母方の遺伝子産物の操作に使用ゼブラフィッシュの卵母細胞の体外成熟のために最適化されたプロトコルは、ここに示されています。
動物胚発生の初期段階の間に行わ細胞事象は、発展途上卵母細胞に沈着母系の遺伝子産物によって駆動されます。これらのイベントは通常、受精、その卵の内側に以前から存在した後、すぐに行動する母体の製品に依存しているため、受精卵への試薬の注入を含む式と機能化のための標準的なアプローチは、一般的に有効ではありません。代わりに、このような操作は、前または母体の生成物の蓄積の間に、卵形成中に実行する必要があります。この記事では、成人期まで生存可能な胚を得、具体的に未熟ゼブラフィッシュの卵母細胞の体外成熟とそれに続く体外受精のためのプロトコルを記述しています。この方法は、そのような表現型のレスキューとタグ付けされた構築物の可視化のための製品の表現として、卵形成中の母体製品の機能操作を可能にする、ならびに逆遺伝学剤を介して遺伝子機能の低下をです。
動物の発生時には、卵に母の預金遺伝子産物( 例えば、RNAは、タンパク質、および他の生体分子);これらの製品は、すぐに受精1、2次早期の細胞プロセスのために重要です。受精卵3に試薬を注入するための標準的な手法を使用する場合、母体産物の発現および機能の操作は、典型的には無効です。ほとんどのRNAとタンパク質は卵形成の間に、卵母細胞によって生成されるので、これはですので、事前にロードされた母体の製品が成熟卵に既に存在しています。 MOSトランジスタのmRNA、受精における卵中に存在しない既存のタンパク質を標的とするので、このような既存の製品は、そのようなモルホリノアンチセンスオリゴ(MOS)などの遺伝子標的剤と機能的ノックダウンに対して不浸透性です。また、多くの初期胚のプロセスがinfluenされる受精後もすぐ起こりますRNAは、胚発生の最初のイベントに影響を与えるために十分に速く生成されなくてもよいように、受精卵に注入RNA由来のタンパク質産物によってCED。同じ理由から、初期胚での積極的な役割の間の視覚化のための時間で製造されなくてもよい受精卵へのmRNAの注入を介して発現されたタンパク質融合物をタグ付け。卵の活性化に先立って押し出され、成熟した卵母細胞への注入が可能であるが、同様の技術的な問題に関連している。こうした成熟した卵はすでに母性タンパク質が事前にロードされ、そして、彼らは卵後まで(すなわち、外因性の転写産物からタンパク質を産生する)並進アクティブになりません。活性化。これらの理由から、初期胚発生に作用する母方の遺伝子産物の操作は、一般的に成熟した卵母細胞における卵形成中に行う必要があります。
OOCの成熟を可能にするインビトロ成熟方法において 、これらのハードルを克服するための一つのアプローチとしてytes IV期からの卵の形成に、ゼブラフィッシュで確立されています。初期の方法は、 体外成熟で許可されますが、結果として成熟した卵は受精4のための有能ませんでした。その後、 インビトロ成熟7,8後信頼体外受精(IVF)のために許可された魚種5、6に見られる卵巣流体のアルカリ性pHを模倣pH9.0に中性から培養条件の操作、。実際、in vitroで -matured卵母細胞は3、8肥沃ある成体まで生き残るためには、生きた胚を得ることができます。この改良された方法は、さらに、外因性発現を通して母性遺伝子の機能操作、ゼブラフィッシュ卵形成中のタグ付けされたタンパク質の発現を含むように適合されており、MO媒介機能は、マットにノックダウンuringステージIV卵母3( 図1)。
ゼブラフィッシュの卵形成は、成熟した卵母細胞9(卵形成中の様々な段階のクイックガイドについては表1を参照)の形成をもたらす特性段数を示します。簡単に言えば、卵母細胞の開発は、ステージI、卵母細胞によって開始され、減数分裂の前期Iのdiplotene段階で逮捕されました。これらの卵母細胞は、(また、段階IIの間に開始皮質顆粒としても知られる)皮質胞の形成(ステージIAおよびIB中に開始)活性な転写による成長、及び卵黄形成(ステージIIIの間に開始)を受けます。卵母細胞の増殖が減数分裂Iは、卵母細胞の核の分解をもたらす、再開ステージIV、の間に完了され、卵核胞(GV)と呼ばれます。その後、減数分裂は中期IIで再び逮捕されました。ステージIV中の卵母細胞の成長と減数分裂停止の完了は成熟期Vなどにつながりますグラム9。濾胞性膜の除去は、卵巣10の内腔に卵母細胞の放出の間に発生し、受精し、適切な卵活性化に必須です。卵は自然交配時に母親から押し出されると、それらが有効になります。ゼブラフィッシュでは、水への曝露に関係なく精子11の存在の、完全な卵の活性化のために十分です。
インビトロ条件では現在、早期IV-そのサイズによって認識することができる(690から730ミクロン)からの卵母細胞の成熟のために起因するの蓄積に対して非対称位置に大きなGV、完全に不透明な外観の存在を可能にします完全に分解GVおよびタンパク質処理12( 図2C)を卵黄による半透明な外観によって特徴付けられる成熟ステージV卵-to卵黄タンパク質( 図2B)。このアプローチでは、全体の卵巣続き開発の異なる段階でaining卵母細胞が雌から削除されます。卵母細胞を17α-20βジヒドロキシ-4-プレグネン-3-オン(DHP)、効果的な成熟誘導ホルモン8に開発することが許可されています。この期間中に、成熟した卵母細胞は、発現の注射( 例えば、キャップされた、 インビトロ -transcribedのmRNA)または逆遺伝学剤( 例えば、MOS)を介して操作することができます。卵胞層が自然に熟成期間の終わりに向かって流されないので、手動で削除しなければなりません。 defolliculation後、 体外受精は、(胚(E3)中に存在する)水13個の卵の暴露と精子溶液を通して卵の活性化を誘発することによって達成されます。結果の受精卵は胚発生を受け、(母方の遺伝子機能を操作するための治療法の能力を評価するため、および可視化とタグ付けされた母体の生成物の分析を可能に<strong>図3)。
上記のプロトコルは、このように初期のゼブラフィッシュ胚における母性遺伝子産物の研究のためにできるように、受精前の遺伝子産物の操作のためです。以前の研究は、in vitroで 4卵母細胞を成熟することができました。このプロトコルは、卵母細胞成熟8 in vitroでのその後の受精を可能にするために変更されました。これは、順番に初期胚3における母性遺伝の製品の機能の操作や可視化のための試薬を注入するのを可能にします。この方法から得られる胚は生きすることができ、肥沃な大人になるために生き残ることができます。その段階で鰾インフレによって評価されるように予備実験では、この手順から派生受精胚の約半分は、健康、肥沃な成人(未発表の観察)となっおよそ半分が、開発の5日目に生存していました。
いくつかありますプロトコルに考慮すべき重要なステップの。女性は8 DPP前に最近交配ではなく、されている場合は成熟(初期段階IV)を開始するための適切な段階での卵母細胞を濃縮することができます。最近交配していない魚を使用して、成熟を受けない卵14を 、縮退する可能性があります。未満8日以内に交配した雌は、ステージIII以下で卵の過半数を持つことになり、ひいては、卵は試験管内で適切に成熟していないだろう。 8日前交配した雌で卵巣は早い段階IVにおける卵母細胞の最適な割合を持っています。これらは、それらの不透明性と偏心位置( 図2B)でGVの存在によって認識することができます。卵母細胞を顕微鏡下で卒業マイクロスライド上に置き、標準的なステージングのガイドライン( 表1)と比較して、卵母細胞段階決意はまた、サイズの測定によって補助することができます。しかし、初期段階IV卵母細胞が成熟に比べてほぼ最大の大きさを持っています(それらの相対的な透明性とGVの欠如によって認識; 図2C)卵母一般直接卵母細胞サイズの測定の必要性をなくすれ、上述したようには容易に認識されます。
体外成熟では女性の卵母細胞ドナーが順化された日光サイクルの最後の数時間以内に開始しなければなりません。卵母細胞は、光サイクルの朝の期間中に培養した場合に、貧しい受精率に反映され、正常に成熟していないだろう。 in vitroでの卵成熟方法の概日依存の理由は理解したが、おそらく卵形成の間に21サイクリング遺伝子の発現を含むin vivoでの卵成熟において基本的な概日偏見を反映していません。適切な卵母細胞ステージングにもかかわらず、 体外成熟に成功受けることに失敗した卵母細胞のための一般的な原因は、DHPの有効期限が切れているということです。 DHPホルモンは、一般的に一年後に期限切れになり、その効果を保証するために、アイブ成熟は、作業バッチは、使用の9ヶ月以内に交換する必要があります。
この方法の目的は、母体の製品の機能操作であるとき、卵母細胞の注入は、別の重要なステップです。この手順は、0-30 MPFで受精卵における標準注射用のものとは異なる要件があります。卵母細胞注入の重要な要素は、そのようなライボビッツL-15培地22、23のように未熟卵の活性化につながらない条件下で注射を行う必要があります。彼らは卵巣に埋め込まれているため、成熟した卵母細胞はまた、注射に特定の課題を提起します。プロトコルは、前述の第1の卵巣からの卵母細胞を解離した後、注入しながら各鉗子で別々に卵母細胞を解離保持示唆する。この技術はうまく機能し、最小限の取り扱いに適当な段階で事前選別した卵母細胞を可能にしています。代替的な方法も使用することができる、そのようなI)トラフの垂直壁は、注入中、卵母細胞をサポートする標準的な射出アガローストラフ15に卵母細胞を配置する(この代替方法では、卵母細胞は、インビトロ成熟培地中に保持しながら、注入プレートに転送する必要がある)とII:として)卵母細胞(このアプローチでは、卵母細胞の両方に注射した後に解離されるべき注入卵母細胞との接触を回避するために、注入中に鉗子で保持することができ、卵巣質量に取り付けられたままにできるようにするDHP露光を容易にし、そのdefolliculationを可能にします)IVFのために、自身が不可欠。この段階での絨毛膜が完全9開発されていないため、この特定の課題にもかかわらず、ステージIV卵母細胞は、容易に可能性が注射針で貫通することができます。
現在成熟プロトコルの1つの制限は、 体外成熟条件下で適切な卵母細胞の発達を促進することです卵成熟がステージIVよりも早い段階で開始されたときに作成することができません。卵母細胞は、それらが(340対690μmの範囲に対応する、卵黄形成)ステージIIIの間に生じる520ミクロンの直径に達したときに成熟を経てDHPに応答する能力になる9。しかし、受精3有能でない卵母細胞におけるステージIII卵母結果の培養。のみ、そのインビトロ培養は、ステージIV( 図2B)で開始される卵母細胞は成熟した、ステージV卵母細胞( 図2C及びD)に発展することができます。これは、ステージIIIは、卵黄形成卵母細胞増殖9に必須であるという事実に関連し得ます。したがって、この記事で提示インビトロ卵成熟の手順は、IV期の卵母細胞(B)の出発集団とではなく、初期段階(段階Iにおける卵母細胞と一緒に使用されるべきである- III、E Figur <strオング> 2A)。同じ理由のために、この手順は、ステージIVまたは後に発現される遺伝子に限定されています。製品以前に発現される遺伝子の機能的な操作ではなく、遺伝的方法(下記参照)に依存する必要ができます。 インビトロ培養成熟法の改善は、将来的にこのようにしてin vitroで成熟アプローチの力を拡大、早い段階での卵母細胞培養の開始を可能にすることができます。
提示された方法における別の制限は、受精を伴う後続のステップのために必須であることdefolliculationは、現在手順における律速段階です。卵胞膜は現像卵母細胞を取り囲む透明層であり、除去が面倒であることができます。この膜が完全に除去されない場合、卵が完全に活性化し、受精になることはありません。これは、拡大する絨毛膜の失敗と不規則に置かれ、畝のようなSTの開発によって明らかに作られますructures(pseudocleavages)、未受精胚11の特性。コラゲナーゼのような酵素defolliculation方法は、 アフリカツメガエルで使用されるように、試みられています。しかし、私たちの手の中に、この手法は成功していない、と私たちはそのためのマニュアルdefolliculationに依存しています。マニュアルdefolliculationは労働集約的で時間がかかるので、in vitroで卵成熟後の受精卵の大きなバッチを得ることは困難です。手動defolliculationによって課される時間的制約のために、我々は現在、5〜10個の卵の小さなバッチで、一度にいくつかの濾胞除去、成熟した卵子を受精します。この手順での酵素defolliculationの組み込みは、おそらくかなりの収量と利用の全体的な使いやすさを向上させるでしょう。
インビトロ -matured卵母細胞の受精後に生成した胚は、実行可能な大人になることができますが、我々は、 体外受精後、胚の割合が行うことに注意してください通常、またはタイムリーに分けていません。現在、この方法によって誘導された胚で発達のより堅牢なパターンをもたらし得る、その伝搬インビトロ卵成熟のラウンドを含む行について選択されます。
手順は突然変異24、25の数のための明確な救助またはタンパク質の局在化の可視化を可能にしました。しかし、いくつかの遺伝子について、産物発現の調節は非常に重要であり得るので、注入のmRNAによって発現産物は、変数結果26につながる可能性があります。すべてのコントロール( 例えば、唯一の不活性タンパク質をコードするような制御のMOとしての効果を生成しないように、まだ予測される実験に使用したものと同様の特性を有する試薬、またはRNAを注入した胚、そのように留意することも重要ですGFPなど)、根本的な変動が不適切な結論につながる可能性として。
NT ">受精が続くインビトロ操作を伴うアプローチを効果的に製品を低下させてもよい受精卵にRNAに、MOS、またはタンパク質を注入する標準的な方法は、既に卵に蓄積母性堆積製品の場合に特に有用です。そのようなCRISPR変異生成など、他の最近開発された方法は、また、母性発現遺伝子26に対する変異条件を生成するのに有効である。しかし、この方法は、魚のいくつかの世代の成長を必要とする。 インビトロ卵成熟技術はへの迅速な機能的操作を可能にします救助及び母性効果変異の表現型模写、ならびに初期胚におけるRNAおよびタンパク質の発現を含む母性発現遺伝子の機能を研究します。The authors have nothing to disclose.
私たちは、このプロジェクトの促進に尽力したPelegriラボと魚の施設管理職のメンバーを、感謝したいと思います。このプロジェクトのためのサポートは、FPにNIH R56 GM065303及びELWにNIH 2 T32 GM007133、NIH CCE 5 F31 GM108449-02及びNIH 2 T32 GM007133、およびNIH RO1 GM065303によって提供されました
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 |