Germ Cell Transplantation en de testis weefsel Xenografting in Muizen
Summary
Protocollen voor kiemcellen transplantatie en testis weefsel xenografting worden beschreven. Germ celtransplantatie resulteert in een donor-afgeleide spermatogenese in de ontvangende testes en vertegenwoordigt een functionele reconstitutie test voor de identificatie van spermatogoniale stamcellen (SSC's). Testis weefsel xenografting reproduceert testis ontwikkeling en spermatogenese van verschillende soorten donor in de ontvangende muizen.
Abstract
Germ celtransplantatie is ontwikkeld door Dr Ralph Brinster en collega's van de Universiteit van Pennsylvania in 1994 1,2. Deze baanbrekende studies toonden aan dat micro-injectie van kiemcellen van vruchtbare donor muizen in de testes van de onvruchtbare ontvangende muizen resulteert in een donor-afgeleide spermatogenese en sperma productie door de ontvanger dier 2. Het gebruik van donor mannen dat het bacteriële β-galactosidase gen toegestaan identificatie van donor-afgeleide spermatogenese en de overdracht van de donor haplotype aan het nageslacht door ontvangende dieren 1. Verrassend, na transplantatie in het lumen van de tubuli seminiferis, getransplanteerde kiemcellen konden van de luminale compartiment verplaatsen naar de kelder membraan waar spermatogonia zich bevinden 3. Het is algemeen aanvaard dat alleen SSC's kunnen de nis en herstellen spermatogenese bij de ontvanger testis koloniseren. Daarom kiemceltransplantatie zorgt voor een functionele benadering van de stamcel niche in de testis te bestuderen en vermeende spermatogoniale stamcellen te karakteriseren. Tot op heden is kiemcel transplantatie gebruikt om de basis stamcelbiologie toe te lichten, om transgene dieren produceren door middel van genetische manipulatie van geslachtscellen voorafgaand aan de transplantatie 4,5 tot Sertoli cel-kiemcel interactie 6,7, SSC homing en kolonisatie 3 te bestuderen, 8, evenals SSC zelfvernieuwing en differentiatie 9,10.
Germ celtransplantatie is ook mogelijk in grote soorten 11. In deze, de belangrijkste toepassingen zijn het behoud van de vruchtbaarheid, de verspreiding van de elite van de genetica bij dieren, en het genereren van transgene dieren als de studie van de spermatogenese en SSC biologie met deze techniek is logistiek moeilijker en duurder dan in knaagdieren. Transplantatie van kiemcellen van grote soorten in de testes van muizen resulteert in colonization van donor cellen en spermatogonia expansie, maar niet in hun volledige differentiatie vermoedelijk wegens onverenigbaarheid van de ontvanger somatische cel compartiment met de kiem cellen van fylogenetisch verre species 12. Een alternatieve benadering is de transplantatie van kiemcellen van grote soorten samen met hun omringende somatische compartiment. We hebben eerst gemeld in 2002, dat kleine fragmenten van testis weefsel van onvolwassen mannetjes getransplanteerd onder de dorsale huid van immunodeficiënte muizen in staat zijn om te overleven en te ondergaan volle ontwikkeling met de productie van de bevruchting bevoegde sperma 13. Sindsdien testis weefsel xenografting is gebleken om succesvol te zijn in vele soorten en naar voren gekomen als een waardevol alternatief voor de testis ontwikkeling en spermatogenese van de grote dieren in muizen 14 te bestuderen.
Protocol
Discussion
1. Germ celtransplantatie
Germ celtransplantatie vormt het enige functionele assay voor ondubbelzinnige bevestiging van de aanwezigheid van spermatogoniale stamcellen (SSC's) in een cel populatie. Alleen SSC's kunnen naar huis aan en de SSC niche in de kelder membraan en koloniseren initiëren donor-afgeleide spermatogenese. Germ celtransplantatie maakte het mogelijk om te studeren en SSC's te manipuleren in een ongekende manier. De techniek is gebruikt om transgene dieren te produ…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Werk van de auteurs laboratorium werd ondersteund door USDA / CSREES / NRICGP (2007-35203-18213); NIH / NCRR (2 R01 RR17359-06), NIH / NIEHS (1 R21 ES014856-01A2) en Alberta innoveert – Health Solutions.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number |
| Collagenase (type IV) | Sigma | C5138 |
| Trypsin-EDTA | Invitrogen | 25200-056 |
| DNaseI | Sigma | DN25 |
| DMEM | Invitrogen | 31053-028 |
| Trypan blue stain | Invitrogen | 15250-061 |
| Nylon mesh cell strainer | BD biosciences | 352340 (40μm) 352350 (70μm) |
| Busulfan | Sigma | B2635 |
| Thin-Wall Glass Capillaries | World Precision Instrument | TW 100-3 |
| BD intramedic plyethylene tubing (PE100) | BD | CA-63018-725 |
| Ethicon 6-0 Silk Suture | Ethicon | 706G |
| Wound clips | BD | 427631 |
| Sigmacote | Sigma | SL2 |
| X-gal | Sigma | B4252 |
| Potassium Ferrocyanide | Sigma | P9387 |
| Potassium Ferricyanide | Sigma | P3667 |
| magnesium chloride | Sigma | 208337 |
| sodium deoxycholate | Sigma | D6750 |
| N,N-Dimethylformamide | Sigma | D4551 |
| Igepal CA-630 | Sigma | 18896 |
References
- Brinster, R. L., Avarbock, M. R. Germline transmission of donor haplotype following spermatogonial transplantation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 91 (24), 11303-11303 (1994).
- Brinster, R. L., Zimmermann, J. W. Spermatogenesis following male germ-cell transplantation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 91 (24), 11298-11298 (1994).
- Nagano, M., Avarbock, M. R., Brinster, R. L. Pattern and kinetics of mouse donor spermatogonial stem cell colonization in recipient testes. Biology of Reproduction. 60 (6), 1429-1429 (1999).
- Nagano, M., Brinster, C. J., Orwig, K. E. Transgenic mice produced by retroviral transduction of male germ-line stem cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98 (23), 13090-13090 (2001).
- Ryu, B. Y., Orwig, K. E., Oatley, J. M. Efficient generation of transgenic rats through the male germline using lentiviral transduction and transplantation of spermatogonial stem cells. Journal of Andrology. 28 (2), 353-353 (2007).
- Hess, R. A., Cooke, P. S., Hofmann, M. C. Mechanistic insights into the regulation of the spermatogonial stem cell niche. Cell Cycle. 5 (11), 1164-1164 (2006).
- Oatley, M. J., Racicot, K. E., Oatley, J. M. Sertoli cells dictate spermatogonial stem cell niches in the mouse testis. Biology of Reproduction. 84 (4), 639-639 (2011).
- Nagano, M. C. Homing efficiency and proliferation kinetics of male germ line stem cells following transplantation in mice. Biology of Reproduction. 69 (2), 701-701 (2003).
- Kubota, H., Avarbock, M. R., Brinster, R. L. Growth factors essential for self-renewal and expansion of mouse spermatogonial stem cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (47), 16489-16489 (2004).
- Oatley, J. M., Avarbock, M. R., Telaranta, A. I. Identifying genes important for spermatogonial stem cell self-renewal and survival. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (25), 9524-9524 (2006).
- Dobrinski, I. Germ cell transplantation and testis tissue xenografting in domestic animals. Animal Reproduction Science. 89 (1-4), 137-137 (2005).
- Dobrinski, I., Avarbock, M. R., Brinster, R. L. Transplantation of germ cells from rabbits and dogs into mouse testes. Biology of Reproduction. 61 (5), 1331-1331 (1999).
- Honaramooz, A., Snedaker, A., Boiani, M. Sperm from neonatal mammalian testes grafted in mice. Nature. 418 (6899), 778-778 (2002).
- Rodriguez-Sosa, J. R., Dobrinski, I. Recent developments in testis tissue xenografting. Reproduction. 138 (2), 187-187 (2009).
- Dobrinski, I., Rathi, R. Ectopic grafting of mammalian testis tissue into mouse hosts. Methods in Molecular Biology. 139, 450-450 (2008).
- Rodriguez-Sosa, J. R., Schlatt, S., Dobrinski, I., Seli, E., Agarwal, A. Testicular tissue transplantation for fertility preservation. Fertility Preservation: Emerging Technologies and Clinical Applications. , 331-331 (2011).
- Rathi, R., Honaramooz, A., Zeng, W. Germ cell fate and seminiferous tubule development in bovine testis xenografts. Reproduction. 130 (6), 923-923 (2005).
- Rathi, R., Honaramooz, A., Zeng, W. Germ cell development in equine testis tissue xenografted into mice. Reproduction. 131 (6), 1091-1091 (2006).
- Kim, Y., Selvaraj, V., Pukazhenthi, B. Effect of donor age on success of spermatogenesis in feline testis xenografts. Reproduction, Fertility, and Development. 19 (7), 869-869 (2007).
- Arregui, L., Rathi, R., Zeng, W. Xenografting of adult mammalian testis tissue. Animal Reproduction Science. 106 (1-2), 65-65 (2008).
- Schlatt, S., Honaramooz, A., Ehmcke, J. Limited survival of adult human testicular tissue as ectopic xenograft. Human Reproduction. 21 (2), 384-384 (2006).
- Shinohara, T., Avarbock, M. R., Brinster, R. L. beta1- and alpha6-integrin are surface markers on mouse spermatogonial stem cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (10), 5504-5504 (1999).
- Kanatsu-Shinohara, M., Toyokuni, S., Shinohara, T. CD9 is a surface marker on mouse and rat male germline stem cells. Biology of Reproduction. 70 (1), 70-70 (2004).
- Ryu, B. Y., Orwig, K. E., Oatley, J. M. Effects of aging and niche microenvironment on spermatogonial stem cell self-renewal. Stem Cells. 24 (6), 1505-1505 (2006).
- Costoya, J. A., Hobbs, R. M., Barna, M. Essential role of Plzf in maintenance of spermatogonial stem cells. Nature Genetics. 36 (6), 653-653 (2004).
- Morrow, C. M., Hostetler, C. E., Griswold, M. D. ETV5 is required for continuous spermatogenesis in adult mice and may mediate blood testes barrier function and testicular immune privilege. Annals of the New York Academy of Sciences. 1120, 144-144 (2007).
- Zeng, W., Snedaker, A. K., Megee, S. Preservation and transplantation of porcine testis tissue. Reproduction, Fertility and Development. 21 (3), 489-489 (2009).
- Jahnukainen, K., Ehmcke, J., Hergenrother, S. D. Effect of cold storage and cryopreservation of immature non-human primate testicular tissue on spermatogonial stem cell potential in xenografts. Human Reproduction. 22 (4), 1060-1060 (2007).
- Rathi, R., Zeng, W., Megee, S. Maturation of testicular tissue from infant monkeys after xenografting into mice. Endocrinology. 149 (10), 5288-5288 (2008).
- Honaramooz, A., Li, M. W., Penedo, M. C. Accelerated maturation of primate testis by xenografting into mice. Biology of Reproduction. 70 (5), 1500-1500 (2004).
