性ホルモン産生を減らすためのマウス精巣摘出術と卵巣摘出術
Summary
この原稿では、生存げっ歯類の精巣摘出術と卵巣摘出術を迅速に行うための一貫した方法について説明しています。
Abstract
性ホルモンシグナル伝達は、複数の臓器系や神経変性疾患を含むさまざまな疾患の進行に重要な役割を果たしています。マウスモデルシステムにおける性ホルモンレベルの操作により、臓器/組織への影響や疾患の進行内への影響を研究することができます。精巣の外科的切除術(精巣の外科的切除)と卵巣摘出術(卵巣の外科的切除)は、内因性性ホルモンを枯渇させる方法を提供し、薬物やその他の送達方法によって正確なホルモンレベルを提供することができます。ここでは、性ホルモンを減少させるためのマウスモデルシステムにおける精巣摘出術と卵巣摘出術の両方に迅速かつ低侵襲な方法を提供します。このプロトコルは陰嚢を通る精巣の外科的準備そして切除、および右および左の外側背部の2つの切開による卵巣の切除を詳述する。
Introduction
精巣と卵巣は、性ホルモンの産生に関与する主要な器官です。テストステロンとエストロゲンの産生につながるホルモン伝達のカスケードは、視床下部でゴナドトロピン放出ホルモン(GnRH)の放出とともに始まる、よく特徴付けられたプロセスです1。GnRHの放出は、下垂体からの黄体形成ホルモン(LH)と卵胞刺激ホルモン(FSH)の放出を引き起こします。これらのホルモンが血流に入ると、体内の他の組織に影響を与えます。LHの主な標的は、精巣(男性)と卵巣(女性)です2。LHに反応して、精巣はテストステロン3を産生し、放出します。同様に、卵巣はエストロゲン4を産生します。これらのホルモンの意図された効果は、受精のために細胞と体を準備し、生殖器系の機能を確保することですが、他の多くの身体システムが影響を受ける可能性があります。
性ホルモンは、いくつかの生理学的機能に関連しています。例えば、エストロゲンは破骨細胞による骨の吸収を防ぐことで、骨の恒常性を維持するのに役立ちます。このため、卵巣摘出マウスモデルを用いて、骨粗鬆症などの骨疾患の生理学を研究することができます5,6,7。テストステロンとエストロゲンは、多くの心血管疾患や神経変性疾患の研究対象でもあります。最近では、テストステロン産生の上昇と高脂肪食が血管の酸化ストレスと関連していることがわかっています8。脳では、卵巣摘出術後のLHの変化が空間記憶の変化を引き起こしている9。卵巣摘出術後のエストロゲンの減少は、アポトーシスを誘発し、記憶障害を引き起こす可能性があるため、海馬の細胞死を研究するためのモデルシステムにもなっています10。テストステロンは、腎臓移植後のマウスモデルとヒトの両方で腎臓の成長にも関与していることが示されています11。
ホルモン欠乏マウスモデルの作成により、性ホルモンとそのホルモンカスケードがさまざまな疾患や組織に蓄積される様子を研究することができます。これは、精巣の外科的切除(精巣摘出術)または卵巣切除術(卵巣摘出術)によって達成できます。この手順は、離乳年齢(21日)または成人年齢の若いマウスで実行できます。卵巣摘出術は雌マウスで行われ、精巣摘出術は雄マウスで行われます。これらの器官を取り除くことにより、エストロゲンとテストステロンのレベル、およびプロゲステロンなどのそれらの誘導体の多くは、大幅に減少させることができます12,13。マウスで精巣摘出術または卵巣摘出術を行うプロセスは、適切な技術で迅速かつ低侵襲にすることができます。これらの臓器を安全かつ効率的に迅速に切除することで、正しく行えば100%の生存率が得られ、マウスの数を最小限に抑えながら、迅速な外科的処置が可能になります。ここでは、精巣と卵巣の迅速な切除のためのプロトコルを詳述し、研究者がこの手術を迅速かつ安全に実施できるようにするための適切な術後モニタリングを示します。また、この手術を行う際に外科医に解剖学的ランドマークを提供するために、性器や周囲の組織の視覚的な例も含まれています。
Protocol
Representative Results
Discussion
精巣と卵巣の外科的切除により、制御されたホルモン欠乏下でマウスの生理学を研究することができます。この技術は、神経変性、ミネラル代謝、心血管、リプロダクティブヘルスなど、多くの科学分野にとって重要です15,16,17,18,19,20,21。</…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
テキサス大学サウスウェスタンメディカルセンターアニマルリソースセンターには、外科トレーニングとプロトコルのレビューに協力していただき、感謝しています。Wert Labのサポートチームの貴重な支援に感謝します。この研究は、米国国立衛生研究所(NIH P30EY030413)の資金援助を受けています。Biorender.com は、漫画の回路図の作成に使用されました。
Materials
| 1mL Syringe | BD | 309659 | |
| 30G 1/2" Needle | BD | 305106 | |
| AutoClip System | Fine Science Tools | 12020-00 | |
| Betadine Solution | Fisher Scientific | NC0158124 | |
| Cotton-Tipped Applicators | Fisher Scientific | 10-000-692 | |
| Double -ended Micro Spatula | Fine Science Tools | 10091-12 | |
| Galilean Loupes | Fine Science Tools | 28050-30 | Optional, can provide better clarity during procedure |
| Gauze Sponges, 4"x4" | Fisher Scientific | 13-761-52 | |
| Graefe Forceps | Fine Science Tools | 11150-10 | |
| High Temp Cautery Kit | Fine Science Tools | 18010-00 | Using the fine tip attachment |
| Needle Holders | Fine Science Tools | 12001-13 | |
| PGA Absorbable Suture:4-0 / NFS-2 Reverse Cutting 19MM / 30 IN | Covetrus | 29242 | 4-0 or 5-0 Absorbable sutures are best |
| Rodent Warming pad | Kent Scientific | RT-0515 | |
| Sterile Alcohol Prep Pads | Fisher Scientific | 22-363-750 | |
| Straight Locking Micro Needle Holders | Fine Science Tools | 12060-01 | |
| Surgical Scissors | Fine Science Tools | 140-60-09 | |
| Vannas Spring Scissors – 2.5mm Cutting Edge | Fine Science Tools | 15000-08 | |
| Veet Sensitive Hair Remover Gel Cream | Amazon | N/A | |
| Wahl Professional Animal Compact Trimmer and Grooming Kit, Blue | Amazon | #9861-900 |
References
- Kaprara, A., Huhtaniemi, I. T. The hypothalamus-pituitary-gonad axis: Tales of mice and men. Metabolism. 86, 3-17 (2018).
- Stamatiades, G. A., Kaiser, U. B. Gonadotropin regulation by pulsatile GnRH: Signaling and gene expression. Molecular and Cellular Endocrinology. 463, 131-141 (2018).
- Plant, T. M., Marshall, G. R. The functional significance of FSH in spermatogenesis and the control of its secretion in male primates. Endocrine Reviews. 22 (6), 764-786 (2001).
- Fuentes, N., Silveyra, P. Estrogen receptor signaling mechanisms. Advances in Protein Chemistry and Structural Biology. 116, 135-170 (2019).
- Guo, X., Yu, X., Yao, Q., Qin, J. Early effects of ovariectomy on bone microstructure, bone turnover markers and mechanical properties in rats. BMC Musculoskeletal Disorder. 23 (1), 316 (2022).
- Yu, H., et al. High-mobility group box chromosomal protein-1 deletion alleviates osteoporosis in OVX rat model via suppressing the osteoclastogenesis and inflammation. Journal of Orthopedic Surgery and Research. 17 (1), 232 (2022).
- Sun, J., et al. Quercetin attenuates osteoporosis in orchiectomy mice by regulating glucose and lipid metabolism. Frontiers in Endocrinology (Lausanne). 13, 849544 (2022).
- Costa, R. M., et al. Testosterone contributes to vascular dysfunction in young mice fed a high fat diet by promoting nuclear factor E2-related factor 2 downregulation and oxidative stress. Frontiers in Physiology. 13, 837603 (2022).
- Bohm-Levine, N., Goldberg, A. R., Mariani, M., Frankfurt, M., Thornton, J. Reducing luteinizing hormone levels after ovariectomy improves spatial memory: Possible role of brain-derived neurotrophic factor. Hormones and Behavior. 118, 104590 (2020).
- Pandey, R., et al. Estrogen deficiency induces memory loss via altered hippocampal HB-EGF and autophagy. Journal of Endocrinology. 244 (1), 53-70 (2020).
- Laouari, D., et al. The sexual dimorphism of kidney growth in mice and humans. Kidney International. 102 (1), 78-95 (2022).
- Ström, J. O., Theodorsson, A., Ingberg, E., Isaksson, I. M., Theodorsson, E. Ovariectomy and 17β-estradiol replacement in rats and mice: a visual demonstration. Journal of Visualized Experiments. (64), e4013 (2012).
- Valkenburg, K. C., Amend, S. R., Pienta, K. J. Murine prostate micro-dissection and surgical castration. Journal of Visualized Experiments. (111), e53984 (2016).
- Pritchett-Corning, K. R., Luo, Y., Mulder, G. B., White, W. J. Principles of rodent surgery for the new surgeon. Journal of Visualized Experiments. (47), e2586 (2011).
- Haider, A., et al. Role of sex hormones in modulating myocardial perfusion and coronary flow reserve. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 49 (7), 2209-2218 (2022).
- Joll, J. E., Bersi, M. R., Nyman, J. S., Merryman, W. D. Evaluation of early bilateral ovariectomy in mice as a model of left heart disease. American Journal of Physiology Heart-Circulartory Physiology. 322 (6), H1080-H1085 (2022).
- Lu, H., Ma, K., Jin, L., Zhu, H., Cao, R. 17β-estradiol rescues damages following traumatic brain injury from molecule to behavior in mice. Journal of Cell Physiology. 233 (2), 1712-1722 (2018).
- Meydan, S., et al. Effects of testosterone on orchiectomy-induced oxidative damage in the rat hippocampus. Journal of Chemical Neuroanatomy. 40 (4), 281-285 (2010).
- Ohlson, N., Bergh, A., Persson, M. L., Wikström, P. Castration rapidly decreases local insulin-like growth factor-1 levels and inhibits its effects in the ventral prostate in mice. Prostate. 66 (16), 1687-1697 (2006).
- Tehranipour, M., Moghimi, A. Neuroprotective effects of testosterone on regenerating spinal cord motoneurons in rats. Journal of Motor Behavior. 42 (3), 151-155 (2010).
- Yamada, K., et al. The impact of ovariectomy on olfactory neuron regeneration in mice. Chemical Senses. 45 (3), 203-209 (2020).
- Koebele, S. V., Bimonte-Nelson, H. A. Modeling menopause: The utility of rodents in translational behavioral endocrinology research. Maturitas. 87, 5-17 (2016).
