Summary

从前期到中期二期小鼠卵母细胞进展的染色质传播制剂分析

Published: February 26, 2018
doi:

Summary

哺乳动物中的卵子发生过程已知易出错, 特别是由于染色体 missegregation。本手稿描述了小鼠前期、中期 I 和 II. 期卵母细胞的染色质传播制备方法。这些基本技术允许研究整个哺乳动物卵子发生过程的染色质束缚蛋白和染色体形态学。

Abstract

染色质传播技术被广泛用于评估配子期间各种蛋白质的动态定位, 尤其是精子发生。这些技术允许在减数分裂事件中, 如同源染色体配对, 联会和 dna 修复的蛋白质和 dna 定位模式的可视化。虽然在文献中已经描述了一些协议, 但由于胚胎卵巢中减数分裂的时机成熟, 使用哺乳动物前期卵母细胞的一般染色质传播技术是有限的和困难的。比较而言, 前期精母细胞可以从具有较高产量的幼雄性小鼠身上收集, 而不需要进行显微解剖。然而, 由于幼睾丸减数分裂和减数分裂后生殖细胞的异质性, 在特定阶段很难获得纯同步的细胞群。在减数分裂的后期阶段, 对正在进行减数分裂 I (MI) 或减数分裂 II (产业部) 的卵母细胞进行评估是有利的, 因为成熟的卵母细胞可以从成年雌性小鼠身上收集, 并刺激恢复培养的减数分裂。在这里, 用伴随的视频演示, 描述了用胎儿、新生儿和成人卵巢解剖的卵母细胞进行减数分裂的染色质扩张制剂的方法。哺乳动物卵母细胞的染色体 missegregation 事件是频繁的, 特别是在 MI 期间。这些技术可以用来评估和描述不同的突变或环境暴露在卵子发生过程的不同阶段的影响。由于卵子发生过程和精子发生之间存在着明显的差异, 其中所描述的技术对于提高我们对哺乳动物卵子发生过程的认识和减数分裂过程中染色体和蛋白质动态的性二形特征是非常宝贵的。.

Introduction

在精子发生过程中, 在青春期开始和整个成年期的1中, 减数分裂生殖细胞的大的半同步波在睾丸中迅速和持续补充。与男性不同的是, 雌性的减数分裂只在胎儿发育期间开始。出生后, 卵母细胞在前期 I 期的长期 dictyate 阶段仍被逮捕, 并有完整的生发泡 (如: 核信封) 直到青春期。在青春期开始时, 卵母细胞的一个子集被周期性地选择来经历生长和成熟, 标志着减数分裂恢复的开始。完全生长的卵母细胞减数分裂的恢复表现为在一个称为生发泡破裂 (GVBD) 的过程中, 该方法的消失。卵母细胞随后进行染色体凝结和分离, 其次是极性体挤压。卵母细胞在进化到产业部后被逮捕, 并被刺激以完成受精后的第二和最后减数分裂。

女性生育力是高度依赖于减数分裂前期 I. 进展的成功。关键是形成一个物理联系之间的同源染色体称为交叉, 这是调解通过修复诱导 DNA 双链断裂 (DSBs) 通过交叉重组2。这个过程发生在一个动态富含蛋白质的脚手架的背景下, 称为联会复合体 (SC), 在同源染色体之间形成, 以促进它们的联会3。SC 是一种拉链状的三方结构, 由由中央区域蛋白质连接的两个平行的侧向元素组成, 在整个 DNA 修复过程中同系物在一起。在联会之前, 侧向元素的前体称为轴向元素, 在姐妹条染色单体之间形成。联会复杂的蛋白质, 如 SYCP2 和 SYCP3 形成轴向元素, colocalize 的姐妹-染色单体凝聚轴在早期前期。这些以后担当捆绑的站点为横向长丝蛋白质 SYCP1, 促进中央元素汇编和联会在被排列的同系物4之间。在小鼠卵母细胞中, 完整的联会是由20完全重叠的 SYCP3 和 SYCP1 伸展的存在所表明的, 它可以用染色质传播制剂进行可视化。联会是在进入粗线期 substage 后完成的, 由此, 注定要在同系物之间形成交叉的成熟分频者用 mutL 同源 (MLH1/3) 脂肪酸进行装饰, 以促进其精确处理5, 6, 7. 染色体 (SMC) 复合物的结构维护, 包括内聚力联合体、condensin 和 SMC5/6 复合体, 对于整个减数分裂过程中染色体动力学和结构的调控非常重要 8, 9, 10,11,12。总的来说, 这些事件确保了同源染色体在 SC 拆卸后与主轴两极的正确双向定位。

减数分裂细胞周期是一个强大的模型, 以检查不同的蛋白质在基因组维护的作用, 由于程序性诱导和后续修复 DNA DSBs。此外, 哺乳动物减数分裂也是研究表观遗传修饰和印迹13的相关模型。然而, 在技术上很难评估这些事件在女性减数分裂期间发生在胎儿和新生儿卵巢在哺乳动物 (图 1)。前期我可以分为 5 substages: leptonema, zygonema, pachynema, diplonema 和 dictyate。在这里, 我们描述如何隔离和区分胎儿和新生儿的卵巢和睾丸 (图 2)。根据以前描述的方法, 本手稿还概述了一个协议 (步骤 1) 与视频演示准备女性减数分裂前期 I 染色质传播14,15,16,17.当与 immunolabelling 结合, 如步骤6-7 所述, 本协议对卵母细胞前期 I 事件进行详细的显微分析。

卵子发生过程是易出错的, 染色体 missegregation 事件在第一次减数分裂分裂期间代表最常见的来源的遗传疾病的后裔18, 19.在这篇手稿 (协议步骤 2) 中, 我们描述了一个协议, 其中从成年雌性小鼠的引物卵巢提取成熟的自已的牙分期卵母细胞。在支持条件下, 完全生长的卵母细胞在分离和培养后接受促黄体激素-独立恢复减数分裂20。在减数分裂恢复后, 卵母细胞在第二中期被拘捕。卵母细胞在中期 II 中仍被逮捕, 除非受精的.在步骤2–5中, 我们将以前报告的协议与视频演示相适应, 以描述如何收集、培养和准备用于染色质传播准备的 MI 和产业部卵母细胞21。这种染色质传播技术允许明确 immunolabelling 与染色体相关的蛋白质。此外, 该协议还可以用来区分二价和单叶染色体, 并可以进一步解决单亲姐妹条染色单体, 以促进评估卵母细胞的倍性。因此, 除了揭示减数分裂蛋白的定位模式外, 该协议还可以作为一个宝贵的工具, 以阐明在 MI 和产业部的染色体 missegregation 的潜在原因。

Protocol

这里描述的所有方法都已得到约翰霍普金斯大学机构动物护理和使用委员会 (IACUC) 的批准。对野生型 C57BL/6J 小鼠进行了实验研究。 1. 采集胎儿或新生儿卵巢并制备前期染色质传播 提取胚胎在14.5–19.5 天后 coitum (dpc) 牺牲孕妇通过颈椎脱位或 CO2窒息根据 IACUC 的指导方针。注: 产后1–5卵巢跳至步骤1.3。图 1总结了在不同胚胎和产后时代?…

Representative Results

我们描述了两种方法来可视化和评估卵母细胞减数分裂染色体。第一种技术是评估胚胎和新生儿卵巢的前期进展。前期染色质传播制剂对于在减数分裂过程中可视化许多动态过程非常有价值, 包括染色体配对、联会和 desynapsis、同源重组和表观遗传染色体重塑。在这里, 我们已经证明了这种方法的效用, 以稳健的可视化和定量分析的交叉形成卵母细胞从 C57BL/6J 胚胎 (<strong cla…

Discussion

染色质传播制剂允许研究人员按时间顺序研究雌性哺乳动物的减数分裂和相关蛋白质的动态定位。胚胎和新生儿染色质的传播允许密切分析整个减数分裂前期的事件。中期 I 和中期 II. 染色质传播可用于区分单亲姐妹条染色单体和配对同源染色体, 以及评估倍性。相比之下, 这里描述的协议可以比整个卵母细胞 immunolabelling 更有利, 它经常产生高水平的背景信号, 从而降低了染色质绑定蛋白的分辨率?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

这项工作得到了研究院 (R01GM11755) 到 p.w. J 以及由国家癌症研究所 (CA009110) 向伦理和兰伯特提供的培训补助金奖学金的支持。

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

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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).

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