Summary

Хроматин распространение препаратов для анализа прогрессирования ооцитов мыши от профаза до метафазы II

Published: February 26, 2018
doi:

Summary

Женских млекопитающих как известно ошибкам, особенно благодаря missegregation хромосомы. Эта рукопись описывает методы подготовки хроматина распространения для мыши профаза, метафазы I и II-поставил ооцитов. Эти основные методы позволяют для изучения хроматина прыгните белков и морфология хромосомы во всем млекопитающих женских.

Abstract

Хроматин распространение методы были широко используется для оценки Динамическая локализация различных белков во время гаметогенеза, особенно для сперматогенеза. Эти методы позволяют для визуализации белков и ДНК локализации шаблонов во время meiotic событий, таких как гомологичные хромосомы сопряжения, ремонт синапса и ДНК. Хотя несколько протоколов были описаны в литературе, общие хроматина распространения методов с использованием яйцеклетки млекопитающих профаза являются ограниченными и сложной ввиду сроков возбуждения мейоза в плода яичников. В сравнении профаза сперматоцитах могут быть собраны из несовершеннолетних самцов мышей с более высокой урожайности без необходимости microdissection. Однако трудно получить чистый синхронизированные популяция клеток на определенных этапах вследствие неоднородности населения meiotic и пост meiotic зародышевых клеток семенников несовершеннолетних и взрослых. Для более поздних стадиях мейоза это выгодно для оценки ооцитов, претерпевает мейоз I (MI) или мейоз II (МИИ), потому что группы зрелых яйцеклеток могут быть собраны из взрослых самок мышей и стимулировали возобновить мейоза в культуре. Здесь методы подготовки meiotic хроматина распространения, с помощью ооциты расчлененный от плода, новорожденных и взрослых яичников описаны с сопровождающим видео демонстрации. Хромосоме млекопитающих ооцитов missegregation события являются частыми, особенно во время ми. Эти методы могут использоваться для оценить и охарактеризовать последствия различных мутаций или экологического воздействия различных этапах женских. Как существуют явные различия между женских и сперматогенез, методы, описанные в рамках имеют неоценимое значение для увеличения нашего понимания млекопитающих женских и сексуально диморфных особенности динамики хромосомы и белков во время мейоза .

Introduction

В ходе сперматогенеза большие полусинхронные волны meiotic зародышевые клетки быстро и непрерывно пополняется в яички в начале полового созревания и во взрослой жизни1. В отличие от мужчин мейоза у самок инициируется исключительно во время внутриутробного развития. После рождения, ооциты остаются арестованных в длительной dictyate стадии профазе I с нетронутыми Жерминаль везикул (GV; ядерная оболочка) до полового созревания. В начале полового созревания подмножество яйцеклетки циклически выбираются пройти роста и созревания, маркировка начало meiotic возобновления. Meiotic возобновления в взрослой ооциты проявляется исчезновение GV в процессе, известном как Жерминаль везикул разбивка (GVBD). Яйцеклетка затем подвергается конденсация хромосом и сегрегации, следуют экструзии полярного тельца. Ооциты стать арестован по прогрессии к MII и стимулируются завершить второй и последний meiotic отделе только после оплодотворения.

Женскую плодовитость сильно зависит от успеха meiotic профаза я прогрессии. Ключом к этому является формирование физической связи между гомологичных хромосом, известны как chiasmata, которые при посредничестве ремонт индуцированных разрывы двойной нити ДНК (DSBs) через кроссовер рекомбинации2. Этот процесс происходит в контексте динамических богатых белком эшафот, известный как синаптонемного комплекса (SC), который формирует между гомологичных хромосом для облегчения их Синапсис3. СК является молния как трехсторонняя структура состоит из двух параллельных боковых элементов, соединены центрального региона белки, содержащий гомолог вместе на протяжении текущей репарации ДНК. До синапса прекурсоров боковых элементов, называемых осевой элементами, образуют между сестра chromatids. Белков синаптонемного комплекса таких как SYCP2 и SYCP3 образуют осевой элементы, которые colocalize сестра хроматиды сплоченности осям во время ранних профаза. Позже в качестве привязки сайтов для поперечной нити белка, SYCP1, которая облегчает центральным элементом Ассамблеи и синапса между унифицированных гомолог4. В ооцитов мыши полный Синапсис обозначается присутствие 20 полностью что перекрывающиеся участки SYCP3 и SYCP1, которые могут быть визуализированы с помощью хроматина распространение препаратов. Синапсис завершена после вступления в pachytene substage, whereby Зрелые кроссоверы, которые предназначены для chiasmata формы между гомолог украшены димеры mutL гомолога (MLH1/3) для содействия их точная обработка5,6 , 7. структурные поддержание хромосом (SMC) комплексов, включая Когезин, condensin и комплекс, СМТ5/6 имеют важное значение для регулирования хромосома динамики и структуры всей мейоз8,9, 10,,1112. В совокупности эти события обеспечить надлежащего би направленности гомологичных хромосом против поляков шпинделя после разборки SC.

Meiotic клеточный цикл представляет собой мощный модель для изучения роли различных белков в геном обслуживания благодаря запрограммированных индукции и последующего ремонта DSBs ДНК. Кроме того у млекопитающих мейоз является также соответствующую модель для изучения импринтинг13и эпигеномные изменения. Однако технически трудно оценить эти события во время женского мейоз, который проходит в яичниках плода и новорожденного в млекопитающих (рис. 1). Я можно разделить на 5 подэтажи профаза: leptonema, zygonema, pachynema, diplonema и dictyate. Здесь мы опишем, как изолировать и различие между плода и новорожденного яичников и яичек (рис. 2). Адаптировано из описанных ранее методов, этот манускрипт также излагаются с видео демонстрации для подготовки женщин meiotic профаза протокол (шаг 1) я хроматина распространяется14,,1516,17 . В сочетании с immunolabelling, как описано в шагах 6-7, этот протокол позволяет подробный анализ микроскопических профаза я события в ооцитов.

Женских ошибок – хромосомы missegregation события во время первого дивизиона meiotic представляют собой наиболее распространенным источником генетических заболеваний в потомстве18,19. В этой рукописи (протокол шаг 2) мы описываем протокол, в котором зрелых яйцеклеток, GV-поставил извлекаются из загрунтовать яичников взрослых самок мышей. При благоприятных условиях взрослой ооциты проходят лютеинизирующего гормона независимые возобновление после изоляции и культуры20мейоз. После возобновления meiotic ооциты прогресс через мейоз я, а затем арестовать на метафазы II. Ооциты остаются арестованных в метафазы II, если оплодотворенной. В шагах 2-5 мы адаптируем сообщалось ранее протоколов с видео демонстрации для описания как собирать, культуры и подготовиться хроматина распространения подготовку21ми и MII ооцитов. Этот хроматина, распространение техника позволяет ясно immunolabelling белков, связанные с хромосомами. Кроме того, этот протокол может также использоваться для различения двухвалентные и однолистных хромосом и далее может решить один сестра chromatids для облегчения оценки плоидности ооцитов. Таким образом Помимо выявления локализации шаблонов meiotic белков, этот протокол может также служить бесценным инструментом для выяснения возможных причин возникновения missegregation хромосомы во время ми и MII.

Protocol

Все методы, описанные здесь были одобрены институциональный уход животных и использование Комитет (IACUC) из университета Джона Хопкинса. Были проведены эксперименты на мышах одичал тип C57BL/6J. 1. уборка урожая плода или новорожденного яичников и подготовка профаза Chromatin спре?…

Representative Results

Мы описали два методы визуализации и оценки meiotic хромосом яйцеклетки. Первый метод закреплено к оценке профаза прогрессии в яичниках эмбрионов и новорожденных. Профаза хроматина распространение препараты являются невероятно ценным для визуализации многочисленные д…

Discussion

Хроматина распространение препаратов позволяют исследователям хронологически изучения женского млекопитающих мейоз и динамическая локализация белков, участвующих. Эмбрионов и новорожденных хроматина спреды позволяют тщательный анализ событий в течение meiotic профаза. Метафазы I и ме…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана NIGMS (R01GM11755) для P.W.J и обучения Грант стипендий от Института национального рака (НИЗ) (CA009110) Г.Х. и. г.

Materials

10X Phosphate buffered saline (PBS) pH 7.4 Quality Biological 119-069-161
60 mm x 15 mm petri dishes Denville T1106
35mm x 12mm petri dishes Denville T1103
Fine forceps VWR 300-050
Micro dissection scissors Ted Pella 1340
Dissecting scissors, sharp tip, 41/2" VWR 82027-578
Watch glass square 1 5/8 Carolina Biological Supply Company 742300 Autoclave before each use
Sucrose Sigma S8501
Trisodium Citrate Dihydrate Sigma S1804
EDTA Sigma E6758
Trizma Base Sigma T1503
1,4-Dithiothreitol (DTT) Sigma 646563 Add to hypotonic buffer immediately before use
50x Protease Inhibitor Roche 11873580001 Add to hypotonic buffer immediately before use
Turberculin syringe with needle (1cc, 27 G x 1/2 in) Becton, Dickinson (BD) 309623
Gold seal ultra frost glass slides (25X75mm, 1mm thick) Thermo 3063-002
Super PAP pen, large (liquid blocker) Electron Microscopy Sciences (EMS) 71310
16% Paraformaldehyde aqueous Electron Microscopy Sciences (EMS) 15710
Triton X-100 Sigma T8787 Detergent in manuscript
Immuno stain moisture chamber Evergreen 240-9020-Z10
Coplin jars Fisher 08-815
Photo-flo 200 Electron Microscopy Sciences (EMS) 74257 Wetting agent in manuscript
Pregnant mare serum gonadotropin (PMSG) Sigma G4877 Store aliquots at -20C
Human chorionic gonadotropin (HCG) Sigma C0434 Store aliquots at -20C
PYREX Spot Plates with nine concave cavities Fisher 13-748B Autoclave before each use
Glass capillary Fisher 22260943 For making oocyte collection needles
Brand Parafilm M Sigma BR701501 For making oocyte collection needles
Latex rubber tubing (3.2 mm inner diameter x 6.4 mm outer diameter) Fisher 14-178-5B For making oocyte collection needles
Latex rubber tubing (6.4 mm inner diameter x 11.1 mm outer diameter) Fisher 14-178-5D For making oocyte collection needles
Flexible silicone rubber nosepiece, hard plastic mouthpiece and 15 inches of latex tubing Sigma A5177-5EA For making oocyte collection needles
Mitutoyo micrometer head Mituoyo 150-208 For making oocyte collection needles
Syringe 5 mL BD Biosciences 309646 For making oocyte collection needles
Syringe filter 0.45 μm filter Corning 431220 For making oocyte collection needles
Glass Pasteur Pipette 5 3/4" Fisher 13-678-6A For making oocyte collection needles
83 x 0.5 mm pipette tip Denville P3080 For making oocyte collection needles
α-MEM Invitrogen 11415049
Waymouth's media Life Technologies 11220035
Fetal bovine serum Fisher A3160602
Bovine serum albumin (BSA) Sigma A3311 For oocyte culture media
500ml filter units 0.22um Denville F5227
Hyaluronidase Sigma H3506
Tyrode’s solution Sigma T1788 Store aliquots at -20C
Horse serum Sigma H-1270 For ADB/wash buffer
Bovine serum albumin (BSA) Sigma A1470 For ADB/wash buffer
VECTASHIELD antifade mounting medium with DAPI Vector Labs H-1200
Microscope cover slides (22mmx60mm) Fisher 12-544-G
Clear nail polish Amazon N/A
Name Company Catalog Number Comments
Microscopes
SteREO Discovery.V8 Zeiss 495015-0001-000
Observer Z1 Zeiss
Name Company Catalog Number Comments
Primary Antibodies
Mouse anti-MLH1 Life Technologies MA5-15431 Dilution factor- 1:100
Rabbit anti-SYCP1 Life Technologies PA1-16763 Dilution factor- 1:1000
Goat anti-SCP3 Santa Cruz sc-20845 Dilution factor- 1:50
Human anti-centromere protein Antibodies Incorporated 15-235 Dilution factor- 1:100
Rabbit anti- TOPOII Abcam ab109524 Dilution factor- 1:100
Mouse anti-Histone H4 (di methyl K20, tri methyl K20) Abcam ab78517 Dilution factor- 1:500
Rabbit anti-Rec8 Courtesy of Dr. Karen Schindler N/A Dilution factor- 1:10,000
Name Company Catalog Number Comments
Secondary Antibodies
Donkey anti-goat IgG (H+L) Alexa Fluor 568 conjugate Thermo-Fisher Scientific A-11057 Dilution factor- 1:500
Donkey anti-mouse IgG (H+L) Alexa Fluor 488 conjugate Thermo-Fisher Scientific A-21202 Dilution factor- 1:500
Donkey anti-rabbit IgG (H+L) Alexa Fluor 647 conjugate Thermo-Fisher Scientific A-31573 Dilution factor- 1:500
Goat anti-mouse IgG (H+L) Alexa Fluor 568 conjugate Thermo-Fisher Scientific A-11004 Dilution factor- 1:500
Goat anti-Human IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 Thermo-Fisher Scientific A-11013 Dilution factor- 1:500
Goat anti-rabbit IgG (H+L) Alexa Fluor 568 conjugate Thermo-Fisher Scientific A-11011 Dilution factor- 1:500

Referências

  1. Morelli, M. A., Cohen, P. E. Not all germ cells are created equal: aspects of sexual dimorphism in mammalian meiosis. Reproduction. 130 (6), 761-781 (2005).
  2. Keeney, S. Spo11 and the Formation of DNA Double-Strand Breaks in Meiosis. Genome Dyn Stab. 2, 81-123 (2008).
  3. Zickler, D., Kleckner, N. Recombination, Pairing, and Synapsis of Homologs during Meiosis. Cold Spring Harb Perspect Biol. 7 (6), (2015).
  4. Vries, F. A., et al. Mouse Sycp1 functions in synaptonemal complex assembly, meiotic recombination, and XY body formation. Genes Dev. 19 (11), 1376-1389 (2005).
  5. Baker, S. M., et al. Involvement of mouse Mlh1 in DNA mismatch repair and meiotic crossing over. Nat Genet. 13 (3), 336-342 (1996).
  6. Lipkin, S. M., et al. Meiotic arrest and aneuploidy in MLH3-deficient mice. Nat Genet. 31 (4), 385-390 (2002).
  7. Kolas, N. K., et al. Localization of MMR proteins on meiotic chromosomes in mice indicates distinct functions during prophase I. J Cell Biol. 171 (3), 447-458 (2005).
  8. Rankin, S. Complex elaboration: making sense of meiotic cohesin dynamics. FEBS Journal. 282 (13), 2426-2443 (2015).
  9. Lee, J. Roles of Cohesin and Condensin in Chromosome Dynamics During Mammalian Meiosis. J. Reprod Dev. 59 (5), 431-436 (2013).
  10. Verver, D. E., Hwang, G. H., Jordan, P. W., Hamer, G. Resolving complex chromosome structures during meiosis: versatile deployment of Smc5/6. Chromosoma. 125 (1), 15-27 (2016).
  11. Hopkins, J., et al. Meiosis-specific cohesin component, Stag3 is essential for maintaining centromere chromatid cohesion, and required for DNA repair and synapsis between homologous chromosomes. PLoS Genet. 10 (7), e1004413 (2014).
  12. Hwang, G., et al. SMC5/6 is required for the formation of segregation-competent bivalent chromosomes during meiosis I in mouse oocytes. Development. 144 (9), 1648-1660 (2017).
  13. Kota, S. K., Feil, R. Epigenetic transitions in germ cell development and meiosis. Dev Cell. 19 (5), 675-686 (2010).
  14. Taketo, T. Microspread ovarian cell preparations for the analysis of meiotic prophase progression in oocytes with improved recovery by cytospin centrifugation. Methods Mol Biol. 825 (1), 173-181 (2012).
  15. Sun, X., Cohen, P. E. Studying recombination in mouse oocytes. Methods Mol Biol. 957 (1), 1-18 (2013).
  16. Kim, J. H., Ishiguro, K., Kudo, N., Watanabe, Y. Studying meiosis-specific cohesins in mouse embryonic oocytes. Methods Mol Biol. 957 (1), 47-57 (2013).
  17. Susiarjo, M., Rubio, C., Hunt, P. Analyzing mammalian female meiosis. Methods Mol Biol. 558, 339-354 (2009).
  18. Hassold, T., Hunt, P. To err (meiotically) is human: the genesis of human aneuploidy. Nat Rev Genet. 2 (4), 280-291 (2001).
  19. Hassold, T., Hall, H., Hunt, P. The origin of human aneuploidy: where we have been, where we are going. Hum Mol Genet. 16, R203-R208 (2007).
  20. Pincus, G., Enzmann, E. V. The Comparative Behavior of Mammalian Eggs In vivo and In vitro: I. The Activation of Ovarian Eggs. J Exp Med. 62 (5), 665-675 (1935).
  21. Chambon, J. P., Hached, K., Wassmann, K. Chromosome spreads with centromere staining in mouse oocytes. Methods Mol Biol. 957 (1), 203-212 (2013).
  22. Stein, P., Schindler, K. Mouse oocyte microinjection, maturation and ploidy assessment. J Vis Exp. (53), (2011).
check_url/pt/56736?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Hwang, G. H., Hopkins, J. L., Jordan, P. W. Chromatin Spread Preparations for the Analysis of Mouse Oocyte Progression from Prophase to Metaphase II. J. Vis. Exp. (132), e56736, doi:10.3791/56736 (2018).

View Video