The aim of this course is to introduce mammalian oocyte and early embryo development, with a focus on chromosome integrity and dynamics, cell cycle regulation, and oocyte quality. The course primarily uses mouse oocytes and early embryos as model systems, but also gives attention to human oocytes. The course covers the normal development of oocytes and early embryos, maintenance of genome integrity, oocyte aging, disruption of meiotic maturation, the origin of aneuploidy and its link to infertility and congenital disorders, and differences between mitosis and meiotic maturation in oocytes. The course is based on recent scientific publications and includes explanations of experimental methods, data analysis, and data interpretation. Students will also learn about approaches to generating genetically modified organisms and live-cell microscopy techniques used in research and clinical practice.
The primary language of the course is Czech; however, the course will be taught in English if requested by at least one student.
Last update: Drutovič David, RNDr., Ph.D. (05.02.2026)
Cílem kurzu je poskytnout detailní znalosti vývoje savčích oocytů a raných embryí, zejména z hlediska integrity a dynamiky chromozomů, specifické regulace buněčného cyklu a kvality oocytů. Náplň kurzu bude zaměřena především na poznatky získané z modelových myších oocytů a raných embryí, značná pozornost však bude věnována také lidským oocytům. Klíčová témata zahrnují správný vývoj oocytů a raných embryí, zachování integrity genomu, stárnutí oocytů, narušení meiotické maturace, vznik aneuploidií a jejich vztah k neplodnosti a vývojovým vadám, jakož i porovnání rozdílů mezi mitózou a meiotickou maturací savčích oocytů. Vzhledem k tomu, že je kurz založen především na recentních primárních vědeckých publikacích, bude značná pozornost věnována metodickým přístupům a analýze a interpretaci dat. Důraz bude rovněž kladen na detailní vysvětlení experimentálních postupů používaných při produkci geneticky modifikovaných organismů a na využití mikroskopie živých buněk ve výzkumu i klinické praxi.
Last update: Drutovič David, RNDr., Ph.D. (05.02.2026)
Literature -
The course is based on primary scientific publications and recent review articles. PDF versions of lecture presentations, including references, will be available to students on the Laboratory of DNA Integrity website (https://www.iapg.cas.cz/cs/laboratore/lab-integrity-dna/vyuka/). The access password will be provided during the first lectures.
Last update: Drutovič David, RNDr., Ph.D. (05.02.2026)
Kurz je založen na aktuálních primárních vědeckých publikacích a recentních přehledových článcích (review). Prezentace z přednášek, včetně citací použitých publikací, budou studentům dostupné prostřednictvím webových stránek Laboratoře integrity DNA (https://www.iapg.cas.cz/cs/laboratore/lab-integrity-dna/vyuka/). Heslo pro přístup bude sděleno během prvních přednášek.
Last update: Drutovič David, RNDr., Ph.D. (05.02.2026)
Requirements to the exam -
The exam is oral and covers the full range of lecture material.
Last update: Drutovič David, RNDr., Ph.D. (02.02.2026)
Zkouška je ústní z celého rozsahu přednášené látky.
Last update: Drutovič David, RNDr., Ph.D. (02.02.2026)
Syllabus -
1. Overview of mammalian oocyte and early embryo development
definition of basic concepts; comparison of mitosis and meiotic maturation of oocytes; initiation of meiosis; prophase I; meiotic recombination; programmed formation of DNA double-strand breaks and their repair; relationship between meiotic recombination and segregation of homologous chromosomes during meiosis I; asymmetric positioning of the meiotic spindle; transition from the oocyte to the early embryo
2. Oogenesis and folliculogenesis
primordial germ cells; formation of primary follicles; follicle growth and ovulation; hormonal regulation of folliculogenesis
3. Meiotic resumption
Arrest of oocyte in prophase I; role of cAMP in maintaining oocytes in prophase I; regulation of cyclin-dependent kinases; acquisition of oocyte developmental competence; communication between the oocyte and cumulus cells; hormonally regulated meiotic resumption; maintenance of oocytes in prophase I in cell culture
4. Microtubule-organizing centers (MTOCs)- and chromatin-dependent acentriolar meiotic spindle assembly
signaling pathways regulating the assembly of a functional bipolar spindle; relationship to proper chromosome segregation in the context of infertility; centriole loss in mammalian oocytes; MTOCs fragmentation and spindle pole formation; Ran-GTP–importin β signaling in microtubule nucleation around chromosomes
5. Spindle assembly in human oocytes and early embryos
comparison of spindle assembly in mouse and human oocytes; spindle instability and spindle pole formation in human oocytes in relation to infertility; alternative pathways of spindle assembly in mammalian oocytes; role of actin; transition from an acentriolar to a centriolar spindle assembly in embryos; separation of maternal and paternal genomes during the first zygotic division and its relationship to spindle assembly in early embryos
6. Segregation of homologous chromosomes, aneuploidy, and their relationship to infertility and developmental defects
regulation of meiotic maturation; segregation of homologous chromosomes during meiosis I; spindle assembly checkpoint; regulation of E3 ubiquitin ligase APC/C activity; first polar body extrusion
7. Fertilization and early embryonic development
ovulation; signaling pathways maintaining oocytes in metaphase II arrest; fertilization as the completion of meiosis II and initiation of early embryonic development; specific features of cell cycle regulation in early embryos; cell cycle length in embryos and its relationship to maintenance of genome integrity.
8. Maternal RNA stability and activation of transcription in early embryos
maternal mRNA degradation; activation of zygotic transcription in the context of the cell cycle in mammalian embryos
9. Maintenance of genome integrity in mammalian oocytes and early embryos; oocyte aging
DNA damage response; relationship between DNA damage and oocyte and embryo development and infertility; role of maternally expressed factors in DNA repair shortly after fertilization; activation of cell cycle checkpoints; chromosomal aberrations and mosaicism in embryos; effects of anticancer therapies on oocyte genome integrity; meiotic recombination checkpoint.
10. Production of genetically modified mammals
direct genome editing in the zygote for the generation of biomedical models; production of oocyte-specific knockouts; gene modifications as tools for studying oogenesis and early embryogenesis; methods for targeted protein degradation.
11. Live-cell microscopy in oocyte and early embryo research
basic principles of fluorescence; use of single-photon and multiphoton confocal and light-sheet microscopy; application of fluorogenic probes; use of live-cell microscopy of oocytes and embryos in clinical embryology.
The course is taught with the support of the project reg. number CZ.02.2.69/0.0/0.0/16_015/0002362
Last update: Drutovič David, RNDr., Ph.D. (02.02.2026)
1. Přehled vývoje savčích oocytů a raných embryí
základní pojmy; rozdíly mezi mitózou somatických buněk a meiotickou maturací oocytů; iniciace meiózy; profáze I; meiotická rekombinace; programovaný vznik dvouřetězcových zlomů DNA a jejich oprava; vztah meiotické rekombinace k segregaci homologních chromozomů během meiózy I; asymetrické umístění dělícího vřeténka; přechod mezi oocytem a raným embryem
2. Oogeneze a folikulogeneze
primordiální zárodečné buňky; vznik primárního folikulu; růst folikulů; ovulace; hormonální regulace vývoje folikulů
3. Znovuzahájení meiózy
zastavení vývoje oocytů v profázi I; role cAMP v udržení oocytů v profázi I; regulace cyklin-dependentních kináz; získání vývojové kompetence oocytů; komunikace mezi oocytem a kumulárními buňkami; znovuzahájení meiózy regulované hormonální signalizací; udržování oocytů v profázi I v buněčné kultuře
4. Výstavba acentriolárního dělícího vřeténka v savčích oocytech regulovaná mikrotubuly-organizujícími centry (MTOC) a chromatinem
signální dráhy regulující výstavbu funkčního bipolárního dělícího vřeténka; vztah ke správné segregaci chromozomů a neplodnosti; eliminace centriolů; fragmentace MTOC a tvorba pólů dělícího vřeténka; signalizace Ran-GTP–importin β při nukleaci mikrotubulů kolem chromozomů
5. Výstavba dělícího vřeténka v lidských oocytech a raných embryích
srovnání myších a lidských oocytů; nestabilita dělícího vřeténka a tvorba pólů u lidských oocytů v souvislosti s neplodností; alternativní dráhy výstavby dělícího vřeténka u savčích oocytů; role aktinu; přechod od acentriolárního k centriolárnímu dělícímu vřeténku v embryích; separace maternálního a paternálního genomu během prvního dělení zygoty a její vztah k dělícímu vřeténku
6. Segregace homologních chromozomů, aneuploidie a vztah k neplodnosti a vývojovým vadám
průběh meiotické maturace; segregace homologních chromozomů v meióze I; kontrolní bod výstavby dělícího vřeténka; aktivita E3-ubikvitin ligázy APC/C; vydělení prvního pólového tělíska
7. Oplození a raný embryonální vývoj
ovulace; zastavení vývoje oocytů v metafázi II; dokončení meiózy II a zahájení raného embryonálního vývoje; specifika buněčného cyklu v raných embryích; délka buněčného cyklu a její vztah k zachování integrity genomu
8. Stabilita maternální RNA a aktivace transkripce v raných embryích
degradace maternálních mRNA; aktivace zygotické transkripce v kontextu buněčného cyklu savčích embryí
9. Zachování integrity genomu v savčích oocytech a raných embryích, stárnutí oocytů
odpověď na poškození DNA a její vztah k vývoji oocytů a embryí a k infertilitě; role maternálně exprimovaných faktorů v opravě DNA krátce po oplození; aktivace kontrolních bodů buněčného cyklu; chromozomální aberace a mozaicismus embryí; vliv protinádorové léčby na genomovou integritu oocytů; meiotický rekombinační kontrolní bod
10. Produkce geneticky modifikovaných savců
přímá editace genomu v zygotě pro tvorbu biomedicínských modelů a bioreaktorů; produkce oocytárně-specifických knockoutů; genové modifikace jako nástroj pro studium oogeneze a rané embryogeneze; cílená degradace proteinů
11. Mikroskopie živých buněk ve výzkumu savčích oocytů a raných embryí
základní principy fluorescence; využití jednofotonové a vícefotonové konfokální a light-sheet mikroskopie; použití fluorogenních sond; využití mikroskopie živých oocytů a embryí v klinické embryologii
Předmět je vyučován za podpory projektu Zvýšení kvality vzdělávání na UK a jeho relevance pro potřeby trhu práce, reg.č. CZ.02.2.69/0.0/0.0/16_015/0002362.
Last update: Drutovič David, RNDr., Ph.D. (02.02.2026)
Learning outcomes -
After successful completion of the course, the student will be able to:
1. Describe the individual stages of oogenesis, including the origin of primordial germ cells, initiation of meiosis, and follicle growth, and explain the basic principles of hormonal regulation of oocyte development. (Remembering – Understanding)
2. Explain the molecular mechanisms of meiotic recombination, including the programmed formation and repair of DNA double-strand breaks, and clarify their importance for chromosome segregation during meiosis I. (Understanding)
3. Analyze the function of the meiotic recombination checkpoint and assess its role in maintaining genome integrity in oocytes. (Analysis – Evaluation)
4. Explain the mechanisms of oocyte arrest in prophase I, the role of cAMP, and the importance of communication between the oocyte and cumulus cells in acquiring developmental competence. (Understanding)
5. Describe and compare signaling pathways regulating the assembly of the bipolar meiotic spindle in mouse and human oocytes and explain the significance of acentriolar microtubule-organizing centers (MTOCs). (Understanding – Analysis)
6. Explain the principles of asymmetric spindle positioning and interpret their significance for first polar body extrusion. (Understanding – Analysis)
7. Analyze the mechanisms of homologous chromosome segregation during meiosis I and explain the role of the spindle assembly checkpoint and the regulation of E3 ubiquitin ligases APC/C. (Analysis)
8. Evaluate the causes of aneuploidy and discuss their relationship to infertility and congenital disorders. (Evaluation)
9. Explain the molecular basis of oocyte arrest at metaphase II and describe fertilization as the process that completes meiosis II and initiates early embryonic development. (Understanding)
10. Analyze the specific features of cell cycle regulation in early embryos, including maternal mRNA degradation and activation of zygotic transcription. (Analysis)
11. Assess the impact of DNA damage on oocyte and embryo development, explain the role of maternally expressed factors in DNA repair, and evaluate the effects of anticancer treatments on oocyte genome integrity. (Evaluation)
12. Apply knowledge of genome editing and modern imaging techniques (confocal, multiphoton, and light-sheet microscopy) to the study of oogenesis, early embryogenesis, and in the context of clinical embryology. (Application – Synthesis)
Last update: Drutovič David, RNDr., Ph.D. (05.02.2026)
Po úspěšném absolvování předmětu bude student schopen:
1. Popsat jednotlivé fáze oogeneze, včetně původu primordiálních zárodečných buněk, iniciace meiózy a růstu folikulů, a vysvětlit základní principy hormonální regulace vývoje oocytu. (Zapamatování – Porozumění)
2. Vysvětlit molekulární mechanismy meiotické rekombinace, včetně programovaného vzniku a opravy dvouřetězcových zlomů DNA, a objasnit jejich význam pro segregaci chromosomů v meióze I. (Porozumění)
3. Analyzovat funkci meiotického rekombinačního kontrolního bodu a posoudit jeho roli v udržení genomové integrity oocytů. (Analýza – Hodnocení)
4. Vysvětlit mechanismy zástavy vývoje oocytu v profázi I, roli cAMP a význam komunikace mezi oocytem a kumulárními buňkami při získávání vývojové kompetence. (Porozumění)
5. Popsat a porovnat signální dráhy regulující výstavbu bipolárního dělícího vřeténka v oocytech myši a člověka a vysvětlit význam acentriolárních mikrotubul-organizujících center (MTOC). (Porozumění – Analýza)
6. Vysvětlit principy asymetrického umístění dělícího vřeténka a interpretovat jejich význam pro vydělení prvního pólového tělíska. (Porozumění – Analýza)
7. Analyzovat mechanismy segregace homologních chromosomů v meióze I a vysvětlit roli kontrolního bodu výstavby dělícího vřeténka a regulace E3-ubikvitin ligáz APC/C a SCF. (Analýza)
8. Zhodnotit příčiny vzniku aneuploidií a diskutovat jejich vztah k infertilitě a vývojovým vadám člověka. (Hodnocení)
9. Vysvětlit molekulární podstatu zástavy oocytů v metafázi II a popsat oplození jako proces dokončení meiózy II a zahájení raného embryonálního vývoje. (Porozumění)
10. Analyzovat specifika regulace buněčného cyklu v raných embryích, včetně degradace maternálních mRNA a aktivace zygotické transkripce. (Analýza)
11. Posoudit dopady poškození DNA na vývoj oocytů a embryí, vysvětlit roli maternálních faktorů v opravě DNA a zhodnotit vliv protinádorové léčby na genomovou integritu oocytů. (Hodnocení)
12. Aplikovat znalosti genových editací a moderních mikroskopických technik (konfokální, vícefotonová a light-sheet mikroskopie) při studiu oogeneze, rané embryogeneze a v kontextu klinické embryologie. (Aplikace – Syntéza)
Last update: Drutovič David, RNDr., Ph.D. (05.02.2026)
