모체 유전자 산물의 조작에 사용 제브라 난자의 체외 성숙에 최적화 프로토콜은 여기에 제시된다.
동물의 배아 발달의 초기 단계에서 발생하는 셀룰러 이벤트는 개발 난자로 입금 모계 유래 유전자 산물에 의해 구동된다. 이러한 이벤트는 일반적으로 계란 내부 수정, 즉 전세에 존재 후 곧 행동 산모의 제품에 의존하고 있기 때문에, 수정 된 난자에 시약의 주입을 포함하는 표현과 기능 감소를위한 표준 접근 방식은 일반적으로 효과가 있습니다. 대신에, 이러한 조작은 사전에 산모 제품의 축적 동안 oogenesis 동안 수행해야합니다. 이 문서에서는 성인에 생존 가능한 배아를 산출 구체적으로 미성숙 제브라 피쉬 난자의 체외 성숙과 그 이후의 체외 수정을위한 프로토콜을 설명합니다. 이 방법은 표현형 구조를위한 제품 및 태그 구조 시각화의 표현으로 oogenesis 동안 산모 제품의 기능을 조작 할 수 있습니다뿐만 아니라역 유전학 에이전트를 통해 유전자 기능의 저하를이야.
동물 개발하는 동안, 계란에 어머니 예금 유전자 제품 (예를 들어, RNA는 단백질 및 기타 생체 분자); 이 제품은 즉시 수정 1, 2 다음 초기 세포 과정에 중요하다. 수정란 (3)에 반응물의 주입을위한 표준 방법을 이용할 경우 모체 제품의 발현과 기능의 조작은 일반적으로 비효율적이다. 대부분의 RNA와 단백질이 oogenesis 동안 난 모세포에 의해 생산, 그래서 사전로드 된 산모의 제품은 이미 성숙 난자에 존재하기 때문입니다. 이 수법의 mRNA의 시비에서 계란에 이미 존재하지 않는 기존의 단백질을 대상으로하기 때문에 이와 같은 기존의 제품은, 예컨대 모르 폴리 노, 안티센스 올리고 (MOS) 등의 유전자를 표적 작용제와 기능적 최저 불 투과성이다. 또한, 많은 초기 배아 프로세스 수정이 influen 할 너무 빨리 이후에 발생할RNA를는 배아의 제 사건에 영향을 충분히 빠르게 제조 될 수 있으므로, 수정란 내로 주입 RNA로부터 유래 된 단백질 부산물 세드릭. 동일한 이유 때문에, 초기 배아에서의 적극적인 역할 중에 시각화를위한 시간에 제조 될 수있다 수정란 내로 주입을 통해 mRNA의 발현 된 단백질 융합체 태그. 계란 활성화 이전에 돌출 된 성숙 난자에 주입이 가능하지만, 유사한 기술적 인 문제와 연관되어 같은 성숙 계란이 이미 어머니의 단백질과 사전로드, 그들은 계란이 끝날 때까지 (즉, 외인성 성적 증명서에서 단백질을 생산) 병진으로 활성화되지 않습니다 활성화. 이러한 이유로, 초기 배 발생에 작용하는 모성 유전자 제품의 조작은 일반적으로 성숙 난자에 oogenesis 동안 수행 될 필요가있다.
OOC의 성숙을 허용 체외 성숙 방법, 이러한 장애물을 극복하는 하나의 방법으로서,, 킬로바이트 단계 IV에서 계란 형성, 제브라 피쉬 년에 설립되었다. 초기 방법은 체외 성숙에 사용할 수 있지만 결과 성숙 계란은 수정 4 유능하지 않았다. 이어서, 시험 관내 성숙 7,8 후 신뢰성 시험 관내 수정 (IVF) 허용 어류 5,6 검색된 난소 유체의 pH를 알칼리, 모방의 pH 9.0 중성의 배양 조건의 조작. 실제로, 체외 -matured 난자는 3, 8 비옥 성년에 생존 가능한 배아를 생성 할 수있다. 이 개선 된 방법은 상기 매트에 노크 기능 매개 MO 모체 유전자의 기능 조작을 통해 외인성 발현 제브라 oogenesis 동안 태그 단백질의 발현 등을 포함하도록 한uring 단계 IV 난자 3 (도 1).
제브라 oogenesis 성숙한 난자 9 (oogenesis의 다양한 단계에 대한 빠른 가이드 표 1 참조)의 형성에 주요한 특성 단의 수를 나타낸다. 간단히, 난자의 발달은 단계 I 난자에 의해 시작되고, 감수 분열의 의향의 I의 diplotene 단계에서 체포된다. 이러한 난자 (또한 단계 II 동안에 개시 피질 과립라고도 함) 피질 폐포의 형성 (단계 IA와 IB 중에 시작)을 통해 전사 활성 증가 및 vitellogenesis (단계 III 중에 개시)를 겪는다. 모세포 성장 I 다시 시작하면 감수, 난자 핵의 분해의 결과로, 본원 소포 (GV)로 지칭 IV 단계 동안 완료된다. 그 후, 감수 분열이 중기 II에서 다시 체포된다. 단계 IV 중 모세포 성장 감수 구속 완료는 성숙 단계의 예 V에 이르게9 g. 모낭 막의 제거는 난소 (10)의 내강에 난자의 방출시 발생 시비 적절한 달걀 활성에 필수적이다. 계란은 자연 교배시 어머니로부터 압출되면, 그들은 활성화된다. 제브라 피쉬, 물에 노출없이 정자 (11)의 존재, 계란 전체 활성화에 충분하다.
시험 관내 조건으로 인해 현재의 축적 크기 (690-730 μm의) 비대칭 위치에 큰 GV가 존재하고, 완전히 불투명 한 외관에 의해 인식 될 수-IV 초기 단계에서 난자의 성숙을 허용 완전히 분해 GV 및 단백질 처리 (12) (도 2c)을 노른자 의한 반투명 외관 특징 성숙 단계 V 계란 노른자 -to 단백질 (도 2B). 이 방식에서, 전체 난소 계속개발의 다른 단계에서 aining 난자는 여성에서 제거됩니다. 난 모세포는 17α-20β 히드 록시 -4- pregnen -3- 온 (DHP), 효과적인 성숙을 유도하는 호르몬 8 개발할 수있다. 이 기간 동안 난자 성숙 식 주입 (예, 캡핑 체외 -transcribed의 mRNA) 또는 역 유전학 에이전트 (예를 들어, MOS)을 조작 할 수있다. 난포 층 자발적 성숙 기간의 끝으로 창고하지 않기 때문에 수동으로 제거해야합니다. defolliculation 후, 체외 수정은 (배아 (E3) 배지에서 본), 물 (13) 계란의 노광 및 정자 용액을 통해 알 활성화를 트리거링함으로써 달성된다. 생성 된 접합체는 배아 발달을 거치며 (모체의 유전자 기능을 조작하는 처리 능력의 평가하고 시각화 태그 모체 제품의 분석을 허용 <strong>도 3).
위의 프로토콜은 따라서 초기 제브라 피쉬 배아에서 모성 유전자 제품의 연구를 허용, 수정 전에 유전자 제품의 조작을위한 것입니다. 이전 연구는 체외 4 난자를 성숙 할 수 있었다; 이 프로토콜은 난자 8 성숙 관내의 후속 수정이 가능하도록 수정되었다. 이것은 차례로 초기 배아 3 모계 상속 제품의 기능 조작 및 시각화를위한 시약의 주입이 가능합니다. 이 방법에 의한 배아는 생존 할 수 있으며 비옥 한 성인이 될 살아남을 수 있습니다. 건강한, 비옥 한 성인 (게시되지 않은 관찰)이되었다 약 절반의 그 단계에서 부레 인플레이션에 의해 평가로 예비 실험에서,이 과정에서 파생 된 수정 된 배아의 약 절반은 개발의 5 일에 생존했다.
여러 가지가 있습니다의 중요한 단계는 프로토콜 고려해야한다. 적절한 단계에서 난 모세포는 여성이 최근 성관계를 한 경우 농축 될 수있다 성숙 (초기 단계 IV)를 시작,하지만 8 전 DPP합니다. 최근에 성관계를하지 않은 생선을 사용하여 성숙을받지 않습니다 계란 (14), 퇴화 될 수 있습니다. 8 이하 일 이내에 성관계 여성은 단계 III 이하로 계란의 대부분이있을 것이다, 따라서, 계란은 체외에서 제대로 성숙되지 않습니다. 팔일 종래 정합 암컷 난소 초기 단계 IV에서의 난자의 최적 비율을 가질 것이다. 이들은 그들의 불투명도 및 편심 위치 (도 2b)에서 GV의 존재를 인식 할 수있다. 난자는 현미경 졸업 마이크로 슬라이드 상에 배치하고 준비 표준 지침 (표 1)과 비교하여 난자 단계 판단은 또한 크기 측정에 의해 도움을받을 수있다. 그러나, 초기 단계 IV 난자는 거의 최대 크기가 성숙 대비해야(상대 투명도 및 GV 부족 인식;도 2C) 난자 일반적 직접 난자 크기 측정의 필요성을 제거하는, 상기 한 바와 같이 용이하게 인식된다.
체외 성숙에 여성의 난자 기증자가 적응하는에 일광주기의 마지막 몇 시간 이내에 시작해야합니다. 난 모세포는 빛 사이클의 아침 기간 동안 배양하면, 가난한 수정률에 반영, 제대로 성숙되지 않습니다. 체외 난자 성숙 방법 주기성 의존성 이유는 알 수 있지만, 아마도 oogenesis 21 순환 동안 유전자 발현과 관련된 생체 달걀 성숙 기본 주기성 편향을 반영하지 않는다. 적절한 난자의 준비에도 불구하고 체외 성숙에 성공 받아야 실패한 난자의 일반적인 원인은 DHP이 만료 된 것입니다. DHP 호르몬은 일반적으로 년 후에 만료 및 효과를 보장하기 위해필자 성숙, 작업 배치는 사용하기 9 개월 이내에 교체해야합니다.
이 방법의 목적은 모체 제품의 조작 기능 때 난자 사출 다른 중요한 단계이다. 이 절차는 0-30 MPF에 수정란 표준 주사에 대한 다를 요구 사항이 있습니다. 난자 주입하는 핵심 요소는 라이 보 비츠의 L-15 배지 22, 23과 계란 조기 활성화를 유도하지 않는 조건에서 주사를 수행 할 필요가있다. 그들은 난소에 포함되어 있기 때문에, 성숙 된 난자는 주사로 특정 과제를 포즈. 프로토콜은 상기 제 난소로부터 난자 해리하고 주입하는 동안 각각의 집게 별도로 난자 해리 들고 나왔다. 이 기술은 최소한의 처리와 적절한 단계에서 미리 정렬 된 난자를 잘 작동하고 있습니다했다. 다른 방법도 사용할 수 있으며, 이러한ⅰ) 표준 주입에 배치 난자 아가 관내 성숙 배지에서 유지하면서 이러한 대안적인 방법에서 통 지원 주입 동안 난자의 수직 벽 (난자 사출 판에 전사 할 필요 15) 및 II를 쓰루로 : ) 난자는 난자는 양자 주입 후 분해되어야이 방법에서, 주입 된 난 모세포와 접촉 (않도록 주입 중에 집게로 유지 될 수 난소 질량에 부착 DHP 노출을 용이하게 유지하고 그들의 defolliculation 있도록 허용 자체 IVF 필수). 이 단계에서 융모 막 9 충분히 개발되어 있지 않기 때문에이 특정 과제에도 불구하고, 단계 IV 난자 용이, 주사 바늘 가능성이 관통 할 수있다.
현재 성숙 프로토콜의 하나의 한계는 시험 관내 성숙 상태에 적절한 난자 발전을 촉진하는 점이다난자의 성숙이 단계 IV 이전 단계에서 시작될 때 생성 할 수 없습니다. 난 모세포들은 (340 대 690 μm의 범위에 대응 vitellogenesis) 단계 III 중에 발생 520 ㎛의 직경에 도달 할 때 성숙을 진행하여 DHP에 반응 할 능력이 될 9. 그러나, 수정 3 유능하지 않은 난자의 단계 III 난자 결과의 문화. 대해서만 체외 배양 단계 IV (도 2B)에서 개시된다 성숙 단계 V 난자 (도 2C 및 D)으로 발전 할 수 난자. 이는 단계 III는 vitellogenesis와 난자의 성장 9에 필수적이라는 사실과 관련이있을 수 있습니다. 따라서, 본 문서에 제시된 시험 관내 난자 성숙 과정은 난자 IV (B)가 아니라 이전 단계에서의 난자 (단계 I과 단계의 시작 인구 표기 – III]으로 나뉘어진다 전자 <str옹> 2A). 같은 이유로,이 절차는 단계 IV 이상에서 발현되는 유전자들로 제한된다. 제품 초기 발현 유전자의 기능적 유전자 조작 대신에 방법 (아래 참조)에 의존 할 수있다. 체외 문화의 성숙 방법 개선은 미래에 따라서 체외 성숙 접근 방식의 힘을 확장, 이전 단계에서 난 모세포 배양의 시작을 허용 할 수있다.
제시된 방법의 또 다른 제한은 수정과 관련된 후속 단계를위한 필수적이라고 defolliculation은 현재 절차의 속도 – 제한 단계이다. 모낭 막을 현상 난자 주위의 투명층이며, 제거 지루할 수있다. 이 멤브레인이 완전히 제거되지 않으면, 계란은 완전히 활성화 및 수정 된이되지 않습니다. 이 확장 할 융모막의 실패와 불규칙하게 배치, 밭고랑처럼 세인트의 개발에 의해 분명하게 만들어미 수정 된 배아 (11)의 특성 ructures (pseudocleavages). 제노 푸스에서 사용 된 것과 같은 콜라게나 제와 같은 효소 defolliculation 방법이 시도되어왔다. 그러나, 우리의 손에,이 기술은 성공하지 않았으며 따라서 우리는 수동 defolliculation에 의존하고 있습니다. 수동 defolliculation은 노동 집약적이고 시간이 많이 소요이기 때문에 체외에서 난자 성숙 후 수정란의 큰 배치를 얻기가 어렵다. 때문에 수동 defolliculation에 의해 부과 된 시간 제한에, 우리는 현재 5 ~ 10 알의 작은 일괄 적으로 한 번에 몇 defolliculated, 성숙 계란을 기름지게. 이 절차와 효소 defolliculation의 통합 가능성이 대폭 수율과 전반적인 사용 용이성을 증가시킬 것입니다.
체외 -matured 난자의 수정 후 생성 된 배아가 가능한 성인이 될 수 있지만, 우리는 체외 수정 후 배아의 일부가 할 수 있습니다 정상적으로 적시에 나눌 수 없습니다. 현재는 그의 증식이 방법에 의해 유도 된 배아의 발달보다 강력한 패턴을 초래할 수 체외 난자 성숙 발사 포함 라인을 선택한다.
절차는 돌연변이 (24), (25)의 수에 대한 명확한 구조 또는 단백질 현지화의 시각화를 위해 허용했다. mRNA의 주입에 의해 표현되는 제품은 결과 변수 (26)으로 이어질 수 있도록하지만, 일부 유전자 제품 발현의 조절은 매우 중요 할 수있다. 모든 컨트롤 (예를 들어, 단지 불활성 단백질을 코딩하는 그러한 제어 나 MO 등의 효과를 얻지 못하고 예상되는 실험에 사용 된 것과 유사한 특성을 갖는 시약 또는 RNA를 주입 배아 등 염두하는 것도 중요 GFP 등), 기본 변화는 잘못된 결론으로 이어질 수 있기 때문이다.
NT "> 시비 다음 시험 관내 조작을 수반 접근은 효과적으로 제품을 감소되지 않을 수정란 내로 RNA 모스 또는 단백질을 주입하는 표준 방법이 이미 알 축적 모계 증착 제품의 경우에 특히 유용하다. 이러한 CRISPR 돌연변이 생성과 같은 다른 최근에 개발 된 방법은, 또한 모체 발현 유전자 26 돌연변이 조건을 생성하는데 효과적이다. 그러나,이 방법은 물고기의 몇몇 세대의 성장을 필요로한다. 시험관 난자 성숙 기법 급속 기능 조작을 허용 구조 산모 효과 돌연변이 phenocopy뿐만 아니라 초기 배아에서 RNA와 단백질의 발현을 포함한 발현 모체의 유전자의 기능을 연구한다.The authors have nothing to disclose.
우리는이 프로젝트를 촉진하는 수단이 있었다 Pelegri 연구소와 생선 시설 관리 직원의 회원들에게 감사의 말씀을 전합니다. 이 프로젝트에 대한 지원은 FP에 NIH R56 GM065303 및 ELW에 대한 NIH 2 T32 GM007133, NIH CCE 5 F31 GM108449-02 및 NIH 2 T32 GM007133 및 NIH RO1 GM065303에 의해 제공되었다
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 |