Summary

Een In Vivo methode om te studeren muis bloed-Testis barrière integriteit

Published: December 02, 2018
doi:

Summary

Hier presenteren we een protocol voor de beoordeling van de bloed-testis barrière integriteit door het injecteren van inuline-FITC in teelballen. Dit is een efficiënte in-vivo -methode om te studeren bloed-testis barrière integriteit die kan worden aangetast door genetische en omgevingsfactoren elementen.

Abstract

Spermatogenese is de ontwikkeling van de testis tot volwassen spermacellen in de seminiferous tubuli van de testis. Dit proces wordt ondersteund door de Sertoli cell kruispunten op de bloed-testis barrière (BTB), die is de strakste barrière van het weefsel in het lichaam van zoogdieren en beveiligingsmethode de seminiferous epitheel in twee compartimenten, een basale en een adluminal. De BTB creëert een unieke communicatie voor kiemcellen in meiose I / II en voor de ontwikkeling van postmeiotic spermatids in spermacellen via spermiogenesis. Hier beschrijven we een betrouwbare test om te controleren van de integriteit van het BTB van muis testis in vivo. Een intact BTB blokkeert de verspreiding van FITC-geconjugeerd inuline uit de basale tot het apicale compartiment van de seminiferous buisjes. Deze techniek is geschikt voor de studie van gene kandidaten, virussen of milieu toxische stoffen die BTB functionaliteit of integriteit, met een eenvoudige procedure en een minimale vereiste voor chirurgische vaardigheden in vergelijking met alternatieve methoden kunnen beïnvloeden.

Introduction

Zoogdieren spermatogenese wordt beschouwd als een zeer gestructureerde proces dat spermatogonia zelf-vernieuwing en differentiatie via spermatocyten in de haploïde spermacellen via mitose, meiose, en spermiogenesis, gedurende welke dramatische omvat biochemische en morfologische veranderingen optreden. Ontwikkelende geslachtscellen worden geleidelijk vervoerd vanaf de basis van de seminiferous zaadvormende richting de lumen. Dit proces wordt gereguleerd door cel contacten tussen kiemcellen en Sertoli cellen1,2. Aangrenzende Sertoli cellen vormen de BTB die zich in de buurt van de basis van de seminiferous zaadvormende bevindt. De BTB verdeelt fysiek het epithelium in een basale en een adluminal-compartiment. Tijdens fase VIII – IX van de epitheliale cyclus, migreren preleptotene/leptotene spermatocyten van de basale compartimenten over het BTB, de adluminal compartimenten3invoeren. Daarom wil de functie van het BTB bieden een immunoprivileged communicatie voor de voltooiing van de meiose en spermiogenesis4,5,6. In tegenstelling tot andere bloed-weefsel-barrières die (b.v., bloed – hersenbarrière) en dat alleen uit strakke kruispunten (TJs bestaat), wordt de BTB gevormd door vier verschillende kruispunten (TJs, ectoplasmic specialisaties kloof kruispunten en intermediair gloeidraad gebaseerde desmosomes) tussen Sertoli cellen1,7.

Vele studies hebben gebruikt genetisch gemodificeerde muizen, virusinfecties en toxische stoffen in het milieu te onderzoeken van de mechanismen van BTB integriteit7,8,9. De verstoring van de BTB induceert verminderde spermatogenese en subfertility of onvruchtbaarheid. Aangezien de BTB vorming en integriteit zijn bevestigd te worden beïnvloed door contacten tussen Sertoli cellen8, een in vitro model gebaseerd op de primaire cultuur van geïsoleerde Sertoli cellen is gebruikt voor BTB studie. Echter dit model kan niet nauwkeurig na te bootsen BTB dynamiek in vivo. Bovendien is geen dergelijke co cultuur van kiemcellen met Sertoli cellen opgezet als staat als gevolg van alle relevante structurele en functionele onderdelen van het BTB10,11.

In het algemeen, zijn in vivo de tests van de integriteit van het BTB meestal gebaseerd op kleine molecules, zoals EZ-Link Sulfo-NHS-LC-Biotine en FITC-geconjugeerd inuline (inuline-FITC). Normaal gesproken, wordt de verspreiding van biotine of inuline-FITC van de basale compartiment geblokkeerd door BTB structuur. Daarom kunnen wij deze methode gebruiken om te beoordelen in welke mate van BTB schade in vergelijking met controlegroepen. Terwijl BTB kan worden aangetast met bepaalde soorten stimuli, zoals behandeling met cadmium chloride (CdCl2)12, wordt BTB toegankelijk voor kleine molecules, die uiteindelijk het compartiment van de adluminal als indicatoren invoeren.

Een vroege in vivo BTB integriteit bepaling houdt injecteren van biotine of inuline-FITC in de halsslagader, die houdt van chirurgie, en invasieve, ingewikkeld en tijdrovend. Bovendien, als de verslaggever stoffen door het hele lichaam via het verkeer verspreiden, de plaatselijke concentratie van biotine of inuline-FITC in de seminiferous buisjes is beperkt. Systemische blootstelling kan bovendien immuunreacties veroorzaken. Hier presenteren we een eenvoudige en effectieve in-vivo BTB integriteit assay directe injectie van een kleine hoeveelheid van de inuline-FITC in het interstitium van een testis inschakelen. Met behulp van de TL labeling methode, is de kleuring proces handig, als secundaire antilichamen niet vereist zijn. Hier is het proces van fluorescente kleurstof invoeren van de testis gevisualiseerd.

Protocol

Alle uitgevoerde dierproeven zijn goedgekeurd door het Comité van de Nanjing Medizinische Universität. Mannelijke C57BL/6 muizen werden gehouden onder omstandigheden van de gecontroleerde fotoperiode en werden bevoorraad met voedsel en water. 1. voorbereiding Microinjection haarvaten Gebruik van microinjection haarvaten met een buitendiameter, innerlijke dimeter en lengte van 1,0 mm, 0,8 mm en 10,0 cm, respectievelijk. Trek glas haarvaten met …

Representative Results

De experimentele opstelling voor het uitvoeren van de bepaling van BTB integriteit is afgebeeld in Figuur 1. Trek en verscherpen microinjection haarvaten met een capillaire trekker en micropipet beveler, respectievelijk (figuur 1A en 1 C). De thermostaat van de kachel en de apparatuur van microinjection worden geïllustreerd in figuur 1B en 1 D. <p class="jove_co…

Discussion

Spermatogenese vindt plaats in de seminiferous epitheel en is een zeer geordende en dynamisch proces, dat wordt beheerst door kiemcellen en somatische cellen (bijvoorbeeld, Sertoli cellen)13. De BTB-structuur, die is gebouwd door de Sertoli-cellen, verdeelt de seminiferous epitheel in een basale en een apicaal compartiment. De ontwikkeling van Meiotische en haploïde geslachtscellen treedt op in de apicale compartiment dat een immunologische barrière14 vormt</s…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd gesteund door de nationale toets R & D programma van China (2016YFA0500902), de nationale Natural Science Foundation van China (31471228, 31771653), de Jiangsu Science Foundation voor DN jonge geleerden (BK20150047), de natuurwetenschappen Stichting van de provincie Jiangsu (BK20140897, 14KJA180005) en het innovatieve en ondernemende programma van de oostelijke provincie Jiangsu te K.Z.

Materials

Capillary puller  SUTTER INSTRUMENT (USA) P-97
10x PBS Hyclone (USA) SH30258.01 dilution to 1× in ddH2O
4’,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) Sigma (USA) F6057
Adhesion microscope slides CITOGLAS (China) 80312-3161
Cadmium chloride Sigma (USA) 655198-5G
Confocal microscope Zeiss (Germany) LSM700
Dust-free paper Kimberly-Clark (USA) 34120
Inulin-FITC Sigma (USA) F3272
Microinjection capillaries Zhengtianyi (China) BJ-40 1.0 mm × 0.8 mm  × 100 mm
Micropipette beveler NARISHIGE (JAPAN) EG-400
OCT SAKURA (JAPAN) 4583
Paraformaldehyde Sigma (USA) P6148
Pentobarbital sodium Merck (Germany) P11011
Shaver  Yashen (China)
Stereo microscope Nikon (JAPAN) SMZ1000
Sucrose  Sangon Biotech (China) A610498
Surgical instruments Stronger (China) scissors, forceps, needle holder
Syringe KDL (China) 20163150518 0.45 mm × 0.16 mm RW LB
thermostatic heater KELL (Nanjing, China) KEL-2010
10x TBS, pH 7.6
0.2 M Tris Sangon Biotech (China) A600194
1.37 M Nacl Sangon Biotech (China) A610476

References

  1. Mruk, D. D., Cheng, C. Y. Sertoli-Sertoli and Sertoli-germ cell interactions and their significance in germ cell movement in the seminiferous epithelium during spermatogenesis. Endocrine Reviews. 25 (5), 747-806 (2004).
  2. Wen, Q., et al. Transport of germ cells across the seminiferous epithelium during spermatogenesis-the involvement of both actin- and microtubule-based cytoskeletons. Tissue Barriers. 4 (4), e1265042 (2016).
  3. Wang, C. Q., Cheng, C. Y. A seamless trespass: germ cell migration across the seminiferous epithelium during spermatogenesis. Journal of Cell Biology. 178 (4), 549-556 (2007).
  4. Fijak, M., Meinhardt, A. The testis in immune privilege. Immunological Reviews. 213, 66-81 (2006).
  5. O’Bryan, M. K., Hedger, M. P. Inflammatory Networks in the Control of Spermatogenesis Chronic Inflammation in an Immunologically Privileged Tissue?. Molecular Mechanisms In Spermatogenesis. 636, 92-114 (2008).
  6. Li, N., Wang, T., Han, D. Structural cellular and molecular aspects of immune privilege in the testis. Frontiers in Immunology. 3, 152 (2012).
  7. Mruk, D. D., Cheng, C. Y. The Mammalian Blood-Testis Barrier: Its Biology and Regulation. Endocrine Review. 36 (5), 564-591 (2015).
  8. Govero, J., et al. Zika virus infection damages the testes in mice. Nature. 540 (7633), 438-442 (2016).
  9. Jenabian, M. A., et al. Immune tolerance properties of the testicular tissue as a viral sanctuary site in ART-treated HIV-infected adults. AIDS. 30 (18), 2777-2786 (2016).
  10. Holembowski, L., et al. TAp73 is essential for germ cell adhesion and maturation in testis. Journal Of Cell Biology. 204 (7), 1173-1190 (2014).
  11. Legendre, A., et al. An engineered 3D blood-testis barrier model for the assessment of reproductive toxicity potential. Biomaterials. 31 (16), 4492-4505 (2010).
  12. Setchell, B. P., Waites, G. M. Changes in the permeability of the testicular capillaries and of the ‘blood-testis barrier’ after injection of cadmium chloride in the rat. Journal of Endocrinology. 47 (1), 81-86 (1970).
  13. Griswold, M. D. The central role of Sertoli cells in spermatogenesis. Seminars in Cell & Developmental Biology. 9 (4), 411-416 (1998).
  14. Cheng, C. Y., Mruk, D. D. The blood-testis barrier and its implications for male contraception. Pharmacological Reviews. 64 (1), 16-64 (2012).
  15. Mruk, D. D., Cheng, C. Y. An in vitro system to study Sertoli cell blood-testis barrier dynamics. Methods Molecular Biology. 763, 237-252 (2011).
  16. Orth, J. M. Proliferation of Sertoli cells in fetal and postnatal rats: a quantitative autoradiographic study. Anatomical Record. 203 (4), 485-492 (1982).
  17. Lee, N. P. Y., Mruk, D., Lee, W. M., Cheng, C. Y. Is the cadherin/catenin complex a functional unit of cell-cell actin-based adherens junctions in the rat testis?. Biology of Reproduction. 68 (2), 489-508 (2003).
  18. Bai, S., et al. A Germline-Specific Role for the mTORC2 Component Rictor in Maintaining Spermatogonial Differentiation and Intercellular Adhesion in Mouse Testis. Molecular Human Reproduction. 24 (5), 244-259 (2018).
  19. Korhonen, H. M., et al. DICER Regulates the Formation and Maintenance of Cell-Cell Junctions in the Mouse Seminiferous Epithelium. Biology of Reproduction. 93 (6), 139 (2015).
  20. Loir, M. Trout Sertoli cells and germ cells in primary culture: I. Morphological and ultrastructural study. Gamete Research. 24 (2), 151-169 (1989).
  21. Chen, H., et al. Monitoring the Integrity of the Blood-Testis Barrier (BTB): An In Vivo Assay. Methods in Molecular Biology. 1748, 245-252 (2018).

Play Video

Cite This Article
Liu, M., Zhu, C., Bai, S., Li, X., Fu, K., Ye, L., Zheng, K. An In Vivo Method to Study Mouse Blood-Testis Barrier Integrity. J. Vis. Exp. (142), e58512, doi:10.3791/58512 (2018).

View Video