Bepaling van reproductieve bevoegdheid door te bevestigen van pubertijd begin en uitvoeren van een test van de vruchtbaarheid in muizen en ratten
Summary
Veel behandelingen en genetische mutaties van invloed op de timing van seksuele rijpheid en vruchtbaarheid. Dit protocol beschrijft een niet-invasieve methode om te evalueren van de pubertijd begin in muizen en ratten vóór het opzetten van een vruchtbaarheidsonderzoek in seksueel volwassen dieren.
Abstract
Beoordeling van reproductieve vakbekwaamheid is van cruciaal belang voor het begrip van het effect van een behandeling of genetische manipulatie op de reproductieve as, ook wel de hypothalamische-hypofyse-gonadale-as genoemd. De reproductieve as is een belangrijke integrator van input van het milieu en de interne aanpassing van vruchtbaarheid naar gunstige omstandigheden voor de voortplanting. Vóór het aangaan van een vruchtbaarheidsonderzoek in muizen en ratten, seksuele looptijd wordt geëvalueerd als u wilt uitsluiten van de mogelijkheid dat de waargenomen reproductieve fenotypen zijn veroorzaakt door vertraagde of afwezige pubertijd begin. Dit protocol beschrijft een niet-invasieve aanpak om te beoordelen van de pubertijd begin bij mannen door middel van de bepaling van de preputiale scheiding, inzonderheid vrouwen door middel van de vaginale opening en eerste estrus. Na de bevestiging van de voltooiing van de puberteit en de totstandbrenging van seksuele volwassenheid, kan een vruchtbaarheidsonderzoek worden gestart. De procedure beschrijft de optimale fokken voorwaarden voor muizen en ratten, het instellen van een vruchtbaarheidsonderzoek en welke parameters te evalueren en te bepalen of de behandeling of de verwijdering van het gen een effect op de vruchtbaarheid heeft.
Introduction
De overgang door de puberteit is te bereiken seksuele volwassenheid en reproductieve bevoegdheid vereist. De pubertijd overgang en het behoud van de vruchtbaarheid in volwassenheid wordt geregeld door de reproductieve as, ook wel genoemd de hypothalamische-hypofyse-gonadale as (Figuur 1). De timing van pubertijd intreden en onderhoud van de vruchtbaarheid wordt strak gereguleerd door zowel interne als ecologische factoren verhogen de kans op overleving van nakomelingen en ouders1,2. Dit protocol biedt een niet-invasieve benadering om te bepalen van de begin van de pubertijd in muizen en ratten te bevestigen seksuele volwassenheid vóór het opzetten van een vruchtbaarheidsonderzoek reproductieve bekwaamheden te beoordelen.
Een vruchtbaarheidsonderzoek in seksueel volwassen dieren wordt uitgevoerd en kan worden gestart nadat de dieren zijn gegaan door de puberteit. Voorafgaand aan het begin van de pubertijd, de reproductieve as is rustig, en de belangrijkste bestuurder van seksuele rijping, gonadotropin – releasing hormone (GnRH), wordt losgelaten op de hypofyse in onvoldoende hoeveelheden tot puberteit (Figuur 1). Begin van de pubertijd is een complex proces dat in verhoogde GnRH release op de mediane eminence resulteert. GnRH bevordert luteïniserend hormoon (LH) en follikelstimulerend hormoon (FSH) afscheiding uit de hypofyse, twee hormonen essentieel voor gonadale rijping en reproductieve functie (Figuur 1)3,4,5 .
Beledigingen aan de reproductieve as leiden tot verminderde vruchtbaarheid en kunnen ook vooraf of vertraging pubertijd begin. Voorwaarden gekend om te beïnvloeden de timing van het begin van de pubertijd en reproductieve bevoegdheid omvatten de blootstelling aan hormoonontregelende chemische stoffen6,7, toegenomen/afgenomen lichaam gewicht1,8, veranderingen in dag lengte2,9 en genetische mutaties10,11,12,13,14,15.
Het begin van de seksuele volwassenheid is een cruciale stap die worden afgerond moet vóór het opzetten van een test van de vruchtbaarheid. De voordelen van het bepalen van de begin van de pubertijd door preputiale scheiding, vaginale opening en eerste estrus, zijn de niet-invasieve kenmerken van deze procedures, zoals zij vereisen geen bloedinzameling of opoffering van de dierlijke16, 17.
Nadat pubertijd begin is vastgesteld, correct instellen van een vruchtbaarheidsonderzoek zal leveren belangrijke informatie over de integriteit van de reproductieve as en meestal heeft het tweede voordeel van het genereren van proefdieren voor verdere studies (verfijning) 18. de vruchtbaarheid studie setup beschreven in dit protocol kan detecteren zowel kleine en grote tekorten in reproductieve competentie in de mannetjes en vrouwtjes. Belangrijkste parameters geëvalueerd omvatten 1) tijd om de eerste nestje, 2) aantal nesten gegenereerd in een bepaald tijdsbestek en 3) nestje grootte. Ten slotte, aanbevelingen voor het type van follow-up studies die kan worden uitgevoerd om te identificeren van de oorzaak van waardevermindering van de vruchtbaarheid zijn opgenomen.
Het beschreven protocol verwijst naar muizen en de representatieve gegevens overeen met werk in transgene muizen. Alle opgenomen protocollen zijn echter even geldig bij ratten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het algemene welzijn van de muizen is essentieel voor een succesvolle vruchtbaarheid assay21. Bij het uitvoeren van een test van de vruchtbaarheid, is het belangrijk om niet fysiek controleren op de muizen elke dag omdat dit leiden stress tot kan. Verder voorkomen dat frequente kooi veranderingen, zoals deze ook stressvolle zijn. Idealiter zal de kooi wijzigingen niet meer dan 1 – 2 keer per week moet gebeuren. Blootstelling aan licht tijdens de donkere fase impact negatieve fokkerij in nachtelijk…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ik dank de auteurs bij te dragen tot het eerste werk dat de basis van deze publicatie is. Dankzij Aitor Aguirre, Genevieve E. Ryan en Erica L. Schoeller voor help voorbereiden van het manuscript. Dank aan Jessica Sora Lee en Austin kin voor technische bijstand met het manuscript. H.M.H. werd gesteund door Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health & Human Development van de National Institutes of Health onder Award nummer R00HD084759.
Materials
| Sterile Cotton Balls | Fisher | 22456885 | |
| Surface protector | Fisher | 1420637 | |
| Light meter | VWR | 21800-014 | |
| Methylene blue | Sigma-Aldrich | M9140 | |
| Microscope Slides | Genesee Scientific | 29-101 | |
| Optimouse rack with cages | AnimalCare systems | C89100 | |
| Water Bottle Basket | AnimalCare systems | C61011 | |
| Filtered Cage Tops | AnimalCare systems | C78210 | |
| Optimice Standard Feeder | AnimalCare systems | C40100SG | |
| Cage Card Holder | AnimalCare systems | C43251 | |
| Cage Cards | AnimalCare systems | M52010 | |
| Bottle Assambley | AnimalCare systems | C79122P | |
| Bed R'Nest Nesting | The Andersons | BRN4WSR | |
| 1/8" Corn Cob bedding | The Andersons | 8B | |
| Standard mouse chow | Teklad | 7904 (7004) | |
| Scale | VWR | 10205-004 | |
| Polypropylene Beaker | Fisher | 14-955-111F |
References
- Schneider, J. E. Energy balance and reproduction. Physiology and Behavior. 81 (2), 289-317 (2004).
- Walton, J. C., Weil, Z. M., Nelson, R. J. Influence of photoperiod on hormones, behavior, and immune function. Frontiers Neuroendocrinology. 32 (3), 303-319 (2012).
- Hoffmann, H. M., Mellon, P. L. A small population of hypothalamic neurons govern fertility: the critical role of VAX1 in GnRH neuron development and fertility maintenance. Neuroscience communications. 2, (2016).
- Kauffman, A. S. Sexual differentiation and the Kiss1 system: Hormonal and developmental considerations. Peptides. , (2009).
- Bronson, F. H., Dagg, C. P., Snell, G. D. . Reproduction. , (1966).
- Chehab, F. F., Mounzih, K., Lu, R., Lim, M. E. Early onset of reproductive function in normal female mice treated with leptin. Science. , (1997).
- Yoshimura, S., Yamaguchi, H., Konno, K., Ohsawa, N., Noguchi, S., Chisaka, A. Observation of Preputial Separation is a Useful Tool for Evaluating Endocrine Active Chemicals. J Toxicologic Pathology. 18, 141-157 (2005).
- Ahima, R. S., Dushay, J., Flier, S. N., Prabakaran, D., Flier, J. S. Leptin accelerates the onset of puberty in normal female mice. Journal of Clinical Investigation. 99 (3), 391-395 (1997).
- Bohlen, T. M., et al. A short-day photoperiod delays the timing of puberty in female mice via changes in the kisspeptin system. Frontiers in Endocrinology. 9 (FEB), 1-9 (2018).
- Shahab, M., Mastronardi, C., Seminara, S. B., Crowley, W. F., Ojeda, S. R., Plant, T. M. Increased hypothalamic GPR54 signaling: A potential mechanism for initiation of puberty in primates. Proceedings of the National Academy of Sciences. , (2005).
- Hoffmann, H. M., Mellon, P. L. A small population of hypothalamic neurons govern fertility: the critical role of VAX1 in GnRH neuron development and fertility maintenance. Neuroscience communications. 2, 5-9 (2016).
- Navarro, V. M., et al. Role of Neurokinin B in the Control of Female Puberty and Its Modulation by Metabolic Status. Journal of Neuroscience. 32 (7), 2388-2397 (2012).
- Hoffmann, H. M., Tamrazian, A., Xie, H., Pérez-Millán, M. I., Kauffman, A. S., Mellon, P. L. Heterozygous deletion of ventral anterior homeobox (Vax1) causes subfertility in mice. Endocrinology. 155 (10), 4043-4053 (2014).
- Kauffman, A. S., et al. The Kisspeptin Receptor GPR54 Is Required for Sexual Differentiation of the Brain and Behavior. Journal of Neuroscience. 27 (33), 8826-8835 (2007).
- Teles, M. G., et al. Brief report: A GPR54-activating mutation in a patient with central precocious puberty. New England Journal of Medicine. , (2008).
- Korenbrot, C. C., Huhtaniemi, I. T., Weiner, R. I. Preputial separation as an external sign of pubertal development in the male rat. Biology of reproduction. , (1977).
- Gaytan, F., et al. Development and validation of a method for precise dating of female puberty in laboratory rodents: The puberty ovarian maturation score (Pub-Score). Scientific Reports. 7 (March), 1-11 (2017).
- Caligioni, C. Assessing reproductive status/stages in mice. Current Protocols in Neuroscience. , 1-11 (2010).
- Mayer, C., et al. Timing and completion of puberty in female mice depend on estrogen receptor -signaling in kisspeptin neurons. Proceedings of the National Academy of Sciences. 107 (52), 22693-22698 (2010).
- McLean, A. C., Valenzuela, N., Fai, S., Bennett, S. A. L. Performing Vaginal Lavage, Crystal Violet Staining, and Vaginal Cytological Evaluation for Mouse Estrous Cycle Staging Identification. Journal of Visualized Experiments. (67), 4-9 (2012).
- Hedrich, H. . The Laboratory Mouse. , (2012).
- Hoffmann, H. M., Trang, C., Gong, P., Kimura, I., Pandolfi, E. C., Mellon, P. L. Deletion of Vax1 from Gonadotropin-Releasing Hormone (GnRH) Neurons Abolishes GnRH Expression and Leads to Hypogonadism and Infertility. Journal of Neuroscience. 36 (12), 3506-3518 (2016).
- Sloboda, D. M., Howie, G. J., Pleasants, A., Gluckman, P. D., Vickers, M. H. Pre- and postnatal nutritional histories influence reproductive maturation and ovarian function in the rat. PLoS ONE. , (2009).
- Manual, R. Breeding Strategies for Maintaining Colonies of Laboratory Mice. Management. , (2007).
- Kennedy, G. C., Mitra, J. Body weight and food intake as initiating factors for puberty in the rat. The Journal of Physiology. , (1963).
- Sisk, C. L., Foster, D. L. The neural basis of puberty and adolescence. Nature Neuroscience. 7 (10), 1040-1047 (2004).
- Nelson, J. F., Karelus, K., Felicio, L. S., Johnson, T. E. Genetic influences on the timing of puberty in mice. Biology of reproduction. , (1990).
- Nelson, J. F., Felicio, L. S., Randall, P. K., Sims, C., Finch, C. E. A longitudinal study of estrous cyclicity in aging C57BL/6J mice: I. Cycle frequency, length and vaginal cytology. Biology of reproduction. , (1982).
- Falconer, D. S. Weight and age at puberty in female and male mice of strains selected for large and small body size. Genetical Research. , (1984).
- Rodriguez, I., Araki, K., Khatib, K., Martinou, J. C., Vassalli, P. Mouse vaginal opening is an apoptosis-dependent process which can be prevented by the overexpression of Bcl2. Developmental Biology. , (1997).
- Lomniczi, A., Wright, H., Ojeda, S. R. Epigenetic regulation of female puberty. Frontiers in Neuroendocrinology. 36, 90-107 (2015).
- Selmanoff, M. K., Goldman, B. D., Ginsburg, B. E. Developmental changes in serum luteinizing hormone, follicle stimulating hormone and androgen levels in males of two inbred mouse strains. Endocrinology. 100 (1), 122-127 (1977).
- Larder, R., Clark, D. D., Miller, N. L. G., Mellon, P. L. Hypothalamic Dysregulation and Infertility in Mice Lacking the Homeodomain Protein Six6. Journal of Neuroscience. 31 (2), 426-438 (2011).
- Knight, C. H., Maltz, E., Docherty, A. H. Milk yield and composition in mice: Effects of litter size and lactation number. Comparative Biochemistry and Physiology — Part A: Physiology. 84 (1), 127-133 (1986).
- Chahoud, I., Paumgartten, F. J. R. Influence of litter size on the postnatal growth of rat pups: is there a rationale for litter-size standardization in toxicity studies. Environmental research. 109 (8), 1021-1027 (2009).
- Pandolfi, E. C., Hoffmann, H. M., Schoeller, E. L., Gorman, M. R., Mellon, P. L. Haploinsufficiency of SIX3 Abolishes Male Reproductive Behavior Through Disrupted Olfactory Development, and Impairs Female Fertility Through Disrupted GnRH Neuron Migration. Molecular Neurobiology. , (2018).
