Isolement des cellules spermatogéniques murines à l’aide d’un colorant liant à l’ADN perméable à la cellule violette
Summary
Ici, nous présentons une méthode simple et efficace pour isoler les cellules germinales méiotiques et post-méiotiques vivantes des testicules adultes de souris. À l’aide d’une faible cytotoxicité, d’un colorant liant l’ADN violet et d’un tri cellulaire activé par fluorescence, on peut isoler des populations de cellules spermatogéniques hautement enrichies pour de nombreuses applications en aval.
Abstract
L’isolement des spermatocytes méiotiques est essentiel pour étudier les mécanismes moléculaires sous-jacents à la méiose et à la spermatogenèse. Bien qu’il existe des protocoles établis d’isolement cellulaire à l’aide de la coloration Hoechst 33342 en combinaison avec le tri cellulaire activé par fluorescence, il nécessite des trieurs cellulaires équipés d’un laser ultraviolet. Ici nous décrivons un protocole d’isolement cellulaire utilisant la tache de violet de DyeCycle (DCV), un colorant liant d’ADN de basse cytotoxicité structurellement semblable à Hoechst 33342. DCV peut être excité par les lasers ultraviolets et violets, ce qui améliore la flexibilité du choix de l’équipement, y compris un trieur de cellules non équipé d’un laser ultraviolet. En utilisant ce protocole, on peut isoler trois sous-populations de cellules vivantes dans la prophase méiotique I, y compris le leptotene/zygotène, le pachytene et les spermatocytes diplotènes, ainsi que les spermatides ronds post-méiotiques. Nous décrivons également un protocole pour préparer la suspension à cellule unique à partir de testicules de souris. Dans l’ensemble, la procédure nécessite un court laps de temps à compléter (4-5 heures selon le nombre de cellules nécessaires), ce qui facilite de nombreuses applications en aval.
Introduction
La spermatogenèse est un processus complexe dans lequel une petite population de cellules souches spermatogoniales soutiennent la production continue d’un grand nombre de spermatozoïdes tout au long de lavie adulte 1,2. Pendant la spermatogenèse, le remodelage dynamique de chromatine a lieu quand les cellules spermatogenic subissent la méiose pour produire des spermatides haploïdes3,4,5. L’isolement des spermatocytes méiotiques est essentiel à l’investigation moléculaire, et plusieurs approches différentes pour isoler les spermatocytes méiotiques ont été établies, y compris la séparation basée sur la sédimentation6,7 et le tri cellulaire activé par fluorescence (FACS)8,9,10,11,12,13,14,15,16,17. Toutefois, ces méthodes ont des limites techniques. Alors que la séparation basée sur la sédimentation donne un grand nombre de cellules 5 ,6,7,ilestà forte intensité de main-d’œuvre. La méthode établie à base de FACS utilise Hoechst 33342 (Ho342) pour séparer les spermatocytes méiotiques en fonction de la teneur en ADN et des propriétés de diffusion de la lumière et nécessite des trieurs cellulaires FACS équipés d’un laser ultraviolet (UV)8,9,10,11. D’autres méthodes à base de FACS nécessitent des lignées de souris transgéniques qui expriment des protéines florescentes, la synchronisation de la spermatogenèse12,ou la fixation cellulaire et l’étiquetage des anticorps qui n’est pas compatible avec l’isolement des cellulesvivantes 13. Bien qu’il existe une autre méthode alternative utilisant un colorant liant l’ADN perméable à la cellule, DyeCycle Green tache14,15,16,17, cette méthode est recommandée pour l’isolement des cellules spermatogenic de testicules juvéniles. Par conséquent, il y a un besoin critique de développer une méthode simple et robuste d’isolement pour les spermatocytes méiotiques vivants qui peuvent être appliqués à n’importe quelle souche de souris de n’importe quel âge et qui peuvent être exécutés utilisant n’importe quel trieur de cellules facs.
Ici, nous décrivons un tel protocole d’isolement cellulaire recherché depuis longtemps en utilisant la tache DyeCycle Violet (DCV). Le DCV est une faible cytotoxicité, un colorant liant l’ADN perméable aux cellules structurellement similaire à Ho342, mais avec un spectre d’excitation déplacé vers la gammeviolette 18. En outre, DCV a un spectre d’émissions plus large par rapport à DCG. Ainsi, il peut être excité par les lasers UV et violets, ce qui améliore la flexibilité de l’équipement, permettant l’utilisation d’un trieur de cellules FACS non équipé d’un laser UV. Le protocole DCV présenté ici utilise la séparation bidimensionnelle avec le bleu DCV et le rouge DCV, imitant l’avantage du protocole Ho342. Avec cet avantage, notre protocole DCV nous permet d’isoler les cellules germinales hautement enrichies des testicules adultes. Nous fournissons un protocole de gating détaillé pour isoler les cellules spermatogenic vivantes des testicules adultes de souris d’une souris (de deux testicules). Nous décrivons également un protocole efficace et rapide pour préparer la suspension à cellule unique à partir de testicules de souris qui peuvent être utilisés pour cet isolement cellulaire. La procédure nécessite un court laps de temps (préparation de la suspension à cellule unique – 1 heure, colorant – 30 min, et le tri cellulaire – 2-3 heures: total – 4-5 heures selon le nombre de cellules nécessaires; Figure 1). Après l’isolement cellulaire, un large éventail d’applications en aval, y compris l’ARN-seq, ATAC-seq, ChIP-seq, et la culture cellulaire peuvent être complétés.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ici nous présentons un protocole pratique et simple pour isoler des sous-populations des spermatocytes et des spermatds d’une souris mâle adulte simple. Pour assurer la reproductibilité de ce protocole, certaines étapes critiques doivent être prises. Avant la digestion des enzymes, l’étape de lavage vise à éliminer les cellules interstitielles; après digestion, cette étape aide à enlever le spermatozoa et les débris. Le lavage/centrifugage 3 fois est important. Dans notre recette tampon de dissociation, l…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions les membres des laboratoires Namekawa, Yoshida et Maezawa pour leur aide; Katie Gerhardt pour l’édition du manuscrit; Mary Ann Handel pour avoir partagé l’anticorps H1T, le centre de cytométrie de flux de recherche du Cincinnati Children’s Hospital Medical Center (CCHMC) pour le partage de l’équipement FACS soutenu par nih S10OD023410; Subvention d’aide à la recherche scientifique (KAKENHI; 17K07424) à T.N.; Bourse postdoctorale de la Fondation Lalor aux AA; AMED-CREST (JP17gm1110005h0001) à S.Y.; la subvention du projet de recherche de la Division des services de recherche de l’Université d’Azabu, Programme soutenu par le ministère de l’Éducation, de la Culture, des Sports, des Sciences et de la Technologie (MEXT) pour le Projet d’image de marque de la recherche universitaire privée (2016-2019), la subvention d’aide au démarrage d’activités de recherche (19K21196), la Takeda Science Foundation (2019) et la Subvention pour l’encouragement à la recherche de la Fondation commémorative Uehara (2018) à S.M.; National Institute of Health R01 GM122776 à S.H.N.
Materials
| 1.5 ml tube | Watson | 131-7155C | |
| 100 mm Petri dish | Corning, Falcon | 351029 | |
| 15 mL Centrifuge tube | Watson | 1332-015S | |
| 5 ml polystyrene tube with cell strainer snap cap (35 µm nylon mesh) | Corning, Falcon | 352235 | |
| 50 mL Centrifuge tube | Watson | 1342-050S | |
| 60 mm Petri dish | Corning, Falcon | 351007 | |
| 70 µm nylon mesh | Corning, Falcon | 352350 | |
| Cell sorter | Sony | SH800S | |
| Centrifuge | |||
| Collagenase, recombinant, Animal-derived-free | FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation | 036-23141 | |
| Collagenase, Type 1 | Worthington | LS004196 | |
| Cover glass | Fisher | 12-544-G | |
| Cytospin 3 | Shandon | ||
| DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride) | Fisher | D1306 | working concentration: 0.1 μg/mL |
| Dnase I | Sigma | D5025-150KU | |
| Donkey serum | Sigma | S30-M | |
| Dulbecco’s phosphate-buffered saline (DPBS) | Gibco | 14190144 | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Gibco | 11885076 | |
| Fetal bovine serum (FBS) | Gibco | 16000044 | |
| Hostone H1T antibody | gift from Mary Ann Handel | 1/2000 diluted | |
| Hank’s balanced salt solution (HBSS) | Gibco | 14175095 | |
| Hyaluronidase from bovine testes | Sigma | H3506-1G | |
| Phosphate buffered saline (PBS) | Sigma | P5493-4L | |
| Pipettemen | |||
| ProLong Gold Antifade Mountant | Fisher | P36930 | |
| rH2AX antibody | Millipore | 05-635 | working concentration: 2 μg/mL |
| Sperm Fertilization Protein 56 (Sp56) antibody | QED Bioscience | 55101 | working concentration: 0.5 μg/mL |
| Sterilized forceps and scissors | |||
| Superfrost /Plus Microscope Slides | Fisher | 12-550-15 | |
| SYCP3 antibody | Abcam | ab205846 | working concentration: 5 μg/mL |
| TWEEN 20 (Polysorbate 20) | Sigma | P9416 | |
| Vybrant DyeCycle Violet Stain (DCV) | Invitrogen | V35003 | |
| Water bath |
Referências
- Griswold, M. D. Spermatogenesis: The Commitment to Meiosis. Physiological Reviews. 96 (1), 1-17 (2016).
- Yoshida, S. Mouse Spermatogenesis Reflects the Unity and Diversity of Tissue Stem Cell Niche Systems. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. , 036186 (2020).
- Rathke, C., Baarends, W. M., Awe, S., Renkawitz-Pohl, R. Chromatin dynamics during spermiogenesis. Biochimica et Biophysica Acta. 1839 (3), 155-168 (2014).
- Maezawa, S., et al. SCML2 promotes heterochromatin organization in late spermatogenesis. Journal of Cell Science. 131 (17), 217125 (2018).
- Maezawa, S., Yukawa, M., Alavattam, K. G., Barski, A., Namekawa, S. H. Dynamic reorganization of open chromatin underlies diverse transcriptomes during spermatogenesis. Nucleic Acids Research. 46 (2), 593-608 (2018).
- Bellve, A. R. Purification, culture, and fractionation of spermatogenic cells. Methods in Enzymology. 225, 84-113 (1993).
- Bryant, J. M., Meyer-Ficca, M. L., Dang, V. M., Berger, S. L., Meyer, R. G. Separation of spermatogenic cell types using STA-PUT velocity sedimentation. Journal of Visualized Experiments. (80), e50648 (2013).
- Gaysinskaya, V., Bortvin, A. Flow cytometry of murine spermatocytes. Current Protocols in Cytometry. 72, (2015).
- Bastos, H., et al. Flow cytometric characterization of viable meiotic and postmeiotic cells by Hoechst 33342 in mouse spermatogenesis. Cytometry Part A. 65 (1), 40-49 (2005).
- Getun, I. V., Torres, B., Bois, P. R. Flow cytometry purification of mouse meiotic cells. Journal of Visualized Experimments. (50), e2602 (2011).
- Gaysinskaya, V., Soh, I. Y., van der Heijden, G. W., Bortvin, A. Optimized flow cytometry isolation of murine spermatocytes. Cytometry Part A. 85 (6), 556-565 (2014).
- Romer, K. A., de Rooiji, D. G., Kojima, M. L., Page, D. C. Isolating mitotic and meiotic germ cells from male mice by developmental synchronization, staging, and sorting. Biologia do Desenvolvimento. 443 (1), 19-34 (2018).
- Lam, K. G., Brick, K., Cheng, G., Pratto, F., Camerini-Otero, R. D. Cell-type-specific genomics reveals histone modification dynamics in mammalian meiosis. Nature Communications. 10 (1), 3821 (2019).
- Geisinger, A., Rodriguez-Casuriaga, R. Flow Cytometry for the Isolation and Characterization of Rodent Meiocytes. Methods in Molecular Biology. 1471, 217-230 (2017).
- da Cruz, I., et al. Transcriptome analysis of highly purified mouse spermatogenic cell populations: gene expression signatures switch from meiotic-to postmeiotic-related processes at pachytene stage. BMC Genomics. 17, 294 (2016).
- Rodriguez-Casuriaga, R., et al. Rapid preparation of rodent testicular cell suspensions and spermatogenic stages purification by flow cytometry using a novel blue-laser-excitable vital dye. MethodsX. 1, 239-243 (2014).
- Trovero, M. F., et al. Revealing stage-specific expression patterns of long noncoding RNAs along mouse spermatogenesis. RNA Biology. 17 (3), 350-365 (2020).
- Telford, W. G., Bradford, J., Godfrey, W., Robey, R. W., Bates, S. E. Side population analysis using a violet-excited cell-permeable DNA binding dye. Stem Cells. 25 (4), 1029-1036 (2007).
- Alavattam, K. G., Abe, H., Sakashita, A., Namekawa, S. H. Chromosome Spread Analyses of Meiotic Sex Chromosome Inactivation. Methods in Molecular Biology. 1861, 113-129 (2018).
- Maezawa, S., et al. Super-enhancer switching drives a burst in gene expression at the mitosis-to-meiosis transition. Nature Structural & Molecular Biology. , (2020).
- Sakashita, A., et al. Endogenous retroviruses drive species-specific germline transcriptomes in mammals. Nature Structural & Molecular Biology. , (2020).
- Agrimson, K. S., et al. Characterizing the Spermatogonial Response to Retinoic Acid During the Onset of Spermatogenesis and Following Synchronization in the Neonatal Mouse Testis. Biology of Reproduction. 95 (4), 81 (2016).
- Hogarth, C. A., et al. Turning a spermatogenic wave into a tsunami: synchronizing murine spermatogenesis using WIN 18,446. Biology of Reproduction. 88 (2), 40 (2013).
- Patel, L., et al. Dynamic reorganization of the genome shapes the recombination landscape in meiotic prophase. Nature Structural & Molecular Biology. 26 (3), 164-174 (2019).
- Alavattam, K. G., et al. Attenuated chromatin compartmentalization in meiosis and its maturation in sperm development. Nature Structural & Molecular Biology. 26 (3), 175-184 (2019).
- Adams, S. R., et al. RNF8 and SCML2 cooperate to regulate ubiquitination and H3K27 acetylation for escape gene activation on the sex chromosomes. PLoS Genetics. 14 (2), 1007233 (2018).
- Wiltshire, T., Park, C., Caldwell, K. A., Handel, M. A. Induced premature G2/M-phase transition in pachytene spermatocytes includes events unique to meiosis. Biologia do Desenvolvimento. 169 (2), 557-567 (1995).
