Sperm, bir ooksit döllemek için ovidukt üzerinden başarılı bir şekilde gezinmelidir. Burada, C. elegans hermafrodit uterusun içinde sperm göçünü ölçmek için bir tahlil açıklanmaktadır. Bu tahlil çiftleşme sonra rahim içinde sperm dağılımı nicel veri sağlayabilir, yanı sıra hız, yönlü hız, ve ters frekans.
Başarılı gübreleme cinsel üreme için temel, henüz küçük kadın üreme sistemi içinde oosit sperm kılavuzluk mekanizmaları hakkında bilinmektedir. In vitro çalışmalar iken iç gübreleme hayvanların sperm kendi çevresinden çeşitli ipuçlarına yanıt verebilir, kadın üreme sistemi içinde davranışlarını görselleştirmek için yetersizlik sperm göç anlamak için bir meydan okuma oluşturur ve hareketliliğinin doğal ortamında. Burada, bu sınırlamanın üstesinden gelen ve şeffaf epidermis avantajlarından yararlanan C. elegans kullanarak bir yöntem açıklanmaktadır. C. elegans erkek bir mitokondriyal boya ile lekelenmiş yetişkin hermaphrodites ile montaj ilişkili, hangi değiştirilmiş kadın olarak hareket, ve kasılma floresan etiketli sperm hermafrodit uterusa. Etiketlenmiş spermlerin göç ve motilitesi daha sonra canlı bir hermafrodit içinde epi-floresans mikroskop kullanılarak doğrudan izlenebilir. Wild-tipi hayvanların, yaklaşık 90% etiketli sperm rahim aracılığıyla tarama ve fertilizasyon siteye ulaşmak, ya da spermatheca. Uterusun görüntüleri, rahim içinde sperm dağılımı ve spermatheca ulaştı sperm yüzdesi değerlendirmek için çiftleşme sonra 1 h alınabilir. Alternatif olarak, sperm hızını, yön hızını ve tersine çevirme sıklığını değerlendirmek için çiftleşme işleminden hemen sonra zaman atlamalı görüntüler alınabilir. Bu yöntem, kadın üreme sistemi içinde sperm rehberlik ve motilitesi düzenleyen önemli olan yeni genetik ve moleküler mekanizmaları tanımlamak için C. elegans için mevcut diğer genetik ve moleküler araçları ile kombine edilebilir.
Spermatozoa (sperm olarak adlandırılır), ooksit doğru kadın üreme sistemi üzerinden gezinmek moleküler mekanizmalar iyi anlaşılmadı, henüz cinsel üreme için temel vardır. Sperm motilitesi son derece dinamiktir ve sperm hızını ve yönlü motilitesi1,2,3,4,5,6 ‘ ı değiştiren sağlam iletişim sinyallerine bağlıdır , 7 , 8 , 9 , 10 ‘ dan fazla , 11 ‘ i , 12. C. elegans , hermafrodit ‘in şeffaf epidermis tek hücreli çözünürlükte canlı sperm takibine izin verdiğinden, in vivo sperm hareketinin incelenmesi için güçlü bir model haline gelmiştir2,3, 8,10. Bu makalenin amacı, C. elegans hermafrodit rahim içinde sperm hareketinin değerlendirilmesi için yöntemler sağlamaktır.
Sperm ve ooksit dış ortamda (yani, acquatic ortamlar) karşılamak hayvan türlerinde, sperm oositler tarafından salgılanan kemotaktik sinyalleri yanıt. Bu sinyaller, sperm hareketinin yönünü yönlendirmekte ve onları sinyal kaynağına4,6,11‘ e yaklaştırır. Ancak, çok daha az iç döllemek türlerin sperm hareketi hakkında bilinmektedir. Büyük bir meydan okuma kadın üreme sisteminin mimarisidir, çoğu türün mikroskobu erişilemiyor. İnsan, fare ve domuzların In vitro çalışmalarında, örneğin, spermlerin subnüfus Chemo, sıvı akışı ve termal degradeler1,5,7,9, tepki verebilir kanıt sağlamak 12‘ ye kadar. Bu sistemler ile, bu fonksiyonları düzenleyen anahtar mekanizmaları keşfetmek için stratejiler üzerinde ciddi sınırlamalar yer vivo ve sperm hareketini görselleştirmek ve izlemek için yetersizlik.
Bu sınırlamaların üstesinden gelmek için, nematod C. elegans ‘ı kullanarak, döllenme sonrası spermleri doğrudan görselleştirecek, tek başına sperm göç parametrelerini ölçmek ve bir sperm nüfusunun hedeflenme yeteneğini ölçmek için yöntemler geliştirdik. fertilizasyon sitesi. Bu yöntemler, C. elegans moleküler ve genetik araç seti ile birlikte, kimyasal sinyalizasyon molekülleri ve sperm motilite davranışlarını düzenleyen moleküler makine keşfi kolaylaştırır. Örneğin, hermafrodit veya erkeklerde genetik ekranlar, vivo13‘ te verimli sperm hareketi için gerekli olan genleri tanımlamak için yapılabilir. Moleküller, sperm aktivasyonu, göç hızı ve yönlü motilite3üzerinde etkileri test etmek için hermafrodit gonad içine enjekte edilebilir. Ayrıca, açıklanan yöntemler, sahte sperm göçünü ektopik vücut konumlarına kadar izlemek ve sperm rekabetini değerlendirmek için kullanılabilir10,14.
C. elegans doğadaki hermafrodit ve erkek olarak var (bkz. Şekil 1). Hermafrodit gonad birbirlerine ayna görüntüleri iki U şeklinde kollar vardır. L4 larva aşamasında, en proksimal germ hücreleri (yani, spermatheca yakınlarındaki hücreler) spermatogenezin geçmesi. Her birincil spermatocyte mayoz girer ve dört haploid spermatids üretir. Bu spermatids ilk olgun oosit ile birlikte spermatheca içine itti ve spermiogenesis geçmesi15. Yetişkin Hünsa spermatogenez oogenesis için geçiş. Oositler gonad boyunca bir montaj hattı moda olgun, gonad proksimal ucunda en olgun oosit ile, spermatheca yanında. MSP sinyalleri spermlerden Mayoz bölünmenin olgunlaşma ve yumurtlama tetiklemek için gerekli16,17. Erkek C. elegans, diğer taraftan, sadece sperm üreten bir J şeklinde gonad var. Spermatids seminal vezikül saklanır. Hermafrodit veya kadın ile çiftleşme üzerine, Erkek vulva içine kuyruk yakın spicules ekler. Spermatids Boşalma sırasında aktive edilir, onlar seminal sıvı ile temas geldiğinde18. C. elegans sperm onlar flagellated değil gibi yüzmeyin. Bunun yerine, üreme sistemi aracılığıyla tarama, lokomotif için fazlası kullanarak. İyi, boyutu daha büyük olan erkek sperm, hermafrodit sperm14üzerinde rekabetçi bir avantaj var kurulmuştur.
Bu yöntemle, Erkek C. elegans sperm donör olarak hareket ve yetişkin hermaprhodites montaj ilişkili vardır. Erişkin erkek bir floresan mitokondriyal boya ile boyalı etiketli sperm ile lekelenmiş. Bir kez hermafrodit vulva üzerinden yatırılan, sperm spermatheca veya fertilizasyon sitesine doğru uterusa embriyolar etrafında tarama gerekir. C. elegans modelinin şeffaf epidermis, kadın üreme sistemi üzerinden geçerken her bir spermin doğrudan görselleştirilmesini sağlar. Son yıllarda laboratuvarımız, vulva ‘dan spermatheca19,20‘ ye gelen spermlere rehberlik ederek F serisi prostaglandinler sınıfının önemini göstermek için bu yöntemi başarıyla kullandı. Hermafrodit tarafından sentezini yöneten moleküler mechansims ve sperm tarafından yanıt hala soruşturma altında. Ancak, sperm motilitesi ve göç değerlendirmek için bu yöntem büyük ölçüde hayvan iç gübreleme sperm ve oosit iletişimi kontrol anahtar oyuncuların tanımlaması kolaylaştırır. Aşağıdaki protokol adım bu tahlil gerçekleştirmek için nasıl adım açıklar.
Sperm yeteneği, konik kadın üreme sistemi gezinmek ve oositler bulmak cinsel üreme için önemlidir. İç gübreleme hayvanların sperm kullanılarak yapılan son çalışmalar, kimyasal sinyaller, sıvı akışı ve sıcaklık degradeleri1,5,7, dahil olmak üzere çeşitli çevresel ipuçlarını aktif olarak cevaplamanızı önerir 9 , 12. ancak, bu gözlemler büyük ölçüde in vitro deneyler sonuçlanan ve küçük sperm davranışı ve üreme sistemi içinde iletişim hakkında bilinmektedir. Sperm göçü ve motilite konusunda in vivo verilerinin alınması için ana engellerden biri, çoğu kadın üreme alanında görünürlük eksikliği. Biz burada C. elegans kullanarak tarif ettik yöntemi bu sınırlama üstesinden gelir. Temsili sonuçlar göstermek gibi, şeffaf epidermis canlı, bozulmamış bir organizmada tek hücreli çözünürlükte her sperm doğrudan görselleştirme ve izleme için izin verir.
C. elegans iki cinsiylere sahiptir. XO genotipi olan erkekler sadece sperm üretir ve bu yöntemle sperm bağışçıları olarak kullanılır. Bir XX genotipi ile hermafrodit, kadınlarda değiştirilir. Onların gonadlar ilk dördüncü larva aşamasında spermatogenez geçmesi ve yetişkinlikte oogenesis geçiş25. Bu tahlil yetişkin hermaphrodites kullanır, hangi üreme dokularının kadın üreme sistemi için bir model sağlar. Bu tahlil her iki cinsiyet kullanımı bize sperm rehberlik ve motilite düzenleyen olabilir hem erkek hem de kadın genetik ve moleküler yollar belirlemenizi sağlar. C. elegansiçin mevcut olan tüm genetik ve moleküler tekniklerle birlikte, bu yöntem sperm göç ve motilite ve sperm ve oosit iletişiminin yeni anlayışına yol açabilir.
Bu protokoldeki birkaç kritik adım, protokol bölümünde verilen ayrıntılara ek olarak, daha fazla dikkate alınacaktır.
Solucan
Fog-2 (Q71), onu-5 (e1490)veya onu-8 (e1489) mutant erkek N2 erkek yerine kullanılabilir. Bu mutasyonlar kültürlerde erkeklerin sıklığını arttırır, ancak erkek çiftleşme veya sperm fonksiyonlarını etkilemez13. Sis-2 (Q71) dişi gibi kadın, hermaphrodites yerine kullanılabilir. Ancak, kadınların uygun yulaf gelişimi sağlamak için erkek ile ön-mated olmalıdır. Bu ön çiftleşme döllenmiş embriyolar varlığı da rahim düzgün sperm dağılımı değerlendirmek için yeterince uzun olduğunu sağlar. Mutant veya deneysel Hünsa değerlendirildiğinde, bir kontrol grubu (ler) içerir. Örneğin, mutant Hünsa test diğer değişkenler için bir kontrol olarak wildtype N2 Hünsa ile eşleştirilmiş olmalıdır. RNA parazitleri için plazmids içeren bakterilerle beslenen hermaphroditler de boş vektör kontrolü içeren bakterilerle beslenmelidir. Sperm döllendiği vulva uzaklığı, spermatheca, döllenme sitesi, rahim içinde yumurta sayısına bağlı olarak değişebilir (yani, rahim artan yumurta numarası ile genişletir). Genotürleri arasındaki karşılaştırmalar yapılırsa, uteri benzer sayıda yumurta içeren Hünsa seçin. Embriyoların veya hareketli larvaları içeren hermaphroditler seçmeyin. Hermaphroditlerin belirlenmesi gereken en uygun çağı belirlemek için bir zaman kursu yapılabilir.
Hünsa ve erkek toplama
Bu tahlil için seçilmiş Hünsa büyümüş veya açlık plakaları değil önemlidir. Gıda ve feromon ipuçları DAF-7, bir tgfß homolog ifadesi modüle. DAF-7 yolu spermatheca20için sperm rehberlik önemli rolleri oynamak F-serisi prostaglandinler sentezini düzenleyen gösterildi. Aşırı kalabalık veya acıkmış plakalardan Hünsa almak, ilgi hedefiyle ilgili olmayan zayıf sperm rehberliğine neden olabilir. Plakaların yoğunluğu erkek sperm etkilemez görünmüyor. Ancak, çok genç ya da çok yaşlı erkekler azaltılmış çiftleşme verimliliği neden olabilir (yani, kendi uteri üzerinde yeterli sperm var çiftleşme plaka üzerinde Hünsa yüzdesi). 1-3 gün eski yetişkin erkek bu tahlil için idealdir23.
Hermafrodit anestezi
Bizim elimizde, Tetramisole ve Tricaine kombinasyonu solucanlar immobilized sağlar ve çiftleşme ve görüntü edinme sırasında hayatta kalır. Sodyum azid gibi diğer anestezik de kullanılabilir. Ancak, sodyum azid son derece toksik ve koşullar standardize edilmesi gerekir. Mikroboncuk, agarose ve Mikroakiskan sistemler odaları kullanarak immobilizasyon teknikleri çiftleşme müdahale olarak tavsiye edilmez.
Erkek boyama
Bu yazıda kullanılan Mito-boya, MitoTrackerCMXRos, C. elegansiçinde, diğer mitokondri yanı sıra, sperm etiketleme için yaygın olarak kullanılmıştır. Bu Mito-boya ile etiketlenmiş sperm tamamen işlevsel, aktif olma yeteneğini koruyarak, göç, yulaf döllemek, ve uygulanabilir Döl üretmek26,27. Diğer mitokondriyal boyalar, rodamin 6G ve DiOC6 gibi C. elegans mitokondri leke için kullanılmıştır28,29. Ancak, bu boyalar için koşullar bu tahlil sperm etiketleme için standardize edilmesi gerekir. Mitochrondrial etiketleme mekanizmalarına ek olarak, Syto17 gibi DNA lekeleri,30. Bu etiketleme teknikleri nispeten kolay ve gerçekleştirmek için hızlı iken, transgenik stratejiler de sperm spesifik Rehberleri altında floresan etiketleri ekspres sperm üretmek için istihdam edilebilir31,32.
Çiftleşme
Çok kalın olan montaj ilişkisi noktaları çiftleşme verimliliğini düşürebilir. Erkek ve anestezi Hünsa çiftleşme noktası üzerine aktarırken mümkün olduğunca az bakteri olarak aktarmak için bakım alınmalıdır.
Agaroz pedleri yapma ve kapak fişi yerleştirme
Hava kabarcıkları agaroz pedleri içinde oluşturulabilir. Görüntü edinme sırasında ışığı kırabilir veya yeterince büyük olduğunda, solucanların düşmesine neden olabilir, görüntü (ler) elde etmeyi imkansız hale gelebilir. Benzer şekilde, Hünsa boyunca hava kabarcıkları oluşturulabilir ve kapak slip agaroz yastık üzerine yerleştirildiğinde. Bu kabarcıklar ışık refract ve düşük görüntü kalitesine yol. Uygulama hava kabarcıklarının oluşumunu azaltmaya yardımcı olacaktır.
Miktar
Sperm dağıtımını ölçerek, bir solucanın uterusuna farklı z-düzlemler sperm dağılımında küçük farklılıklar olabilir. Biz spermatheca odaklı tek bir görüntü alarak bize birden fazla z-bölümleri ortalamasını alarak elde edilen sonuçlara benzer tekrarlanabilir sonuçlar verir bulabilirsiniz. Görüntüyü spermatheca ‘nın ortasına odaklamak tavsiye edilir, ancak odak düzlemleri deneylerin ihtiyaçlarına göre biraz değişebilir. Ancak, tüm görüntülerin aynı şekilde alındığı önemlidir. Ayrıca, sadece odak olan sperm sayılır önemlidir. Odaklı sperm ölçütlerini belirlemede sayacın takdirine bağlıdır. Ancak, kritere göre ölçülenmiş her solucanın sistematik olarak uygulanması önemlidir. Sperm izleme için, birçok yazılım otomatik izleme yetenekleri sunuyor. Bununla birlikte, manuel takip işlemi, yazılımın otomatik izleme algoritmasını iki ana nedenden dolayı daha fazla gerçekleştirir: 1) sınırlı alan içinde benzer boyutta çekirdeklerin bolluğu, yazılımın bireysel sperm arasında ayrım yapmasını zorlaştırır ve her sperm için tanımlanmış ROIs oluşturun. 2) sperm olarak ve odak dışında gitmek, onların yoğunlukları vardiya, zor yazılım için uzun süre boyunca sperm izlemek için yapım.
The authors have nothing to disclose.
Biz içtenlikle bizim geç akıl hocası, Dr Michael Miller, onun ilham verici ve özverili mentorluk ve daha iyi sperm ve oosit iletişimi anlamak için bir araç olarak bu yöntemin oluşturulması için teşekkür ederiz. Onun ani geçişini ailesi, Laboratuvarı ve bilimsel toplum için büyük bir kayıp oldu. Bu çalışmada NıH (R01GM085105-MAM ve F30HD094446 MH) tarafından desteklenmektedir. İçerik sadece yazarlar sorumluluğundadır ve mutlaka Ulusal Sağlık Enstitüleri resmi görüşlerini temsil etmez.
Reagents and Material | |||
60mm x 15mm Petri Dish | Fisher | FB0875713A | |
Agar | Fisher | BP1423-500 | |
Sodium Chloride | Fisher | S671-3 | |
Peptone | Fisher | BP1420-500 | |
Cholesterol | Sigma-Aldrich | C8667 | |
LB broth, Miller | Fisher | 1426-2 | |
Escherichia coli strain NA22 | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | NA22 | Either this or OP50 E. coli can be used for C. elegans maintenance and assay. Both may be purchased at the CGC |
N2 | CGC | N2 | |
fog-2(q71) | CGC | CB4108 | |
Platinum wire 0.25mm dia | Alfa Aesar | 10288 | |
5 3/4" Disposable Pasteur pipet | Fisher | 13-678-20A | |
Watch glass | Fisher | 02-612A | |
5mm Dia. Glass rod | Fisher | 50-121-5269 | |
MitoTracker CMXRos (Mito-dye) | Fisher | M7512 | Shield from light, store at -20°C |
Monopostassium phosphate | Fisher | P285-500 | |
Disodium phosphate | Fisher | S374-1 | |
Magnesium sulfate | Fisher | M63-500 | |
Dimethyl sulfoxide | Fisher | BP231-1 | DMSO |
Aluminum foil | Fisher | 01-213-102 | |
Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate | Sigma | E10521-10G | Tricaine is the common name. Store in aliquotes at -20°C. |
Tetramisole hydrochloride | Sigma | L9756-5G | Store in aliquotes at -20°C |
Agarose | Fisher | BP1356-100 | |
Coverslips | Fisher | 12-548-A | 18 x 18-1 |
Frosted microscope slides | Fisher | 12-552-3 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Equipment | |||
16°C and 20°C incubators | Fisher | 97-990E | Same model, set at different temperatures. |
Upright Microscope with epi-fluorescence illuminator, camera, and 10x and 60x objectives | Nikon | ||
Software with image acquisition and tracking capabilities | Nikon | NIS-elements AR | |
Stereo-microscope | Nikon | SMZ800N | Any stereo-microscope that can be used to visualize C. elegans may be used with this protocol |