מוצג כאן הוא פרוטוקול עבור העשרת החומר העשיר pachytene, עגול spermatocytes, ו להאריך spermatocytes מתוך האשכים עכבר למבוגרים באמצעות סרום מתמשך פרה אלבומין הדרגתי עם מעבדה סטנדרטית ציוד.
כדי לאפיין כל שלב של הזרע, החוקרים חייבים להפריד אוכלוסיות משנה שונות של תאי הנבט מן האשכים. עם זאת, בידוד אוכלוסיות דיסקרטיות הוא מאתגר, משום שהבלבול במבוגרים מכיל שילוב מורכב של תאי נבט מכל הצעדים של הזרע יחד עם אוכלוסיות מסוימות של תאים סומטיים. במהלך העשורים האחרונים, טכניקות שונות כגון משחררות צנטריפוגלי, מיון תאים עם הפעלה פלואורסצנטית (FACS), ו-STA-לשים כבר להחיל בהצלחה על בידוד של תאי הנבט. חיסרון הוא שכולם דורשים מכשירים ייעודיים והכשרה מיוחדת. העקרונות הבאים בבסיס השיטה STA-שים, פרוטוקול פשוט פותחה לבידוד של הספרציטים pachytene, עגול spermatocytes, ו להאריך spermatocytes מתוך האשכים העכבר. לאחר הכנת השעיית תא בודד של תאי האשכים, אוכלוסיות תאים ספציפיות מועשר על ידי שיפוע הכבידה דרך מעבר מתמשך של סרום של שור (BSA) צפיפות הדרגתי. לאחר מכן, שברים בתא נאספים ומנותח באופן ידני. ניתן להחיל באופן נרחב את מעבר הצבע של דחיסות שהשתנתה עבור פרוטוקול שיפוע (MDR) בצפיפות, מכיוון שהיא דורשת ציוד מעבדה סטנדרטי בלבד. יתרה מזו, הפרוטוקול דורש חומרי התחלה מינימליים, הפחתת העלות והשימוש בבעלי חיים מעבדתיים.
הרבה עדיין לא ידוע על האירועים המולקולריים והביולוגיים שמתרחשים במהלך היונקים התאיים, תהליך מורכב שבו תאי גזע spermatogonial להפוךמיוחדים מאודהזרע1,2. הזרע מתרחש בתוך. הטובולים של הבולים Tubules מכילים תערובת של תאי הנבט מכל שלב של בידול, כולל תאי גזע spermatogonial, החלוקה באופן מיוסטי הפרדה, מיאיוציטים, ו postmeiotic הספרדים (אשר עוברים בידול מסביב spermatids כדי להאריך spermatids, ולבסוף לזרע בוגרת. תאים סומטיים של הבולים כוללים תאי Sertoli כי הם התערבבו עם תאי הנבט בתוך tubules הסימיניטיים, תאים peritubular myoid היוצרים קירות של tubules, ו טסטוסטרון-ייצור תאים ליידיג במרחב ביניים בין tubules.
לימוד תהליכים מולקולריים וביוכימיים במהלך הזרע דורש לעיתים קרובות הפרדה של אוכלוסיות שונות של תאי הנבט מתערובת מורכבת של תאי האשכים. אסטרטגיות שונות רבות פותחו עבור העשרה תאים. השיטות המוצלחות ביותר הן STA-לשים מהירות שכבות על ידי יחידת כוח הכבידה3,4,5,6, משחררות צנטריפוגלי מבוסס על זרימה נגדית צנטריפוגה7,8, ומיון תאים מופעל על-ידי קרינה פלואורסצנטית (FACS) המפריד בין התאים לפי תוכן ה-DNA ו/או סמנים ספציפיים. שיטות אלה משמשות בדרך כלל בקרב החוקרים הזרע ולאפשר העשרה יעילה של סוגים ספציפיים תא הנבט. עם זאת, הגבלה של טכניקות אלה היא שהם דורשים חומרה מיוחדת ויקרה הדורשת מומחיות.
הציגו כאן הוא פרוטוקול פשוט וזול כדי לבודד אוכלוסיות מועשר של שלושת האוכלוסיות הנפוצות ביותר של תאים של האשכים העכבר: מעגלי הזרע, spermatids ספרציטים, ו להאריך spermatids. פרוטוקול זה נקרא הדרגתי צפיפות משתנה עבור spermatids עגול (MDR), כי זה עובד טוב במיוחד להעשרת spermatids עגול. השיטה MDR מבוססת על אותם עקרונות כמו משקעי המהירות STA-שים, אך הוא דורש רק ציוד מעבדה סטנדרטי. תאים חיים מותרים משקעים דרך מוכן באופן ידני שאינו מתמשך סרום שור (BSA) צפיפות מעבר הצבע בתוך צינור 50 mL סטנדרטי תחת שדה הכבידה של כדור הארץ. תאים גדולים יותר לנוע מהר יותר דרך המעבר, אשר מפריד אוכלוסיות שונות של תאי הנבט. לאחר משקעי השאיפה, שברים מועשרים של שלושה סוגי תאים נאספים באופן ידני. הטוהר של אוכלוסיות אלה מועשר בתאים מקבילה לאלה שהתקבלו על ידי STA-לשים ו צנטריפוגלי.
בנוסף לכיסוי הבנייה והשימוש במעבר BSA לצורך שיפוע מהירות, הפרוטוקול מתאר גם את שיטת העיכול לשחרור תאי האשכים מtubules. הפרוטוקול השתנה מאותה שפותחה על ידי רומרול ואח ‘9 וכוללת מדיקות סדרתית עם קולגן ו טריפסין. מעכל סדרתי בשילוב עם שימוש של מאגר ביקרבונט (כלומר, הפתרון Krebs) הוכחו מאוד לשפר את ההפרדה ואת הכדאיות של תאי הנבט9.
במהלך העשרה MDR, התאים להשקיע בסביבות 4 שעות ביחד מחוץ לסביבה של tubules ה, ואינם חשופים כוחות מכניים מלחיצים, אשר מאפשר איסוף של שברים סלולריים מאוד קיימא לניתוח במורד הזרם. בנוסף, בדומה משחררות הצנטריפוגלי ו-STA-שים, פרוטוקול MDR אינו דורש שום טיפול כימי או תוויות של תאים, אשר גם מסייע לשמור על הכדאיות שלהם. חשוב מכך, מעט כמו שתי האשכים בוגרים העכבר מספיקים עבור בידוד MDR ולכן, עכבר אחד מבוגר מספק תאים מועשר מספיק הן עבור RNA והן ניתוח חלבון. פרוטוקול STA-שים סטנדרטי ממליץ על שימוש של עד 12 עכברים למבוגרים לבידוד התא6; למרות, בהתבסס על ניסיון קודם, ידוע כי בידוד מוצלח יכול להיעשות משלושה עד ארבעה עכברים למבוגרים. הכמות הנמוכה ביותר של חומר ההתחלה שדווח כי מספיקה לשיטריציה צנטריפוגליים היא שישה האשכים של העכבר (שלושה עכברים)8. לכן, מלבד ביטול הצורך ציוד מיוחד יקר, פרוטוקול MDR מפחית את מספר חיות המעבדה הנדרשות.
מוצג כאן הוא פרוטוקול פשוט זול כדי לבודד אוכלוסיות מועשר של spermatids עגולים, פכיטנא ספרציטים, ו להאריך spermatids באמצעות ציוד מעבדה סטנדרטית (מבט כולל של הפרוטוקול המוצג באיור 4). למרות שאין צורך בשום מומחיות או מכונות יקר, ישנם כמה צעדים קריטיים שיש לשקול במהלך העיכול, בניית מעבר הצבע, וטעינת התא הבולם על מעבר הצבע.
תאי הנבט שוחררו מטובולים באמצעות שני מעכל אנזימטיים רצופים. העיכול הראשון עם הקולגן הרביעי מפריד tubules ביניים על ידי הסרת התאים הבין-מפרידים. זמן העיכול ממושך עלול לפגוע tubules ולהוביל אובדן של spermatids, כמו (אם שוחרר מתוך tubules בשלב זה) הם יימחקו בשלבים הבאים. צעד העיכול השני עם טריפסין משחרר את תאי הנבט מפני הזרע. ייתכנו מזדמנים לפירוק תאים ובדרך כלל הטופס גושים כתוצאה משחרור DNA גנומית. מעבר למשך הזמן או הטמפרטורה המוצעים של העיכול אינו מומלץ, מאחר שפעולה זו עלולה להוביל לכדאיות נמוכה יותר, הגדלת הפירוק התאים וההפייפת. אם מתרחשות מבצע מתון, ניתן להתעלם מהגושים. עם זאת, במקרים של הסדר משמעותי ואובדן של תאים, טריפסין זמן העיכול או ריכוז צריך להיות מופחת. יש לציין כי הפעילות האנזימטית של טריפסין עשויה להשתנות בין קבוצות ובזמן ממושך של אחסון. ניתן להגדיל את כמות DNase I במהלך העיכול בטריפסין כדי להסיר את הגושים העודפים, אך יש להתייחס לזה כפתרון משני. חשוב להשיג הבולם האחיד תא יחיד בסוף הטיפול מראש, מאז התאים המקרקשים משקעים מהר יותר, מזהם את השברים ומשבש את מעבר הצבע.
בניית מעבר הצבע עשויה לדרוש תרגול כלשהו. אם יש אי נוחות באמצעות טיפ 5 מ ל מפיפטה עם בקר פיפטה, מומלץ להשתמש בצנרת רגילה 1 mL עם בוכנה חלקה ולאחר מכן חותכים את עצות הפיפטה לצמצם של ~ 3 מ”מ קוטר (איור 1B). צמצם רחב יותר וטעינה חלקה של פתרונות BSA תפחית את הסיכון לערבב את מעבר הצבע. כאשר הוכנו כראוי, ניתן לראות את הגבולות בין פתרונות BSA סמוכים עקב מדדי השבירה השונים שלהם. יש להפיק את מעבר הצבע ישירות לפני השימוש. יש לציין כי כל טלטול או רטט קטנים עלולים להפריע למעבר הצבע, כך שיש להגדיר את מעבר הצבע בסביבה שבה לא יפריעו לו.
טעינת תא ההשעיה על מעבר הצבע חייבת להיעשות בזהירות רבה. לאחר טעינת, השעיית התא צריך להישאר על גבי מעבר הצבע, שממנו התאים באיטיות להתחיל משקע דרך השכבה הראשונה. אם קבוצות גדולות של תאים נראים נעים במהירות דרך מעבר הצבע, סביר להניח שהתאים לא מושעים מחדש בזהירות או שיש הגזמה עודפת. אם התאים אינם נשארים בחלק העליון של מעבר הצבע BSA שאינו רציף בעת טעינת הטעינה אך מיד בין השכבות של 1% ו-2% BSA (שלב 3.6), ההשעיה של התא עשויה להיות צפופה מדי. פרוטוקול זה כבר אופטימיזציה באמצעות שתי האשכים של עכבר מבוגר (80-120 מ”ג/בדיקות) כחומר התחלתי; למרות זאת, בוצע מבודדים מוצלחים באמצעות כמויות מופחתות של חומר התחלתי. כדי להתאים את הפרוטוקול ולהשיג תאים נבט מועשר יותר ממספרים גבוהים יותר של האשכים, יותר 50 mL צינורות עם מעבר הצבע צריך להיות הציג.
הפרוטוקול פותחה בתחילה ממוטבת כדי להעשיר את הסביבה spermatids מתוך האשכים עכבר למבוגרים, ואת הטוהר של שברים spermatids עגול צפוי להיות יותר מ 90%. בנוסף מאוד טהור שברים העגול, תוצאות משביע רצון עבור העשרת הספרציטים pachytene ו להאריך spermatid הושגו. יצוין כי אריתרופוציטים עשוי לזהם את שברים להאריך spermatid, ושלבים נוספים כדי לחסל אותם יש לנקוט אם נוכחותם צפויה להפריע ניתוח במורד הזרם. לא היינו מסוגלים להעשיר סוגים אחרים של תאים כגון premeiotic או תאי meiotic מוקדם (לפני שלב pachytene) מעכברים למבוגרים באמצעות פרוטוקול MDR.
בנוסף, STA-לשים משקעי המשמש בהצלחה כדי לקבל שברים מועשר של הזרע או טרום לפטוין, לפטוטנא, וזימטציטים זוגניות באמצעות האשכים הקטינים שנאספו בנקודות זמן נתון לאחר הלידה13. גישה זו מנצלת את המראה של סוגי תאים אלה במהלך הגל הראשון של הזרע. אותה גישה עשויה להיות מוחלת על העשרה MDR, אבל זה עדיין לא נבדק בפועל. שיטה נוספת היא אופציה טובה לטיהור של תאים premeiotic ו meiotic בשלבים ספציפיים של בידול הוא FACS, אשר יש את היתרון החשוב של מתן אפשרות לבידוד של סוגי תאים ספציפיים בהתבסס על סמנים ספציפיים לנוכחות14 ,15,16,17.
בסך הכל, משקעי מהירות MDR משמש כשיטה שימושית עבור העשרה של תאי הנבט. בעוד שיטה זו אינה עולה על שיטות אחרות מבוססות היטב במונחים של טוהר או כמות של תאים מועשר, יתרונות ברורים שלה הם הפשטות שלה הגדרת עלויות נמוכות. זה, יחד עם הכמות הנמוכה של חומרי ההתחלה הנדרשים, להפוך את הפרוטוקול הזה אופציה נהדרת עבור חוקרים בשדה הזרע ואלה בתחומים אחרים שאולי לא רוצה להשקיע בחומרה מיוחדת או קבוצות גדולות של בעלי חיים.
The authors have nothing to disclose.
ברצוני להודות לכל חברי המעבדה של Kotaja על תרומתם במהלך פיתוח הפרוטוקול, והשימוש הפעיל והבדיקה של הפרוטוקול בפרויקטי המחקר שלהם. במיוחד אנו מעריכים את תרומתו של יאן Lindström לקבלת עזרה במיטוב הפרוטוקול. מחקר זה היה נתמך על ידי האקדמיה של פינלנד, Sigrid Jusélius קרן, ו טורקו תוכנית של רפואה מולקולרית.
4% Paraformaldehyde | Preference of researcher | ||
AlexaFluor488 donkey anti-rabbit IgG | Thermo Fisher Scientific | A-21206 | |
AlexaFluor647 donkey anti-mouse IgG | Thermo Fisher Scientific | A-31571 | |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma | A9647 | |
CaCl2·2H2O | Preference of researcher | ||
Collagenase IV | Sigma | C5138 | |
Complete protease inhibitor cocktail | Roche | 11836145001 | |
DDX4 antibody | Abcam | ab13840 | |
Dextrose | Preference of researcher | ||
DNase I | Worthington | LS006355 | |
GAPDH | HyTest | 5G4 | |
HRP-linked anti-mouse IgG | GE Healthcare Life Sciences | NA931 | |
HRP-linked anti-rabbit IgG | GE Healthcare Life Sciences | NA934 | |
KCl | Preference of researcher | ||
KH2PO4 | Preference of researcher | ||
MgSO4·7H2O | Preference of researcher | ||
NaCl | Preference of researcher | ||
NaHCO3 | Preference of researcher | ||
NH4Cl | Preference of researcher | ||
Pierce BCA protein assay kit | Life Technologies | 23227 | |
PIWIL1 | Cell Signaling Technology | G82 | |
PIWIL2, clone 13E-3 | Millipore | MABE363 | |
Prolong Diamond Antidafe Mountant with DAPI | Thermo Fisher Scientific | P36962 | for Alexa Fluor immunostainings |
rabbit IgG | Neomarkers | NC-100-P | |
Rhodamine-labelled Peanut agglutinin (PNA) | Vector Laboratories | RL-1072 | |
RIPA buffer | 50 mM Tris-HCl, pH 7.5, 1% NP-40, 0.5% w/v sodium deoxycholate, 0.05% w/v SDS, 1 mM EDTA, 150 mM NaCl, 1x protease inhibitor cocktail, 0.2 mM PMSF and 1 mM DTT | ||
TRIsure | Bioline | BIO-38033 | |
Triton X-100 | Preference of researcher | nonionic surfactant | |
Trypsin | Worthington | LS003703 | |
VECTASHIELD Antifade Mounting Medium with DAPI | Vector Laboratories | H-1200 | for standard DAPI analysis of cell fractions |
γH2AX antibody | Millipore | 05-636 | |
0.22 µm filter | Sartorius | Sartolab BT 180C6 | or equivalent |
1 ml mechanical pipette | Preference of researcher | ||
1.5 mL or 2 ml tubes | Preference of researcher | ||
40 µm cell sieves for 50 mL tubes | Greiner Bio-One | 542040 | or equivalent cell strainer |
5 mL serological pipettes | Sarstedt | 86.1254.001 | or equivalent |
50 mL conical tubes | Preference of researcher | ||
6 cm Petri dishes | Preference of researcher | ||
cell culture incubator | Preference of researcher | ||
centrifuge for 50 mL tubes | Preference of researcher | ||
grease pen for microscopy glass slides | Preference of researcher | ||
HulaMixer Sample Mixer | Thermo Fisher Scientific | 15920D | or equivalent cell rotator |
microdissection forcepts | Preference of researcher | ||
microdissection scissors | Preference of researcher | ||
microscopy glass slides and coverslips | Preference of researcher | ||
Nanodrop 1000 | Thermo Scientific | ||
Pipetboy Acu 2 | Integra | 155 000 | or equivalent pipette controller |
refrigerated centrifuge for 1.5 mL tubes | Preference of researcher | ||
tips for 1 ml mechanical pipette | Preference of researcher | ||
water bath | Preference of researcher | ||
widefield fluorescence microscope | Preference of researcher |