Summary

En Hyperandrogenic mus modell å studere polycystisk ovariesyndrom

Published: October 02, 2018
doi:

Summary

Vi beskrive utviklingen av en mager PCOS-lignende musemodell med dihydrotestosteron pellet å studere i Patofysiologien ved PCOS og avkom fra disse PCOS-lignende dammer.

Abstract

Hyperandrogenemia spiller en avgjørende rolle i reproduktiv og metabolske funksjon hos kvinner og er kjennetegnet av polycystisk eggstokk-syndrom. Utvikle en mager PCOS-lignende musemodell som etterligner kvinner med PCOS er klinisk meningsfull. I denne protokollen beskriver vi slik modell. Ved å sette inn en 4 mm lengde av DHT (dihydrotestosteron) krystall pulver pellet (totale lengden av pellets er 8 mm), og erstatte den månedlig, er vi i stand til å produsere en PCOS-lignende musemodell med serum DHT nivåer 2 ganger høyere enn mus ikke implantert med DHT (no-DHT). Vi observerte reproduktive og metabolske dysfunksjon uten å endre kroppsvekt og kroppssammensetning. Mens viser en høy grad av ufruktbarhet, en undergruppe av disse PCOS-lignende kvinnelige mus kan bli gravid og deres avkom Vis forsinket puberteten og økt testosteron som voksne. Denne PCOS-lignende mager musemodell er en nyttig verktøyet å studere i Patofysiologien ved PCOS og avkom fra disse PCOS-lignende dammer.

Introduction

Hyperandrogenism er kjennetegnet av polycystisk ovariesyndrom (PCOS) i henhold til NIH kriterier og av Androgen overflødig og PCOS (AE-PCOS) samfunnet. Kvinner med PCOS har problemer med å bli gravid og har økt risiko for graviditet komplikasjoner1. Selv om de bli gravid, har deres kvinnelige avkom en uønskede helse utfall2,3. Dyr modeller er utviklet ved hjelp av ulike strategier4,5,6,7,8,9,10,11 , 12 og viser mange funksjoner i PCOS (anovulasjon og eller svekket glukose og insulin toleranse) med økt kroppsvekt og fedme forbundet med forstørret adipocyte og økt adipocyte. Det er to viktige strategier for å produsere dyr modeller som brukes til å studere PCOS. En er behandling med høye nivåer av androgener direkte (eksogene androgen injeksjon/innsetting) eller indirekte (som blokkerer androgen konvertering til østrogen med aromatase hemmere) etter fødselen13. En annen er av fetal hyperexposure av androgener under svangerskapet14,15 å studere avkom. For eksempel utvikle kvinnelige avkom fra rhesus monkey16,17, sauer18og gnagere utsatt for mannlige nivåer av androgen under intrauterine perioden PCOS-lignende egenskaper senere i livet. Disse modellene betydelig forbedret vår forståelse av opphøyet androgen effekter, og fosterets programmering og livmor miljømessige effekter. Men disse modellene har sine egne begrensninger: 1) dyr utvikle fedme og det er derfor vanskelig å skille effekten av hyperandrogenemia fra fedme indusert reproduktiv og metabolske dysfunksjon; 2) før svangerskapet, kvinner med PCOS viser allerede høye nivåer av androgen, dermed oocytes har vært utsatt for androgen overflødig før befruktning; 3) den farmakologiske doser av testosteron (T) eller dihydrotestosteron (DHT) etter fødsel eller under svangerskapet kan ikke gjenspeile androgen miljøet av PCOS. Testosteron og DHT nivåer har vært målt i eggstokkreft follikulær væske og/eller serum og testosteron og DHT nivåer er 1.5 til 3,9 ganger høyere hos kvinner med PCOS5,19,20,21 ,22,23 sammenlignet med upåvirket kvinner. Vi laget en voksen mus modell23,24,25 som utvikler reproduktive og metabolske dysfunksjon innen to uker etter initiering av kronisk DHT eksponering fra innsetting av pellets med 4 mm lengde Crystal DHT pulver (totale lengden av pellets er 8mm). Denne modellen gir serum DHT nivåer som om 2-fold høyere (referert til som 2xDHT) enn kontroll mus uten DHT behandling. 2xDHT mus ikke vise endringer av basale serum østradiol, testosteron, LH og gjøre ikke utvikle fedme og Vis lignende ovarian vekt, serum nivåer av kolesterol, frie fettsyrer, leptin, TNFα og IL-623,24, 25 forhold til kontroller med opp til 3,5 måneder etter DHT innsetting23,24,25. I tillegg av mating kvinner som allerede har utviklet funksjonene i PCOS, kan vi studere virkningen av hyperandrogenic mors miljø på metabolske og reproduktive helsen av avkom15.

Denne nye paradigmet (relevant for NIH og AE-PCOS samfunn) modeller sykdommen ved å produsere relativt samme nivå androgener de kvinner med PCOS 2 – til 3 ganger høyere testosteron eller DHT nivåer sammenlignet med upåvirket kvinner. Men er denne modellen vedlikeholdt av kontinuerlig eksogene DHT og ikke fra programmert endogene hyperandrogenism når DHT trekkes. Det overordnede målet med denne artikkelen er å fokusere på 1) Hvordan lage DHT pellet; 2) hvordan å generere en lean-PCOS som musemodell; 3) strategier for å evaluere kvinnelige avkom fra disse dammer. Andre målinger og vurdering av fenotyper nevnes ikke i dette manuskriptet, men finnes i5,,15,,23,,24,,25,,26.

Protocol

Her presenterer vi detaljerte protokoller for DHT pellet forberedelse og innsetting og reproduktiv og metabolske testing. Musene som brukes i denne studien var en blandet bakgrunn (C57/B6, CD1, 129Sv) og ble opprettholdt med mat og vann annonse libitum i en 14/10 h lys/mørke syklus på 24 ° C i Broadway forskning bygningen dyr anlegget ved Johns Hopkins University School of Medisin. Alle prosedyrer ble godkjent av Johns Hopkins University Animal Care og bruk komiteen. 1. Opprett PCOS-…

Representative Results

Serum DHT nivåer og glukose toleranse test DHT nivåer ble målt fra samlet serum ved begge ELISA og LC-MS etter protokollen 1.24-1.25, og 2.9, 3.0. DHT absoluttverdier er forskjellige mellom massespektrometri og ELISA, men relative fold (rundt 2-fold) av DHT vs ikke-DHT innsetting ligner fra begge analyser og over eksperimenter15,23,24 (…

Discussion

Hyperandrogenism er et viktig trekk ved PCOS. De serum DHT nivåene (to fold høyere i DHT mus enn i no-DHT mus) brukes i denne protokollen er lavere enn de som rapporteres av andre etterforskere i tidligere studier og er kalibrert for å etterligne proporsjonalt kvinner med PCOS5,19, 20,21. I motsetning til andre modeller endrer ikke denne 2-fold DHT modellen kroppsvekt og hele kroppssammense…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbeidet ble støttet av National Institutes of Health (tilskudd R00-HD068130 til S.W.) og Baltimore Diabetes Research Center: piloter og gjennomførbarhet Grant (til S.W.).

Materials

Crystalline 5α-DHT powder   Sigma-Aldrich A8380-1G
Dow Corning Silastic tubing Fisher Scientific 11-189-15D 0.04in/1mm inner diameter x0.085in/2.15mm outer diameter
Medical adhesive silicone  Factor II, InC.  A-100
Goggles, lab coats, gloves and masks.
 10 µL pipette tips without filter USA Scientific 11113700
Microscope slide for smear Fisher Scientific 12-550-003
Diff Quik for staining cells Fisher Scientific NC9979740
  Lancet Fisher Scientific NC9416572
3 mL Syring  Becton, Dickinson and Company (BD), 30985
 attached needle: 20G BD 305176
 Ruler: any length than 10cm with milimeter scale. 
Xylazine  Vet one AnnSeA LA, MWI, Boise NDC13985-704-10 100mg/ml
Ketamine Hydrochloride Hospira, Inc NDC 0409-2051-05 100mg/ml
 Surgical staple  AutoClip® System, Fine Science Tool 12020-00
 Insulin syringe BD 329461 1/2 CC, low dose U-100 insulin syringe
 Trochar  Innovative Research of America MP-182
Microscope Carl Zeiss Primo Star 415500-0010-001 Germany
Ear punch Fisher Scientific 13-812-201
Testosterone rat/mouse ELISA kit IBL B79174
DHT ELISA kit Alpha Diagnostic International 1940
One touch ultra glucometer Life Scan, Inc.
One touch ultra test stripes Life Scan, Inc.
Eppendorf tube Fisher Scientific 05-402-18
Razor blade Fisher Scientific 12-640
Clidox Fisher Scientific NC0089321
surgical underpad Fisher Scientific 50587953 Supplier Diversity Partner
Manufacturer:  Andwin Scientific 56616018
Betadine Antiseptic Solution Walgreens
3M Vetbond (n-butyl cyanoacrylate) 3M Science. Applied to Life
Animal tattoo ink paste Ketchum manufacturing Inc. Brockville, Ontario, Canada
Scale Ohaus Corporation  HH120D Pine Brook, NJ
Electronic digital caliper NEIKO Tools USA 01407A available from Amazon

References

  1. Palomba, S., de Wilde, M. A., Falbo, A., Koster, M. P., La Sala, G. B., Fauser, B. C. Pregnancy complications in women with polycystic ovary syndrome. Hum. Reprod. Update. 21 (5), 575-592 (2015).
  2. Doherty, D. A., Newnham, J. P., Bower, C., Hart, R. Implications of polycystic ovary syndrome for pregnancy and for the health of offspring. Obstet. Gynecol. 125 (6), 1397-1406 (2015).
  3. de Wilde, M. A., et al. Cardiovascular and Metabolic Health of 74 Children From Women Previously Diagnosed With Polycystic Ovary Syndrome in Comparison With a Population-Based Reference Cohort. Reprod. Sci. , (2018).
  4. Caldwell, A. S., et al. Characterization of reproductive, metabolic, and endocrine features of polycystic ovary syndrome in female hyperandrogenic mouse models. Endocrinology. 155 (8), 3146-3159 (2014).
  5. van Houten, E. L., Kramer, P., McLuskey, A., Karels, B., Themmen, A. P., Visser, J. A. Reproductive and metabolic phenotype of a mouse model of PCOS. Endocrinology. 153 (6), 2861-2869 (2012).
  6. Cardoso, R. C., Puttabyatappa, M., Padmanabhan, V. Steroidogenic versus Metabolic Programming of Reproductive Neuroendocrine, Ovarian and Metabolic Dysfunctions. Neuroendocrinology. 102 (3), 226-237 (2015).
  7. Dumesic, D. A., Abbott, D. H., Padmanabhan, V. Polycystic ovary syndrome and its developmental origins. Rev. Endocr. Metab Disord. 8 (2), 127-141 (2007).
  8. Kauffman, A. S., et al. A Novel Letrozole Model Recapitulates Both the Reproductive and Metabolic Phenotypes of Polycystic Ovary Syndrome in Female Mice. Biol Reprod. 93 (3), 69 (2015).
  9. Kelley, S. T., Skarra, D. V., Rivera, A. J., Thackray, V. G. The Gut Microbiome Is Altered in a Letrozole-Induced Mouse Model of Polycystic Ovary Syndrome. PLoS One. 11 (1), e0146509 (2016).
  10. Kafali, H., Iriadam, M., Ozardali, I., Demir, N. Letrozole-induced polycystic ovaries in the rat: a new model for cystic ovarian disease. Arch. Med. Res. 35 (2), 103-108 (2004).
  11. Maliqueo, M., Benrick, A., Stener-Victorin, E. Rodent models of polycystic ovary syndrome: phenotypic presentation, pathophysiology, and the effects of different interventions. Semin. Reprod. Med. 32 (3), 183-193 (2014).
  12. Yanes, L. L., et al. Cardiovascular-renal and metabolic characterization of a rat model of polycystic ovary syndrome. Gend. Med. 8 (2), 103-115 (2011).
  13. Kauffman, A. S., et al. A Novel Letrozole Model Recapitulates Both the Reproductive and Metabolic Phenotypes of Polycystic Ovary Syndrome in Female Mice. Biol. Reprod. 93 (3), 69 (2015).
  14. Filippou, P., Homburg, R. Is foetal hyperexposure to androgens a cause of PCOS?. Hum. Reprod. Update. 23 (4), 421-432 (2017).
  15. Wang, Z., Shen, M., Xue, P., DiVall, S. A., Segars, J., Wu, S. Female Offspring From Chronic Hyperandrogenemic Dams Exhibit Delayed Puberty and Impaired Ovarian Reserve. Endocrinology. 159 (2), 1242-1252 (2018).
  16. Abbott, D. H., Barnett, D. K., Bruns, C. M., Dumesic, D. A. Androgen excess fetal programming of female reproduction: a developmental aetiology for polycystic ovary syndrome?. Hum. Reprod. Update. 11 (4), 357-374 (2005).
  17. Abbott, D. H., Dumesic, D. A., Franks, S. Developmental origin of polycystic ovary syndrome – a hypothesis. J. Endocrinol. 174 (1), 1-5 (2002).
  18. Padmanabhan, V., Veiga-Lopez, A. Sheep models of polycystic ovary syndrome phenotype. Mol. Cell. Endocrinology. 373 (1-2), 8-20 (2013).
  19. Pierre, A., et al. Dysregulation of the Anti-Mullerian Hormone System by Steroids in Women With Polycystic Ovary Syndrome. J. Clin. Endocrinol. Metab. 102 (11), (2017).
  20. Dumesic, D. A., et al. Hyperandrogenism Accompanies Increased Intra-Abdominal Fat Storage in Normal Weight Polycystic Ovary Syndrome Women. J. Clin. Endocrinol. Metab. 101 (11), 4178-4188 (2016).
  21. Fassnacht, M., Schlenz, N., Schneider, S. B., Wudy, S. A., Allolio, B., Arlt, W. Beyond adrenal and ovarian androgen generation: Increased peripheral 5 alpha-reductase activity in women with polycystic ovary syndrome. J. Clin. Endocrinol. Metab. 88 (6), 2760-2766 (2003).
  22. Dikensoy, E., Balat, O., Pence, S., Akcali, C., Cicek, H. The risk of hepatotoxicity during long-term and low-dose flutamide treatment in hirsutism. Arch. Gynecol. Obstet. 279 (3), 321-327 (2009).
  23. Ma, Y., et al. Androgen Receptor in the Ovary Theca Cells Plays a Critical Role in Androgen-Induced Reproductive Dysfunction. Endocrinology. , en20161608 (2016).
  24. Andrisse, S., et al. Low Dose Dihydrotestosterone Drives Metabolic Dysfunction via Cytosolic and Nuclear Hepatic Androgen Receptor Mechanisms. Endocrinology. , en20161553 (2016).
  25. Andrisse, S., Billings, K., Xue, P., Wu, S. Insulin signaling displayed a differential tissue-specific response to low-dose dihydrotestosterone in female mice. Am. J. Physiol.Endocrinol. Metab. 314 (4), E353-E365 (2018).
  26. van Houten, E. L., Visser, J. A. Mouse models to study polycystic ovary syndrome: a possible link between metabolism and ovarian function?. Reprod. Biol. 14 (1), 32-43 (2014).
  27. Caligioni, C. S. Assessing reproductive status/stages in mice. Curr. Protoc. Neurosci. , (2009).
  28. Wu, S., et al. Conditional knockout of the androgen receptor in gonadotropes reveals crucial roles for androgen in gonadotropin synthesis and surge in female mice. Mol. Endocrinol. 28 (10), 1670-1681 (2014).
  29. Nelson, J. F., Felicio, L. S., Randall, P. K., Sims, C., Finch, C. E. A longitudinal study of estrous cyclicity in aging C57BL/6J mice: I. Cycle frequency, length and vaginal cytology. Biol. Reprod. 27 (2), 327-339 (1982).
  30. Dinger, K., et al. Intraperitoneal Glucose Tolerance Test, Measurement of Lung Function, and Fixation of the Lung to Study the Impact of Obesity and Impaired Metabolism on Pulmonary Outcomes. Journal of Visualized Experiments. (133), (2018).
  31. Nilsson, M. E., et al. Measurement of a Comprehensive Sex Steroid Profile in Rodent Serum by High-Sensitive Gas Chromatography-Tandem Mass Spectrometry. Endocrinology. 156 (7), (2015).
  32. McNamara, K. M., Harwood, D. T., Simanainen, U., Walters, K. A., Jimenez, M., Handelsman, D. J. Measurement of sex steroids in murine blood and reproductive tissues by liquid chromatography-tandem mass spectrometry. J. Steroid Biochem. Mol. Biol. 121 (3-5), 611-618 (2010).
  33. Klein, S. L., Bird, B. H., Glass, G. E. Sex differences in Seoul virus infection are not related to adult sex steroid concentrations in Norway rats. J. Virol. 74 (17), 8213-8217 (2000).
  34. Siracusa, M. C., Overstreet, M. G., Housseau, F., Scott, A. L., Klein, S. L. 17beta-estradiol alters the activity of conventional and IFN-producing killer dendritic cells. J. Immunol. 180 (3), 1423-1431 (2008).

Play Video

Cite This Article
Xue, P., Wang, Z., Fu, X., Wang, J., Punchhi, G., Wolfe, A., Wu, S. A Hyperandrogenic Mouse Model to Study Polycystic Ovary Syndrome. J. Vis. Exp. (140), e58379, doi:10.3791/58379 (2018).

View Video