Seminifer tübül Squash tekniği fare modeli kullanarak sperma saytolojik analizi için
Summary
Bu tübül squash teknik hızla hücresel bütünlüğünü koruyarak fare spermatocytes geliştirme saytolojik özellikleri değerlendirmek için hedeftir. Bu yöntem tüm aşamalarında spermatogenez çalışma için izin verir ve diğer biyokimyasal ve moleküler biyolojik yaklaşımlar için fare mayoz çalışmanın yanında kolayca uygulanabilir.
Abstract
Erkeklerde segregasyonun ilerleme, son derece düzenlenmiş hücresel olaylar birkaç uyumlu eylem gerektiren bir süreçtir. Mayoz sırasında oluşan hatalar infertilite, gebelik kaybı veya genetik kusurların yol açabilir. Başlangıcı ergenlik ve yetişkinlik devam, başlayan, spermatocytes sürekli yarı zaman uyumlu dalgalar spermatogenez geçmesi ve sonuçta haploit sperm oluştururlar. Fare spermatocytes segregasyonun başlatma geçiren ilk dalga gün 10 post-partum (10 dpp) görünür ve seminifer tübüllerin Lümen 35 dpp, olgun sperm olarak serbest bırakılır. Bu nedenle, faiz zenginleştirilmiş olasılığını elde etmek için bu gelişimsel zaman penceresi içinde fare kullanmak avantajlıdır. Nadir hücre aşamaları analizini tübüllerin içinde hücresel nüfus çeşitliliği artırmak art arda spermatogenic dalgalar katkı nedeniyle büyük farelerde daha zordur. Burada açıklanan yöntemi spermatogonia, spermatocytes ve spermatids de dahil olmak üzere fare, seminifer tübüllerin içinde bulunan hücreler saytolojik değerlendirilmesi için kolayca uygulanan bir tekniktir. Tübül squash teknik izole erkek germ hücreleri bütünlüğünü korur ve diğer teknikleri ile kolayca görselleştirildiği değil hücresel yapılarının incelenmesi sağlar. Bu tübül squash teknik olası uygulamaları göstermek için iğ derleme için ben geçiş metafaz profaz yoluyla ilerliyor spermatocytes (G2/MI geçiş) takip. Buna ek olarak, centrosome çoğaltılması, segregasyonun kromozomal inactivation (MSCI) ve kromozom buket oluşumu bu tübül squash yöntemi kullanarak gözlenen saytolojik yapıları örnek olarak değerlendirildi. Bu teknik spermatogenez sırasında mutasyon veya eksojen pertürbasyon, neden belirli kusurları kesin olarak belirlemek için kullanılabilir ve böylece, sperma moleküler anlayışımızı katkıda bulunur.
Introduction
Mayoz, DNA ikileşmesi bir turu hücre bölünmesi iki ardışık tur tarafından takip edilir karmaşık bir hücresel olaydır. Birkaç mayoz özel olay mayoz doğru kromozom segregasyon sağlamak için ilk aşamalarında koordine edilmelidir. Homolog Rekombinasyon, kardeş ortak yönünü tamamlanması bu olaylar dahil ilk segregasyonun bölünme ve homologs arasında chiasmata gidermek için cohesin kompleksleri kademeli kaybı sırasında kinetochores. Hassas düzenleme bu işlemler, doğurganlık korumak için ve gelişimsel bozukluklar genetik ve spontan düşük1yol açabilir kromozom missegregation olayları önlemek için gereklidir.
Mayoz önemli olaylar ve erkeklerde gerçekleşecek olsa da, önemli zamansal ve mekanik sperma ve oogenesis2farklar. Örneğin, kadın mayoz sırasında embriyonik gelişim sırasında oluşur ve dictyate aşamada ergenlik kadar tutuklamalar profaz. Buna ek olarak, ergenlik ve dalgalar tutuklama olmadan yetişkin hayatı boyunca ilerledikçe, sperma başlar. Erkek ve dişi mayoz arasındaki farklar özellikle spermatocytes ve yumurta bu işlemlerde değerlendirmek doğru yiyecek ve içecek yöntemleri geliştirmek gerek vurgular. Şu anda, büyük ölçüde segregasyonun ilerleme değerlendirirken Kromatin yayılır3,4,5kullanımına dayanıyor. Kromatin yayılır segregasyonun kromozomlar eğitim için yararlı olsa da, onlar Milli mikrotübüller, centrosomes, nükleer zarf ve telomer ekleri gibi hücresel yapıların değerlendirilmesi önleme hücresel bütünlüğünün korunması için başarısız. Canlı görüntüleme ve uzun vadeli kodlamayla teknikleri kadın mayoz anlayışımızı büyük ölçüde gelişti; Tüm sağlam hücre görselleştirmek için benzer yaklaşımlar ancak, daha az sıklıkla spermatogenez6,7çalışma için geçerli olur. Erkek mayoz boyunca dinamik olaylar görselleştirmek için fare spermatocytes8,9geliştirme saytolojik özellikleri hızlı bir şekilde değerlendirmek için kurulan tübül squash teknikleri adapte olması. Burada açıklanan yöntemi birden çok hücresel yapılarının incelenmesi spermatogenez farklı aşamalarında etkinleştirme hücre bütünlüğünü korur.
Bu tübül squash teknik ayirt mikroskobu ile hücresel yapıların değerlendirilmesi için izin verir tüm cep telefonu yaklaşımdır. Haematoxylin ve Eozin gömülü parafin testis ve cryosections immünfloresan etiketleme boyama gibi erkek farelerde segregasyonun ilerleme görselleştirmek için ortak histolojik yaklaşımlar segregasyonun ilerleme geniş bir bakış için izin. Ancak, bu teknikler, mayoz10,11gerçekleşen olayların ayrıntılı analiz için gerekli ölçüde tek hücreler gidermek başarısız. Alternatif teknikleri segregasyonun süreçlerini görselleştirin önemli chemiosmotic kesinti belirleyip nükleer madde3,4,5çözmek için spermatocyte güveniyor. Bu kimyasal tedaviler gözlem hücre tiplerinin dışında birincil spermatocytes engel. Namekawa son zamanlarda açıklanan yöntemle izole spermatocytes nükleer mimarisini korumak araştırma topluluğu sağladı, ama bir cytospin ve bazı laboratuar4‘ e hazır olmayabilir aksesuar kullanımını gerektirir. Buna ek olarak, tübül squash tekniği sadece çoğu hücre biyoloji laboratuvarlarında genellikle standart ekipman gerektirir.
Burada açıklanan tübül squash yöntem sertoli hücreleri, spermatogonia, birincil ve ikincil spermatocytes ve spermatids de dahil olmak üzere seminifer tübül içinde bulunan farklı hücre tipleri görselleştirmek için kullanılabilir. Bu teknik spermatogenez Juvenil farelerde-zaman uyumlu ilk dalga ile tarafından kaplin, mayoz12ilerledikçe zenginleştirilmiş nüfus spermatogenic hücre elde etmek mümkündür. Bu işlem süreçleri boyunca sperma, erken profaz olayları gibi ayrıntılı analizini, G2/MI ve metafaz anafaz geçişler ve spermiogenesis için izin verir. Ayrıca, tübül squash hazırlıklar kromozomlar (interchromatid etki alanları (ICDs) ve kinetochores gibi) ve centrosomes (centrioles ve pericentriolar malzeme/matrisler) saytolojik özelliklerini görselleştirmek için kullanılabilir. Squash yöntemi Kromatin yayılır ve protein ayıklama gibi diğer deneysel yaklaşımlar ile paralel olarak kolayca gerçekleştirilebilir. Buna ek olarak, bu tekniği yaşam spermatogenic hücreleri doğrudan görselleştirme13slaytlarda yatırmak için başarıyla değiştirildi.
Burada açıklanan yöntemi G2/MI geçiş vahşi tipli C57BL/6J farelerde analiz etmek için tüm cep telefonu seminifer tübül squash tekniği içerir. Birincil spermatocytes ilk segregasyonun bölümü girerek saytolojik özelliklerini segregasyonun iğ gözlemlemek için ayirt mikroskobu ile görüntülenir. Bu çok yönlü teknik diğer segregasyonun aşamaları ve farklı hücre tipleri görselleştirmek için kolayca değiştirilebilir. Ayrıca DNA ve RNA balık yaklaşımlar gibi alternatif görselleştirme stratejileri için mükellef bir tekniktir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Fareler spermatogenez sırasında segregasyonun ilerleme yöneten hücresel olaylar çalışmak için faydalı model organizma olduğu kanıtlanmıştır. Ayrıca, ben segregasyonun profaz gibi birçok olay, çıkmak çünkü spermatogenez çalışma için yiyecek ve içecek araçları geliştirmek için gerekli, cinsel dimorfik vardır. Bu iletişim kuralı görselleştirme ve fare spermatogenez farklı aşamalarında incelenmesi için seminifer tübül squash yöntemi açıklar. Bu yöntem hücresel bütünlüğü koru…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser NIGMS (R01GM11755) için P.W.J. ve S.R.W. ve J.H. eğitim grant bursu üzerinden Ulusal Kanser Enstitüsü (NIH) (CA009110) tarafından desteklenmiştir
Materials
| 16% Paraformaldehyde Aqueous | Electron Microscopy Sciences (EMS) | 15710 | |
| 10x PBS | Quality Biological | 119-069-161 | |
| Triton X-100 | Sigma | T8787 | |
| BSA | Sigma | A1470 | |
| Horse Serum | Sigma | H-1270 | |
| 35mm x 10mm Petri Dish, Sterile, non-treated | CellTreat | P886-229638 | |
| Poly-L-lysine coated glass slides | Sigma | P0425-72EA | |
| Liquid Blocker Pen | Electron Microscopy Sciences (EMS) | 71310 | |
| Humid Box | Evergreen | 240-9020-Z10 | |
| Wheaton Coplin Glass Staining Dish for 5 or 10 Slides | Fisher | 08-813E | |
| VECTASHIELD Antifade Mounting Medium with DAPI | Vector Labs | H-1200 | |
| Microscope Cover Slides (22mmx60mm) | Fisher | 12-544-G | |
| Clear Nail Polish | Amazon | N/A | |
| Microsopes | |||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| SteREO Discovery.V8 | Zeiss | 495015-0001-000 | |
| Observer Z1 | Zeiss | 4109431007994000 | |
| Zeiss ZEN 2012 blue edition image software | Zeiss | ||
| ORCA-Flash 4.0 CMOS camera | Hamamatsu | ||
| Primary Antibodies | |||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Mouse anti-SYCP3 | Santa Cruz | sc-74569 | 1 in 50 |
| Rabbit anti-SYCP3 | Fisher (Novus) | NB300-231 | 1 in 1000 |
| Goat anti-SCP3 | Santa Cruz | sc-20845 | 1 in 50 |
| Human anti-Centromere Protein | Antibodies Incorporated | 15-235 | 1 in 100 |
| Mouse anti-alpha tubulin | Sigma | T9026 | 1 in 1000 |
| Mouse anti-AIM1 | BD Biosciences | 611082 | 1 in 200 |
| Mouse anti-γH2AX | Thermo Fisher | MA1-2022 | 1 in 500 |
| Mouse anti-CENT3 | Abnova | H00001070-M01 | 1 in 200 |
| Rabbit anti-pericentrin | Abcam | ab4448 | 1 in 200 |
| Rabbit anti-REC8 | Courtesy of Dr. Karen Schindler | N/A | 1 in 1000 |
References
- Nagaoka, S. I., Hassold, T. J., Hunt, P. A. Human aneuploidy: mechanisms and new insights into an age-old problem. Nature Rev Genet. 13 (7), 493-504 (2012).
- Morelli, M. A., Cohen, P. E. Not all germ cells are created equal: Aspects of sexual dimorphism in mammalian meiosis. Reproduction. 130 (6), 761-781 (2005).
- Sun, F., Handel, M. A. Regulation of the meiotic prophase I to metaphase I transition in mouse spermatocytes. Chromosoma. 117 (5), 471-485 (2008).
- Namekawa, S. H. Slide preparation method to preserve three-dimensional chromatin architecture of testicular germ cells. J Vis Exp. (83), e50819 (2014).
- La Salle, S., Sun, F., Handel, M. A. Isolation and short-term culture of mouse spermatocytes for analysis of meiosis. Methods Mol Biol. 558, 279-297 (2009).
- Galdon, G., Atala, A., Sadri-Ardekani, H. In vitro spermatogenesis: how far from clinical application?. Curr Urol Rep. 17 (7), (2016).
- Staub, C. A century of research on mammalian male germ cell meiotic differentiation in vitro. J Androl. 22 (6), 911-926 (2001).
- Page, J., Suja, J. A., Santos, J. L., Rufas, J. S. Squash procedure for protein immunolocalization in meiotic cells. Chromosome Res. 6 (8), 639-642 (1998).
- Kotaja, N., et al. Preparation, isolation and characterization of stage-specific spermatogenic cells for cellular and molecular analysis. Nat Methods. 1 (3), 249-254 (2004).
- Xu, X., Xu, P. A modified cryosection method for mouse testis tissue. Tissue Cell. 33 (2), 208-210 (2001).
- Hess, R., Moore, B. Histological methods for evaluation of the testis. Methods Toxicol. 3 (Pt A), 52-85 (1993).
- Bellvé, A. R. Purification, culture, and fractionation of spermatogenic cells. Methods Enzymol. 225, 84-113 (1993).
- Ventela, S., Toppari, J., Parvinen, M. Intercellular organelle traffic through cytoplasmic bridges in early spermatids of the rat: mechanisms of haploid gene product sharing. Mol Biol Cell. 14 (July), 2768-2780 (2003).
- Bellvé, A. R., et al. Dissociation of the mouse testis and characterization of isolated spermatogenic cells. J Histochem Cytochem. 25 (7), 480-494 (1977).
- Burry, R. W. Controls for immunocytochemistry: an update. J Histochem Cytochem. 59 (1), 6-12 (2011).
- Zickler, D., Kleckner, N. Recombination, pairing, and synapsis of homologs during meiosis. Cold Spring Harb Perspect Biol. 7 (6), 1-26 (2015).
- Hunter, N. Meiotic recombination: the essence of heredity. Cold Spring Harb Perspect Biol. 7 (12), 1-36 (2015).
- Scherthan, H., et al. Centromere and telomere movements during early meiotic prophase of mouse and man are associated with the onset of pairing. J Cell Biol. 134 (5), 1109-1125 (1996).
- Zickler, D., Kleckner, N. The leptotene-zygotene transition of meiosis. Annu Rev Genet. 32, 619-697 (1998).
- Scherthan, H. A bouquet makes ends meet. Nat Rev Mol Cell Biol. 2 (8), 621-627 (2001).
- Turner, J. Meiotic sex chromosome inactivation. Development. 134 (10), 1823-1831 (2007).
- Royo, H., et al. ATR acts stage specifically to regulate multiple aspects of mammalian meiotic silencing. Genes Dev. 27 (13), 1484-1494 (2013).
- Turner, J. M., et al. Silencing of unsynapsed meiotic chromosomes in the mouse. Nat Genet. 37 (1), 41-47 (2005).
- Marjanović, M., et al. CEP63 deficiency promotes p53-dependent microcephaly and reveals a role for the centrosome in meiotic recombination. Nat Commun. 6, 7676 (2016).
- Inanç, B., Dodson, H., Morrison, C. G. A Centrosome-autonomous signal that involves centriole disengagement permits centrosome duplication in G2 phase after DNA damage. Mol Biol Cell. 21, 3866-3877 (2010).
- Firat-Karalar, E. N., Sante, J., Elliott, S., Stearns, T. Proteomic analysis of mammalian sperm cells identifies new components of the centrosome. J Cell Sci. 127 (Pt 19), 4128-4133 (2014).
- Fukuda, N., et al. The transacting factor CBF-A/Hnrnpab binds to the A2RE/RTS element of protamine 2 mRNA and contributes to its translational regulation during mouse spermatogenesis. PLoS Genet. 9 (10), e1003858 (2013).
- Lahn, B. T., et al. Previously uncharacterized histone acetyltransferases implicated in mammalian spermatogenesis. Proc Natl Acad Sci U S A. 99 (13), 8707-8712 (2002).
- Mermoud, J. E., Tassin, A. M., Pehrson, J. R., Brockdorff, N. Centrosomal association of histone macroH2A1.2 in embryonic stem cells and somatic cells. Exp Cell Res. 268 (2), 245-251 (2001).
- Shanmugam, M., Hernandez, N. Mitotic functions for SNAP45, a subunit of the small nuclear RNA-activating protein complex SNAPc. J Biol Chem. 283 (21), 14845-14856 (2008).
- Ganem, N. J., Godinho, S. A., Pellman, D. A mechanism linking extra centrosomes to chromosomal instability. Nature. 460 (7252), 278-282 (2009).
- Kotaja, N., et al. Preparation, isolation and characterization of stage-specific spermatogenic cells for cellular and molecular analysis. Nat Methods. 1 (3), 249-254 (2004).
- Amory, J. K., et al. Suppression of spermatogenesis by bisdichloroacetyldiamines is mediated by inhibition of testicular retinoic acid biosynthesis. J Androl. 32 (1), 111-119 (2011).
- Hogarth, C. A., et al. Turning a spermatogenic wave into a tsunami: synchronizing murine spermatogenesis using WIN 18,446. Biol Reprod. 88 (2), 40 (2013).
- Yoshida, S., et al. The first round of mouse spermatogenesis is a distinctive program that lacks the self-renewing spermatogonia stage. Development. 133 (8), 1495-1505 (2006).
- Kluin, P. M., Kramer, M. F., Rooij, D. G. Spermatogenesis in the immature mouse proceeds faster than in the adult. Int J Androl. 5 (3), 282-294 (1982).
- Rodriguez, I., Ody, C., Araki, K., Garcia, I., Vassalli, P. An early and massive wave of germinal cell apoptosis is required for the development of functional spermatogenesis. EMBO J. 16 (9), 2262-2270 (1997).
- Kangasniemi, M., et al. Modulation of basal and FSH dependent cyclic AMP production in rat seminiferous tubules staged by an improved transillumination technique. Anat Rec. 227 (1), 62-76 (1990).
- Martianov, I., et al. Late arrest of spermiogenesis and germ cell apoptosis in mice lacking the TBP-like TLF/TRF2 gene. Mol Cell. 7 (3), 509-515 (2001).
- Henriksén, K., Parvinen, M. Stage-specific apoptosis of male germ cells in the rat: Mechanisms of cell death studied by supravital squash preparations. Tissue Cell. 30 (6), 692-701 (1998).
