Summary

Preparações de espalhamento de cromatina para a análise da progressão de oócitos de camundongo da prófase para a metáfase II

Published: February 26, 2018
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Summary

Oogénese nos mamíferos é conhecido por ser propenso a erro, especialmente devido à missegregation do cromossomo. Este manuscrito descreve métodos de preparação de cromatina espalhado para prófase rato, metáfase I e II-encenado oócitos. Estas técnicas fundamentais permitem o estudo de proteínas da cromatina-limite e a morfologia do cromossomo durante a ovogênese mamífera.

Abstract

Técnicas de propagação de cromatina foram amplamente utilizadas para avaliar a localização dinâmica de várias proteínas durante a gametogênese, particularmente para a espermatogênese. Essas técnicas permitem para visualização dos padrões de localização de DNA e proteína durante eventos meióticos como cromossomos homólogos emparelhamento, synapsis e DNA de reparação. Enquanto alguns protocolos têm sido descritos na literatura, técnicas de propagação de cromatina geral usando oócitos mamíferos prófase são limitadas e difícil devido a hora de início da meiose em ovários fetais. Em comparação, espermatócitos prófase podem ser coletados de ratos machos juvenis com rendimentos mais elevados, sem a necessidade de microdissection. No entanto, é difícil obter uma população sincronizada pura de células em estágios específicos devido à heterogeneidade das populações meiótica e pós meiótica de células germinativas do testículo de jovens e adulto. Para fases posteriores da meiose, é vantajoso para avaliar oócitos passando por meiose I (MI) ou meiose II (MII), porque grupos de oócitos maduros podem ser colhidos em ratos fêmeas adultos e estimulados a retomar a meiose em cultura. Aqui, métodos para preparações de cromatina meiótica espalhar usando oócitos dissecado de fetal, neonatal e adultos ovários são descritos com demonstrações em vídeo de acompanhamento. Eventos de missegregation cromossomo em oócitos mamíferos são frequentes, particularmente durante MI. Estas técnicas podem ser usadas para avaliar e caracterizar os efeitos de mutações diferentes ou exposições ambientais durante várias fases da oogénese. Como existem diferenças distintas entre a ovogênese e espermatogênese, as técnicas descritas dentro são de valor inestimáveis para aumentar nossa compreensão da oogénese mamíferos e as características sexualmente dimórficas de cromossomo e proteína dinâmica durante a meiose .

Introduction

Durante a espermatogênese, grandes ondas semisíncronas de meiose células germinativas são uma reposta rápida e continuamente, no testículo no início da puberdade e ao longo da vida adulta1. Em contraste com os machos, meiose em fêmeas é iniciada somente durante o desenvolvimento fetal. Após o nascimento, oócitos permanecem presos em um estágio de Dictióteno prolongada da prófase I com uma intacta vesícula germinal (GV; envelope nuclear) até a puberdade. No início da puberdade, um subconjunto de ovócitos ciclicamente são selecionados para sofrer o crescimento e maturação, marcando o início da retomada meiótica. Meiótica retomada em oócitos já crescidos manifesta-se pelo desaparecimento do GV em um processo conhecido como vesícula germinal avaria (GVBD). O oócito então sofre condensação cromossomo e segregação, seguido por extrusão de corpo polar. Oócitos tornar-se preso em cima de progressão para MII e são estimulados para completar a segunda e última divisão meiótica somente após a fertilização.

Fertilidade feminina é altamente dependente do sucesso da prófase meiótica eu progressão. Chave para isso é a formação de uma ligação física entre cromossomos homólogos, conhecido como o chiasmata, que é mediada pela reparação de quebras da cadeia dupla induzidas DNA (DSBs) através de de recombinação de cruzamento2. Este processo ocorre dentro do contexto de um andaime ricos em proteínas dinâmico, conhecido como o complexo de synaptonemáticos (SC) que se forma entre os cromossomos homólogos para facilitar sua sinapse3. A SC é uma estrutura tripartida do zipper-como que consiste de dois elementos laterais paralelos conectados por proteínas da região central que detém homologs juntos ao longo de reparo de ADN em curso. Antes da sinapse, precursores dos elementos laterais, chamados de elementos de axiais, formam-se entre irmã cromátides irmãs. Synaptonemáticos complexo proteínas tais como SYCP2 e SYCP3 formam elementos axiais que colocalize para os eixos de coesão cromátide-irmã durante a prófase inicial. Estes mais tarde serve como ligação locais para a proteína de filamento transversal, SYCP1, o que facilita a montagem do elemento central e sinapse entre homologs alinhado4. Em oócitos de rato, synapsis completa é indicado pela presença de 20 completamente sobreposição de trechos de SYCP3 e SYCP1, que podem ser visualizados usando cromatina espalhar os preparativos. Sinapse é concluído com a entrada no subestágio paquíteno, segundo o qual os crossovers maduros que estão destinados a chiasmata forma entre homologs estão decorados com mutL dímeros de homólogo (MLH1/3) para promover sua transformação precisos5,6 , 7. a manutenção estrutural dos complexos de cromossomos (SMC), incluindo cohesin, nà e o SMC5/6 complexos, são importantes para a regulação da dinâmica do cromossomo e estrutura em toda a meiose8,9, 10,11,12. Coletivamente, esses eventos garantir bi-orientação correta dos cromossomos homólogos para opostas polos do eixo após a desmontagem do SC.

O ciclo celular meiótico é um poderoso modelo para examinar os papéis de várias proteínas na manutenção do genoma devido a indução programada e subsequente reparação de DNA DSBs. Além disso, a meiose mamíferos é também um modelo relevante para o estudo das alterações epigenéticas e imprinting genômico13. No entanto, é tecnicamente difícil de avaliar esses eventos durante a meiose feminina, que terá lugar nos ovários fetais e Neonatais em mamíferos (Figura 1). Prófase, que pode ser dividida em 5 substages: leptonema, zygonema, pachynema, diplonema e Dictióteno. Aqui, descrevemos como isolar e distinguir entre fetais e Neonatais ovários e testículos (Figura 2). Adaptado de métodos anteriormente descritos, este manuscrito também descreve um protocolo (etapa 1), com vídeo de demonstração para a preparação da prófase meiótica feminino eu cromatina espalha14,15,16,17 . Quando acoplado com encontrava, como descrito nos passos 6-7, este protocolo permite análise microscópica detalhada da prófase eu eventos em oócitos.

A ovogênese é propenso a erros e eventos de missegregation do cromossomo durante a primeira divisão meiótica representam a fonte mais comum de doença genética na descendência18,19. Este manuscrito (etapa 2 do protocolo), descrevemos um protocolo no qual oócitos maduros GV-encenado são extraídos aprontados ovários de camundongos fêmeas adultos. Sob condições de apoia, já crescidos oócitos submeter-se independente de hormônio luteinizante retomada da meiose após isolamento e cultura20. Após retomada meiótica, oócitos progridem através da meiose, em seguida, prendam na metáfase II. Oócitos permanecem presos em metáfase II, a não ser fertilizado. Nas etapas 2 a 5, adaptamo-nos protocolos anteriormente relatados com vídeo de demonstração para descrever como coletar, cultura e preparar MI e MII oócitos por cromatina espalhar preparações21. Esta cromatina espalhando técnica permite encontrava clara de proteínas associadas com cromossomos. Além disso, esse protocolo também pode ser usado para distinguir entre cromossomos bivalentes e univalentes e ainda mais pode resolver a única irmã cromátides irmãs para facilitar a avaliação da ploidia de ovócitos. Portanto, além de revelar os padrões de localização de proteínas meióticas, esse protocolo também pode servir como uma ferramenta inestimável para elucidar as causas potenciais de missegregation do cromossomo durante MI e MII.

Protocol

Todos os métodos descritos aqui foram aprovados pelo cuidado institucional do Animal e Comissão de utilização (IACUC) da Universidade de Johns Hopkins. Experimentos foram realizados em camundongos C57BL/6J de tipo selvagem. 1. colheita de ovários Fetal ou Neonatal e preparação da prófase cromatina se espalha Para extrair os embriões em 14,5 – 19,5 dias post-coitum (dpc) sacrificar as fêmeas grávidas através do deslocamento cervical ou CO2 asfixia, de acordo c…

Representative Results

Descrevemos duas técnicas para visualizar e avaliar os cromossomos meióticos em oócitos. A primeira técnica é servida para avaliar a progressão da prófase em ovários embrionários e Neonatais. Prófase cromatina propagação preparações são incrivelmente valiosas para a visualização de numerosos processos dinâmicos durante a meiose, incluindo cromossomo emparelhamento, synapsis e desynapsis, recombinação homóloga e epigenético cromossomo remodelação. Aqui, temos demons…

Discussion

Preparações de propagação de cromatina permitem aos pesquisadores estudar cronologicamente fêmea mamífera meiose e a localização dinâmica das proteínas envolvidas. Os spreads de cromatina embrionário e neonatal permitem a análise detalhada dos eventos durante a prófase meiótica. Metáfase I e metáfase II propagações de cromatina podem ser usadas para distinguir a única irmã cromátides irmãs de emparelhado irmãs e cromossomos homólogos emparelhados, bem como avaliar a ploidia. Em comparação, o pro…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho foi financiado pelo NIGMS (R01GM11755) para P.W.J e por uma bolsa de subsídio de formação do Instituto Nacional de câncer (NIH) (CA009110) para G.H. e J.H.

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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