对于用于产妇的基因产物的操纵斑马鱼的卵母细胞的体外成熟的优化协议这里提出。
期间动物胚胎发育的早期阶段发生的细胞事件被存入发展卵母细胞来自母体的基因产物驱动。因为这些活动依赖于通常受精,鸡蛋里预先存在后,很快采取行动产妇产品,表达和功能降低涉及试剂注入受精卵标准方法通常是无效的。取而代之的是,这样的操作必须卵子发生过程之前或母体产物的积累期间执行。本文详细描述了斑马鱼未成熟卵母细胞的体外成熟和它们随后的体外受精的协议,产生一个存活至成年可行的胚胎。此方法允许卵子发生过程母体产品,如产品的表型救援和标记构建体的可视化,所述表达的功能操作以及一个S基因功能的通过反向遗传学剂的减少。
在动物发育,母亲存款基因产物( 例如,RNA的蛋白质和其他生物分子)倒入蛋液;这些产品是立即施肥1次,2以下一些早期的细胞过程重要。使用试剂的注入的标准方法进受精卵3时母体产物的表达和功能的操作通常是无效的。这是因为大多数的RNA和蛋白质是由卵母细胞卵子发生过程中产生的,所以预加载产妇产品已经存在于成熟的卵子。这种预先存在的产品是不透与基因靶向剂,如吗啉代反义寡聚物(MOS)功能敲除,因为MO的靶mRNA的,而不是预先存在的蛋白质已经存在于受精卵。此外,许多早期胚胎的过程恰巧被influen受精后太早通过从注入受精卵RNA衍生的蛋白产物土木工程署,因为RNA可能无法产生足够快速地影响胚胎发生的第一事件。出于同样的原因,通过标记的mRNA表达注射入受精卵可以不在时间用于可视化在早期胚胎的积极作用期间产生蛋白质融合。注入之前,卵子活化挤出成熟的卵母细胞是可能的,但与类似的技术问题有关:这种成熟的卵子已经预装了母体蛋白质,它们不会成为翻译活性(即产生外源转录产物的蛋白质),直到鸡蛋后激活。由于这些原因,在早期胚胎发育作用产妇的基因产物的操作通常需要在成熟的卵母细胞卵子发生期间进行。
作为一个方法克服这些障碍, 在体外成熟的方法,其允许OOC的成熟ytes从阶段IV到卵形成,已经建立了在斑马鱼。早期的方法允许在体外成熟,但所得到的成熟卵均不能胜任受精4。随后,从中性至pH9.0的培养条件的操纵, 在体外成熟7,8后模仿鱼类5,6发现卵巢流体的碱性pH,允许可靠体外受精 (IVF)。实际上, 在体外卵母细胞-matured可产生存活到成年并且是可育3,8可行胚胎。这种改进的方法已经被进一步适配成包括母体基因的功能操作,标记的蛋白的斑马鱼卵子发生过程中通过外源表达的表达,和MO-介导的功能中垫击倒uring阶段IV的卵母细胞3( 图1)。
斑马鱼卵子发生显示出数特性阶段导致成熟的卵母细胞9(参照表1的快速指南的各个阶段中卵子发生)的形成的。简而言之,卵母细胞发育是通过I期的卵母细胞开始,并在减数分裂前期我的双线期被逮捕。这些卵母细胞经历通过活性转录增长,皮质肺泡的形成(也称为皮质颗粒,阶段II期间启动)(阶段IA和IB期间启动),和卵黄(阶段III期间启动)。卵母细胞生长阶段IV,当减数分裂I恢复,导致卵母细胞核的拆卸,被称为胚泡(GV)期间完成。随后,减数分裂在中期II再次被捕。卵母细胞的生长和减数分裂停滞的阶段IV期间完成导致成熟V期例如克9。卵泡膜的去除释放卵母细胞的进入子房10的内腔中发生并且是用于施肥和适当的蛋活化是必需的。一旦鸡蛋是从自然交配期间母亲挤压,它们被激活。在斑马鱼中,暴露于水是足够的全蛋激活,而不管精子11的存在。
在体外条件目前允许的卵母细胞从早期成熟IV-其可以通过它们的尺寸(690-730微米),大GV的在不对称的位置的存在,以及一个完全不透明的外观是由于积累被识别卵黄蛋白( 图2B)-to成熟V期卵,其特征在于一个完全拆卸GV和一个半透明的外观由于蛋黄蛋白处理12( 图2C)。在这种方法中,整个卵巢续在不同的发展阶段癌宁的卵母细胞是从女性删除。卵母细胞被允许在17α-20β二羟基-4- pregnen -3-酮(DHP),一种有效的成熟诱导激素8来开发。在此期间,卵母细胞成熟可以通过注射表达的( 例如,封端的, 在体外的mRNA -transcribed)或反向遗传学剂( 例如,MOS)来操纵。卵泡层不会自发地流下向熟化期结束,所以它必须被手动移除。 defolliculation后, 体外受精是通过卵的暴露于水(存在于胚胎(E3)介质)13和精子溶液触发蛋激活来实现的。得到的受精卵进行胚胎发育和允许的治疗操纵产妇基因功能的能力评价,为可视化和标记产妇产品分析( <strong>图3)。
上述协议是用于施肥之前的基因产物的操作,因此允许产妇基因产物在早期斑马鱼胚胎的研究。以前的研究已经能够在体外 4成熟卵母细胞;该协议被修改,以便允许成熟卵母细胞8的体外随后施肥。这又允许用于试剂在早期胚胎3的母系遗传的产品功能性操作和可视化的注入。从这种方法产生的胚胎可以存活,能够承受成为肥沃的成年人。在初步实验中,大约一半来自该程序导出的受精胚胎的是对发展的第5天活,如通过鱼鳔通货膨胀在那个阶段,其中大约一半成为健康,肥沃的成年人(未发表的观察结果)进行评估。
有一些的关键步骤,以在协议考虑。在适当的卵母细胞阶段启动成熟后(初期IV)可以富集如果女性最近已经配合时,但8之前不DPP。使用最近没有交配的鱼可能导致变质的鸡蛋14,这不会发生的成熟。内小于8天交配的雌性将具有多数蛋在III期或更小,并且因此,卵将不能正常在体外成熟。在女性该现有8天配合卵巢将卵母细胞在早期阶段IV的最佳分数。这些可以通过它们的不透明度和GV的在偏心位置( 图2B)的存在被识别。卵母细胞阶段判定也可以通过尺寸测量的帮助下,与卵母细胞在显微镜下放置在刻度微米滑动,并与标准分级准则( 表1)。然而,早期的卵母细胞IV具有接近最大尺寸相比成熟卵母细胞(由它们的相对透明性和缺乏GV的认可; 图2C),并且很容易认识到的,如上述那样,其通常消除了直接的卵母细胞尺寸测量的需要。
在体外成熟必须几个小时到阴卵母细胞供体驯化日光周期结束的内开始。卵母细胞不能正常成熟,体现在贫困受精率,如果在光周期上午培养一段时间。其原因在体外卵母细胞成熟方法的昼夜依赖性是不理解但很可能反映了在体内卵子成熟底层昼夜偏压卵子发生21在涉及循环基因的表达。卵母细胞未能成功进行体外成熟,尽管适当的卵母细胞分期的一个常见原因是,DHP已过期。 DHP激素一年之后一般到期,并保证效果香港专业教育学院的成熟,工作批量应9个月使用内更换。
卵母细胞的注射是另一个关键步骤当该方法的目的是母体产品的功能操作。这个过程具有不同于在受精卵注射标准在0-30强积金不同的要求。在卵母细胞注射的关键因素是条件不导致过早的活化的蛋,如在Leibovitz的L-15介质22,23下进行注射的需要。因为它们嵌入在卵巢,卵母细胞成熟也对注射特殊的挑战。上述协议意味着第一从卵巢的卵母细胞解离,然后保持每个镊子分别分离卵母细胞,同时注入。这种技术已在最少的处理的适当阶段运作良好,并允许预分选的卵母细胞。替代方法也可以使用,例如为:i)将卵母细胞成标准注射琼脂糖槽15,其中,槽支撑注射过程中卵母细胞的垂直壁(在此替代方法中,卵母细胞需要转移到喷射板而保持在体外成熟培养基)和ii )使该卵母细胞保持附着到卵巢肿块,其可与钳子在注射期间被保持,以避免与注入的卵母细胞接触(在此方法中,卵母细胞应注射到两个后解离促进DHP曝光,并允许其defolliculation ,本身IVF必要的)。尽管这个特定的挑战,IV期的卵母细胞可容易地与注射针穿透,可能是因为在此阶段绒毛膜没有发育完全9。
当前成熟协议的一个限制是, 在体外成熟条件促进适当的卵母细胞发育当卵母细胞成熟是在比第四阶段早期阶段开始无法创建。当它们到达的直径为520微米,这阶段III过程中发生(卵黄,对应于340到690微米的范围)的卵母细胞成为感受态,以通过经历成熟到DHP响应9。然而,III期卵母细胞的结果在那些不能胜任受精的卵母细胞3的培养。只有卵母细胞,其体外培养在阶段IV( 图2B)开始可以发育成成熟,V期的卵母细胞( 图2C和D)。这可能与这样的事实,第三阶段是卵黄和卵母细胞增长9至关重要。因此,本文中给出的在体外卵母细胞成熟过程应该只具有阶段的初始种群IV的卵母细胞(B),而不是与在早期阶段的卵母细胞(阶段我用- III; FIGURê <str翁> 2A)。出于同样的原因,此过程被限制到在阶段IV或更高表达的基因。基因,它们的产品是较早表达的官能化操作可能而不得不依赖于遗传方法(见下文)。改进体外培养成熟法可能在将来允许卵母细胞培养在早期阶段的启动,从而扩大了在体外成熟方法的能力。
在所提出的方法的另一个限制是defolliculation,这对于涉及受精后续步骤必不可少的,是目前在过程的限速步骤。卵泡膜是围绕显影的卵母细胞的透明层,和去除可能是乏味。如果该膜没有完全去除,鸡蛋不会成为完全激活和受精。这是由绒毛膜故障扩大和不规则地被安置,沟状ST的发展取得明显ructures(pseudocleavages),未受精的胚胎11的特性。酶促defolliculation方法如胶原酶,如在爪蟾使用的,已经尝试了。然而,在我们的手中,这种技术一直没有成功,因此,我们依靠手工defolliculation。因为手工defolliculation是劳动密集且耗时的,所以难以在体外卵母细胞成熟后获得的受精卵的大批量。由于人工defolliculation造成的时间上的限制,我们目前正处在一个时间施肥几defolliculated,成熟的卵子,在5-10鸡蛋小批量。酶defolliculation与此过程中的合并可能会显著提高其产量和整体易用性。
虽然在体外 -matured卵母细胞受精后产生的胚胎可以成为可行的成年人,我们注意到, 在体外受精后,胚胎的一小部分做不正常或及时划分。我们目前正在选择用于其传播包括轮体外卵母细胞成熟的,这可能导致在通过这种方法得到的胚胎发育的更稳健的图案线条。
该过程已经允许清晰抢救或蛋白质定位的可视化对于许多突变24,25。但是,对于某些基因产物表达的调控可能是至关重要的,因此通过注射基因表达的产品可能会导致不同的结果26。同样重要的是要注意到所有的控件( 例如,与具有类似的性质的那些在实验中还没有被预测用于不产生作用仅编码惰性蛋白质试剂,例如控制用MOS或RNA的注射的胚胎,例如的如GFP),作为潜在的变化可能会导致错误的结论。
NT“>涉及体外操作,然后受精的一种方法是在母系沉积产品,其中注入RNA,MOS,或蛋白进入受精卵可能不能有效地降低产品的标准方法在蛋已经累积的情况下是特别有用的。其它最近开发的方法,例如CRISPR突变体的产生,也处于产生用于母本表达的基因26突变体的条件有效的。然而,这种方法需要的鱼的几代的生长。 在体外卵母细胞成熟技术允许快速功能操纵研究的母系表达的基因,包括抢救和母体效应的突变表型模拟,以及RNA和蛋白质中的早期胚胎表达的功能。The authors have nothing to disclose.
我们要感谢的Pelegri实验室和鱼设施的管理人员,谁在推动这个项目器乐的成员。本项目支持由美国国立卫生研究院R56 GM065303和美国国立卫生研究院2 T32 GM007133到ELW,NIH 5 F31 GM108449-02和NIH 2 T32 GM007133到CCE,和NIH RO1 GM065303到FP提供
Zebrafish mating boxes | Aqua Schwarz | SpawningBox1 | |
NaCl | Sigma | S5886 | |
KCl | Sigma | P5405 | |
Na2HPO4 | Sigma | S3264 | |
KH2PO4 | Sigma | P9791 | |
CaCl2 | Sigma | C7902 | |
MgSO4-7H2O | Sigma | 63138 | |
NaHCO3 | Sigma | S5761 | |
Tricaine | Western Chemical | Tricaine-D (MS 222) | FDA approved (ANADA 200-226) |
Tris base | Sigma | 77-86-1 | to prepare 1 M Tris pH 9.0 |
HCl | Sigma | 920-1 | to prepare 1 M Tris pH 9.0 |
Fish net (fine mesh) (4-5 in) | PennPlax | (ThatFishThatPlace # 212370) | available in ThatFishThatPlace |
Plastic spoon | available in most standard stores | ||
Dissecting scissors | Fine Science Tools | 14091-09 | |
Dissecting forceps | Dumont | SS | available from Fine Science Tools |
Dissecting stereoscope (with transmitted light source) | Nikon | SMZ645 | or equivalent |
Reflective light source (LED arms) | Fostec | KL1600 LED | or equivalent |
Petri plates 10 cm diameter | any maker | ||
Eppendorf tubes 1.5 ml | any maker | ||
Ice bucket | any maker | ||
Narrow spatula | Fisher | 14-374 | |
Depression glass plate | Corning Inc | 722085 (Fisher cat. No 13-748B) | available from Fisher Scientific |
Paper towels | any maker | ||
Kimwipes | Kimberly-Clark | 06-666-11 | available from Fisher Scientific |
Timer stop watch | any maker | ||
Wash bottle | Thermo Scientific | 24020500 | available from Fisher Scientific |
beakers, 250 ml (2) | Corning Inc. | 1000250 | available from Fisher Scientific |
Leibovitz'z L-15 medium | Thermofisher | 11415064 | |
NaOH | Sigma | 221465 | for pH'ing |
BSA | Sigma | A2058 | |
17alph-20beta-dihyroxy-4-pregnen-3-one (DHP) | Sigma | P6285 | |
gentamicin | Sigma | G1272 | |
Injection Apparatus | Eppendorf | FemtoJet | or equivalent |
Capillary Tubing for injection needles | FHC | 30-30-1 | or equivalent, Borosil 1.0 mm OD x 0.5 mm ID with fiber, 100 mm |
Needle puller | Sutter Instruments | Model P-87 | any maker |
Micropipetor (1-20 µl range) with tips | any maker | ||
Micropipetor (20 – 200 µl range) with tips | any maker | ||
Micropipetor (100 – 1000 µl range) with tips | any maker | ||
Conical tubes 15ml | any maker | ||
Conical tubes 50ml | any maker | ||
plastic pipette 10 ml with bulb | any maker | ||
plastic pipette 20 ml with bulb | any maker | ||
Microscope stage Calibration Slide 0.01 mm | AmScope | MR095 | or equivalent |
Reagents for fish water: | |||
Instant Ocean Salt | Drs. Foster & Smith | CD-116528 | |
Sodium bicarbonate (cell culture tested) | Sigma | S5761-1KG | |
Reagents for E3 medium: | |||
NaCl | Sigma | S5886-1KG | |
KCl | Sigma | P5405-500G | |
CaCl2, dihydrate | Sigma | C7902-500G | |
MgSO4, heptahydrate | Sigma | 63138-250G | |
Methylene Blue | Sigma | M9140-25G | |
Fish Food: | |||
Frozen brine shrimp | Brine Shrimp Direct | FBSFKG50 | |
Tetramin Flakes | Drs. Foster & Smith | 16623 |