaluation of Ki-67 antigen, estrogen and progesterone receptor expression patterns in the endometrium of cyclic and non-cyclic mule mares, with respect to clinical and endocrinological data. The results were to be compared with corresponding observations in the endometrium of horse mares. For this purpose 97 endometrial biopsies from six clinically and gynaecologically healthy mule mares, aged between 13 and 23 years, were evaluated histologically and immunohistochemically. The biopsies were taken in intervals from two up to ten days over a period of four months (April to August 2004), in one mare over seven months (April to November 2004). Detailed information was given about clinical and gynaecological findings. The serum hormone concentrations for each day of biopsy sampling were determined (BARTMANN et al. 2008). According to the clinical record two of the animals show an erratic estrous cycle associated with the occurrence of corpora lutea and follicles on the ovaries during the whole period of investigation. Additionally, variable plasma estrogen and progesterone values are found. Four mules reveal acyclia including inactive ovaries and constant low serum hormone levels. In the animals of the cyclic group (n=2) the endometrial functional morphology varies to a great extend. In almost every investigated endometrial biopsy a marked endometrial maldifferentiation can be detected. It is classified according to common histomorphological criteria used for the endometrium of horse mares (HÄFNER 1999, SCHOON et al. 1999b). Endometrial maldifferentiation of the mules investigated occurs as irregular glandular or irregular and unequal differentiation and appeares in combination with a proliferative, secretory or inactive functional morphology. Mule 1 shows variable and mule 2 constant low endometrial Ki-67 expression patterns during the period of investigation. In contrast to horses, no characteristic, stage of cycle- or steroid hormone receptor expression-dependent proliferation activity can be observed with the mule mares of the present study. The expression of estrogen and progesterone receptors is highly variable in the animals of the cyclic group (especially in mule 1). These findings do not correspond to the ones in horse mares during the physiological breeding season. Due to the discrepancy between clinical data, serum hormone values, endometrial functional morphology and hormone receptor expression in the investigated mules, a conclusion from the clinical stage of cycle to morpho-functional conditions in the endometrium and vice versa seems to be impossible. The results of the present study are most likely comparable with findings in horse mares during the transitional period between winter anestrus and the physiological breeding season. The mules of the acyclic group (n=4) reveal an inactive endometrial functional morphology in all investigated endometrial biopsies. This finding basically corresponds to the clinical record of acyclia associated with inactive ovaries and rather constant serum estrogen and progesterone concentrations. In the case of these animals a majority of the investigated endometria show irregular glandular epithelia. In some areas hyperplastic and hypersecretory glands can be seen. According to observations in horse mares these findings can be interpreted as signs of endometrial maldifferentiation (HÄFNER 1999, SCHOON et al. 1999b). In connection with the weak proliferation activity and the variable ER- and PR-expression patterns seen in the acyclic mules, these results resemble findings in horses during winter anestrus or anestrus during the breeding season (AUPPERLE et al. 2003, GOCKELN et al. 2006). Within the present study the possible reasons for endometrial maldifferentiation in mules could not be finally evaluated. But it seems possible that, like in horse mares, an ovarian or central dysregulation and/or dysfunction regarding the level of receptors and effectors could play a certain role. Infertility in she-mules is mainly due to the chromosomal abnormalities during meiosis of germ cells (WODSEDALEK 1916). According to the findings in horse mares, the results of this investigation indicate that the diagnosed endometrial maldifferentiation, the variable expression of steroid hormone receptors and the presence of endometrial degenerative lesions (e.g. endometrosis) could be additional factors that possibly lead to sterility in mule mares, too. Due to the small number of individuals examined in this study, the results should not uncritically be applied to the whole population of mules. Further clinical, histological and immunohistochemical investigations, including the pituitary hormones FSH and LH as well as the use of a larger number of animals at different stages of age, could lead to a better understanding of the causes of endometrial maldifferentiation and its relevance for the infertility in mules.

Endometrial carcinoma, which is preceded by non-malignant hyperplasia, is the fifth most common cancer in women worldwide. Various genetic alterations appear to be early events in the pathogenesis of endometrial cancer. The PTEN/MMAC1/TEP1 gene is most commonly mutated in endometrioid adenocarcinoma. This gene, on chromosome 10q23, codes for a tumour suppressor protein which displays lipid and dual-specific protein phosphatase activity. It has been implicated in several signal transduction pathways and seems to be involved in the negative regulation of the PI3K-, the MAPK- and the FAK pathways. Studies have shown that caucasian Americans have a 4-fold higher frequency of PTEN mutations than African Americans. An association of PTEN mutation status with clinical outcome has been found, where patients with PTEN mutation-positive endometrial carcinoma had a better prognosis than those without PTEN mutations. It has been hypothesized that the molecular pathogenesis of endometrial carcinoma within Caucasians and Black African groups may be different. The present study aimed to investigate the PTEN gene in caucasians and Black South African women with endometrial hyperplasia and carcinoma. The correlation between the frequency and type of mutations and the pathological features of the cancers (stage and grade) were also assessed. Paraffin¬embedded tissue samples from patients with endometrial hyperplasia [n=10] and cancer [n=47] were analysed for PTEN mutations using exon-by-exon PCR-SSCP. Thirty-two mutations were detected of which 24 were pathogenic (23 in the adenocarcinomas, one in the hyperplasias). These included 10 frameshift, 7 nonsense, 4 missense and 3 splice site mutations. Pathogenic mutations were located throughout the gene with the highest frequency observed in exon 5 (39.1%; 9/23), followed by exons 1 and 8 (both 17.4%; 4/23). This data does not differ significantly from published findings (P>0.05; x2-test). Pathogenic mutations were present in 54% (20/37) of the endometrioid adenocarcinomas and 10% (1/10) of the hyperplasias. No mutations were detected in the serous papillary cancers and poorly differentiated carcinomas. Fifty-five % (6/11) of tumours from Caucasians and 52% (13/25) of the tumours from Black South Africans had genetic alterations. When comparing the African and caucasian groups there were no significant differences with regards to PTEN mutation frequency (P>0.05; x2-test). Mutations occurred in early and advanced stage endometrial carcinomas, although the majority of the samples were stage 1 endometrioid adenocarcinomas. In the present study no association between the frequency of PTEN mutations and the grade and stage of the endometrial cancer were found (P>0.05; x2-test). To validate these observations, however, a larger sample size representative of all the grades and stages of endometrial carcinoma needs to be analyzed. / Dissertation (MSc (Human Genetics))--University of Pretoria, 2006. / Genetics / unrestricted

The human endometrium is a complex multicellular tissue, located within the cavity of the uterus. Its luminal surface is defined by a layer of epithelial cells supported on a multicellular stroma containing fibroblasts, glands (lined by a secretory epithelium), blood vessels (lined with endothelial cells) and several populations of immune cells; the latter includes a unique population of natural killer (uNK) cells. The endometrium undergoes dynamic remodelling across the menstrual cycle in response to fluctuating levels of sex steroids secreted by ovarian cells. The phases of the endometrial cycle include an oestrogendominated proliferative phase, a progesterone-dominated secretory phase and menses (endometrial shedding precipitated by falling levels of progesterone). A key feature of the secretory phase is differentiation (decidualisation) of endometrial stromal fibroblasts (ESC) an event characterised by transformation of cell shape, secretion of growth factors/cytokines, angiogenesis/vascular remodelling and an increase in the numbers of resident immune cells. Decidualisation ensures an appropriate nutritional and hormonal environment exists during the establishment of pregnancy. Studies in mice suggest that de novo biosynthesis of oestrogen within the uterus may play an essential role in regulation of decidualisation but no data exist for human. Endometrial endothelial and uNK cells both contain oestrogen receptors but the impact of oestrogens on their function has not been explored. In the current studies three questions have been addressed: 1. Is oestrogen biosynthesis a feature of human endometrial stromal cell decidualisation? 2. What is the impact of oestrogen on uNK cell function? 3. What role (if any) does oestrogen play in the interplay between decidual, immune and vascular cells within the human endometrial stroma? Results obtained provide the first evidence that de novo biosynthesis of oestrogens occurs during decidualisation of human ESC. This was attributed to changes in expression patterns of mRNAs encoding proteins that play a critical role in regulation of oestrogen biosynthesis (STAR, CYP11A1, CYP19A1 [aromatase], HSD17B2 [17βHSD2] and STS [steroid sulphatase]). Changes in the pattern of metabolism were confirmed using thin layer chromatography and analysis of concentrations of oestrone (E1) and oestradiol (E2) in culture media. Secretion of E1 and E2 was reduced by addition of an aromatase inhibitor. Data derived from studies described within this thesis also show for the first time that incubation of uNK cells with E2 not only enhanced cell migration but also stimulated secretion of factors that had a significant impact on endothelial cell angiogenesis. These findings were supported by novel evidence that E2 had a significant impact on expression of genes associated with cell motility and angiogenesis. In addition, factors, including E1/E2, secreted by decidualised stromal cells, stimulated chemotaxis of uNK cells. Future experiments will focus on determining the identity of the angiogenic factors secreted by uNK cells in response to E2 and the mechanisms responsible for uNK cell movement. In summary, new data presented in this thesis provide evidence that local biosynthesis of oestrogens within the endometrial stroma may play a previously unrecognised role in regulating the function of uNK cells and endometrial endothelial cells in women. These results have implications for treatment of disorders such as infertility, heavy menstrual bleeding and endometriosis.

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Endometriosis is a common cause of subfertility and pelvic pain, affecting up to 10% of women of reproductive age. It is characterised by the presence of endometrial-like tissue outside the uterus. The development of the disease is still poorly understood and, currently, the diagnosis relies on visualisation of typical lesions during surgery. There is great interest in identifying biomarkers to assist in diagnosis and disease management. Blood vessel development is known to be a crucial feature of endometriosis, but the mechanisms involved in angiogenesis are not well described for this disease. Most vessel development relies on the proliferation and migration of pre-existing endothelial cells. However, there may also be roles for cells derived from peripheral blood (circulating angiogenic cells) and surrounding stromal cells. In this thesis, the contribution of these different cell types to vessel development in endometriosis is assessed. In chapter 2, a robust protocol was optimised to identify circulating angiogenic cells (CACs) with flow cytometry. The reliability of the protocol was verified, and the level of these cells was found not to fluctuate with the menstrual cycle in healthy women (P=0.279, F=1.359, 3 d.f.). In chapter 3, levels of CACs in women with and without endometriosis were found to be equivalent (0.0835% ± 0.0422 compared to 0.0724% ± 0.0414), demonstrating that they have no use as a disease biomarker. In chapter 4, isolation and culture of endothelial cells from the endometrium was attempted. However, a pure culture of endometrial endothelial cells could not be obtained, which may be due to contamination by other cell types or cellular transdifferentiation. Finally, in chapter 5, the contribution of endometrial stromal cells to vessel development was considered. Stromal cells were found not to differentiate towards an endothelial cell phenotype, but were able to participate in tube formation assays. However, the presence of endometriosis did not influence this behaviour.