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我们用 trichostatin a、维生素 C 和去离子牛血清白蛋白来描述一种显著改进的小鼠克隆方法。我们展示了一个简化的、可重现的协议, 支持克隆胚胎的高效开发。因此, 该方法可以成为鼠标克隆的标准化程序。
体细胞核转移 (SCNT) 提供了一个独特的机会, 直接生产克隆动物从捐赠细胞, 它需要使用熟练的技术。此外, 克隆动物的成功生产, 特别是小鼠的繁殖效率仍然很低。已有许多尝试提高克隆效率, 和 trichostatin (TSA), 组蛋白乙酰抑制剂, 已被广泛用于提高克隆的效率。在这里, 我们报告了一个显著改进的克隆方法在小鼠。这种体细胞核转移方法涉及使用日本凝集病毒的信封 (HVJ), 这使得易于操作。此外, 使用两个小分子, TSA 和维生素 C (VC), 与去离子牛血清白蛋白 (dBSA) 的治疗, 是非常有效的胚胎发育。这种方法既不需要额外的注射, 也不要求基因操作, 因此提出了一种简单的、适合实际使用的方法。这种方法可以成为研究人员从培养细胞中生产转基因动物的技术上可行的方法。此外, 它可能是一个有用的方式来拯救濒危动物通过克隆。
SCNT 技术通过只使用一个体细胞或一个细胞核转移到无核卵母细胞, 使克隆的动物得以生产。SCNT 技术的目的之一是从克隆胚胎中衍生核转移胚胎干细胞 (NT-ESCs) 线。在 1998年, 和歌山et al, 报告第一次生成成功克隆的鼠标命名为 Cumulina1。此后, 对小鼠的克隆进行了广泛的研究, 获得了对体细胞核重新编程的许多重要见解。另一方面, 这种技术伴随着许多微操作系统步骤, 很难掌握, 需要3月以上的强化训练 2.
使用 SCNT 克隆小鼠的生产已经从原始檀香山方法1, 融合方法3, 到凝集病毒的日本 (HVJ)4的细胞融合方法进化而来。然而, 直接注射细胞核通过细胞膜往往不利影响卵母细胞的生存。融合效率低, 因为每个细胞膜都有不同的硬度, 因此很难确定最佳条件。处理 HVJ 是费力的, 因为它需要特定的设备, 以安全的研究员和实验动物。最近, 为了融合供体细胞和卵母细胞胞浆, HVJ 已经使用了5。HVJ 只有在没有病毒增殖或感染能力的情况下才能融合膜。HVJ 基因组 rna 在 HVJ 中完全灭活。HVJ 的使用, 从而支持在 SCNT 期间容易处理细胞融合。
有几份报告显示, 用组蛋白乙酰抑制剂 TSA 治疗 SCNT 胚胎可显著提高活幼崽的生产效率, 从不到1% 到 6.5%6,7。TSA 处理通过修改 SCNT 胚胎中的组蛋白标记加速重新编程8。最近, 注射特殊的基因, 组蛋白赖氨酸去甲基酶 4 (KDM4), 其中删除组蛋白 H3 噬菌体 9 (H3K9) trimethylation 在 SCNT 胚胎, 特别是在 reprograming 抗性地区, 已显示, 以增加克隆的发展鼠标胚胎9。同时, VC 也作为组蛋白修饰符, 降低了 H3K910的 trimethylation。此外, VC 提高猪 SCNT 的胚胎发育10。据报道, 注射 dBSA 到 SCNT 胚胎导致胚胎发育的改善11。
我们以前发现, 小分子的组合, 即 TSA 和 VC, 连同 dBSA, 大大增强了 SCNT 胚胎的发展12。在这里, 我们详细介绍了以前报告的小鼠 SCNT 方法, 它代表高效和简单的克隆过程12。我们还描述了 HVJ 的处理。这些可以帮助发展和生殖生物学领域的许多研究人员保存遗传资源或通过这种 SCNT 方法生产转基因动物。
所有动物规程符合一出大学的指南为实验室动物的关心和用途。
1. 文化媒体的准备工作
2. 去离子牛血清白蛋白 (dBSA) 的制备
3. 卵母细胞收集
注意: 所有老鼠都是在光控和空调房间里保养的。
4. 为核转移准备捐助者细胞
5. 卵母细胞的摘除
6. 供体细胞与无核卵母细胞的融合
7. 重组卵母细胞的活化和 Trichostatin a 和维生素 C 的治疗
为制备克隆小鼠胚胎, 采用卵丘细胞和胎成纤维细胞。卵母细胞活化后2细胞阶段的重建卵母细胞数量和发育情况见表 1。在所有条件下观察到了一个非常高的显微形成率 (89 到 100%) 和发展到2细胞阶段 (77 到 89%)。从卵丘细胞中提取的一些克隆胚胎, 发育到2细胞阶段, 被转移到伪怀孕雌性的输卵管。通过 TSA 和 VC (图 4) 的串行治疗, 从三名孕妇中产生了六克隆后代, 其中72个已移植的胚胎。据报告, 大约15% 的克隆胚胎通过遵循此 SCNT 过程12来发展到期限。此外, 在其他机构中移植克隆的2细胞胚胎已达到9至15% 个活子代, 这比单一的 TSA 治疗克隆胚胎更有发展。此外, 与 TSA 和 VC 的治疗显著提高了体外胚胎发育到胚泡阶段的效率 (表 2, P < 0.05, 学生的 t 测试)。这些体外发展数据表明, 小鼠菌株和细胞类型都不限制 TSA 和 VC 的正效应。这些结果表明, 这种 SCNT 方法促进了克隆胚胎的发育能力。
图 1: dBSA 的制备。
描述了准备 dBSA 解决方案的分步过程。离子交换的程度可以由珠子的颜色变化来判断。左上图显示, 1.2 克 BSA 在室温下溶解于10毫升的无菌水中。在 BSA 被溶化以后, 离子交换树脂珠子增加 (右上)。当 BSA 溶液与离子交换树脂珠的混合物改变颜色从蓝色绿色到金子 (右下), 替换珠子与新鲜的。左下角图表明, 珠子的颜色保持蓝绿色, 离子交换完成。请单击此处查看此图的较大版本.
图 2: 摘除程序。
(A) 对摘除腔的说明。卵母细胞的摘除是在 HCZB 培养基中进行的。对于压电驱动系统, 用 9% PVP 介质的光斑来制备用于摘除的玻璃吸管。斑点被矿物油覆盖。(B) 图和显微图像在摘除前显示纺锤形和染色体的位置。黑色箭头: 纺锤和染色体。红色箭头: 第一个极性身体。(C) 图和显微图像显示成功的摘除。黑色箭头: 纺锤和染色体。红色箭头: 第一个极性身体。蓝色箭头: 在透明透明的洞。请单击此处查看此图的较大版本.
图 3: 细胞融合程序和 SCNT 胚胎的培养条件。
(A) 细胞融合室的图示。细胞融合是在含有 6% dBSA 的 HCZB 培养基中进行的。9% PVP 培养基的斑点用于制备细胞融合用的玻璃吸管。斑点被矿物油覆盖。(B) 在细胞融合 (黑色箭头) 后一小时内形成的一个图和过早染色体凝结的显微图像。(C) 图和显微结构的显微图像在激活后六小时形成 (黑色箭头)。(D) SCNT 胚胎的 TSA、VC 和 dBSA 治疗方案。绿色箭头代表治疗与 TSA, 其次是孵化与 VC (黄色箭头) 下 mKSOM 介质包含 0.3% dBSA (蓝色箭头)。箭头头指示改变介质的时间。请单击此处查看此图的较大版本.
图 4: 在妊娠19.5 天后剖宫产后从卵丘细胞中提取的克隆后代。
在顶行有胎盘。这里显示的克隆后代是由三位寄养母亲在一次核转移实验中产生的。胎盘的大小是由体外受精的人所产生的大小的1.5 到2倍大。请单击此处查看此图的较大版本.
组 | 捐献者细胞类型 | 鼠标应变 | 大声 笑使用的卵母细胞 | 大声 笑的卵母细胞融合 | 大声 笑显示过早染色体凝结的卵母细胞 | 大声 笑显示 pronuclei 形成的卵母细胞 (%) | 大声 笑pronuclei 形成的卵母细胞的发育 2细胞胚胎 (%) | |
TSA, VC | 积云 | C57BL/6× DBA/2 | 84 | 82 | 82 | 81 (99) | 72 (89) | |
治疗 | 积云 | C57BL/6× DBA/2 | 84 | 82 | 82 | 82 (100) | 68 (83) | |
TSA, VC | 胎成纤维细胞 | 妇幼保健×MCH (民事代表) | 202 | 171 | 169 | 151 (89) | 124 (82) | |
治疗 | 胎成纤维细胞 | 妇幼保健×MCH (民事代表) | 201 | 171 | 147 | 142 (97) | 109 (77) |
表 1: TSA 和 VC 处理对的影响体外将克隆的小鼠胚胎发育为2细胞阶段.
组 | 捐献者细胞类型 | 鼠标应变 | 大声 笑2细胞胚胎的使用 | 大声 笑2细胞胚胎发育到每个阶段 (%) | |||
4芯 | 桑椹胚 | 囊胚 | |||||
TSA, VC | 积云 | C57BL/6× DBA/2 | 152 | 152 (100) | 149 (98) | 135 (89) a | |
治疗 | 积云 | C57BL/6× DBA/2 | 83 | 47 (57) | 41 (49) | 32 (39) b | |
TSA, VC | 胎成纤维细胞 | 妇幼保健×MCH (民事代表) | 124 | 110 (89) | 101 (81) | 88 (71) c | |
治疗 | 胎成纤维细胞 | 妇幼保健×MCH (民事代表) | 109 | 54 (50) | 45 (41) | 29 (27) d | |
a-b、c d同一捐献细胞内的不同上标表示显著差异 (P < 0.05) |
表 2: TSA 和 VC 处理对的影响体外将克隆的小鼠胚胎发育到胚泡阶段.
最后, 这些结果表明, 提出的 SCNT 方法可以减少技术困难, 提高 SCNT 的效率, 而不需要基因修改和 mRNA 补充 (表 1,表 2), 并确保克隆胚胎的稳定生产。这种方法使我们能够重建更多的 SCNT 胚胎比传统的方法, 由于更好的生存率和简化的协议。在这个协议中, 一个关键的步骤是细胞融合。为了成功地生产克隆小鼠, 至关重要的是要确保在细胞融合过程中维持在 HVJ 中所描述的适当量, 而卵母细胞需要在步骤 6.2.3 6.2.5 的10分钟内返回到孵化箱。由于20到30的捐献细胞可以与 HVJ 一起吸气, 在操作吸管的时间, 由一个手术获得的卵子的数量大于现有的方法。最后, 我们可以在10分钟内生产出大约20到30个卵母细胞。即使与大量的卵母细胞 (100 或更多) 一起工作, 细胞融合过程应采取一个小时或更短的重复步骤 6.2.3 6.2.5。此处介绍的方法和技术可以作为具有简化技术要求的高效协议。
目前, SCNT 胚胎发育的分子机制尚不清楚。这种改进的 SCNT 方法也有助于研究这种重新编程机制, 因为这种方法只能在一个实验中产生许多克隆胚胎。该方法使用体细胞与完整的细胞膜细胞融合。因此, 可能可以将此方法应用于其他单元, 如尾尖单元格16、支持单元17和胚胎干细胞18。当传统的 SCNT 方法用于注射相对较大的细胞, 如尾尖细胞, 直接进入卵母细胞膜, 它变得更加技术上要求获得活胚。此外, 相对硬细胞, 如支持细胞, 很难打破吹打注射。当考虑这些不同的细胞类型时, 利用 HVJ 的细胞融合方法简单有效。尽管 HVJ 的价值和安全性得到了令人信服的证明19、20, 但重新考虑使用 HVJ 为农业或生物医学目的生产克隆动物的可行性可能是很重要的。
此外, 最近有一组成功地生产了从尿细胞中提取的克隆小鼠21。为了抢救濒危哺乳动物物种, 从今以后 SCNT 使用非侵入性的细胞, 如尿细胞, 将是理想的。最近, 另一组使用抗原特定的 CD4+ T 细胞22直接生成克隆小鼠。这将是有趣的检查, 如果这种方法也适用于有效地克隆小鼠从这些细胞。此外, Latrunculin a 已被报告为抑制肌动蛋白聚合在摘除和孤雌激活的 SCNT 卵母细胞23更好的替代品。未来的研究可能揭示, Latrunculin 治疗, 而不是细胞松弛素 B, 进一步提高克隆后代的生成。此外, TSA 治疗已成功地用于小鼠, 猪24, 兔25通过改变治疗时间, 时间和浓度。此外, VC 不仅提高了猪 SCNT 的胚胎发育10, 而且还改善了人类和小鼠26中的 iPS 细胞生产。因此, 推测 tsa 和 vc 治疗也可以应用于其他哺乳动物物种是合情合理的, 我们可能需要优化每个物种的 tsa 和 vc 的治疗时间。
总之, 这种方法可以使克隆小鼠具有实用的效率水平和简单的程序。因此, 本研究的结果可以使我们利用 SCNT 技术来保护珍稀动物的遗传资源, 了解核重编程和早期胚胎发育的分子机制。
作者没有什么可透露的。
这项工作得到了 jsp KAKENHI 赠款编号 JP15H06753, JP16H01321, JP16H01222, JP17H05045 的支持, K.M. 为基础科学研究项目的住友基金会赠款 (150810 至 K.M.)。一出大学研究补助金 (15-2 至 K.M. 和硕士)。作案手法承认英国癌症研究 (C6946/A24843) 和威康信托基金提供的核心支持 (203144/z/16/z)。 我们感谢 n Backes-Kamimura 女士和 j. Horvat 先生进行证明阅读。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
NaCl | Sigma-Aldrich, Co., Lcc. | 28-2270-5 | For medium |
KCl | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 169-03542 | For medium |
KH2PO4 | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 165-04242 | For medium |
MgSO4 · 7H2O | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 137-00402 | For medium |
CaCl2 · 2H2O | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 039-00431 | For medium |
D(+)-Glucose | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 041-00595 | For medium |
Sodium Pyruvate | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 199-03062 | For medium |
L-Glutamine | Sigma-Aldrich, Co., Lcc. | G3126 | For medium |
Polyvinylpyrrolidone | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 168-17042 | For medium |
NaHCO3 | Nacalai tesque, Inc. | 31213-15 | For medium |
Sodium DL-Lactate | Nacalai tesque, Inc. | 31605-72 | For medium |
Penicillin | Meiji Seika Pharma Co., Ltd. | 4987222637671 (GTIN-13) | For medium |
Streptomycin | Meiji Seika Pharma Co., Ltd. | 4987222665643 (GTIN-13) | For medium |
Sterile water, endotoxin free | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 196-15645 | For medium |
EDTA · 2Na | Dojindo Lab. | 345-01865 | For medium |
Phenol red | Sigma-Aldrich, Co., Lcc. | P0290 | For medium |
HEPES sodium salt | Sigma-Aldrich, Co., Lcc. | H3784 | For medium |
Polyvinyl alcohol | Sigma-Aldrich, Co., Lcc. | P8136 | For medium |
Bovine serum albumin | Sigma-Aldrich, Co., Lcc. | A3311 | For medium |
BT AG 501-X8 (D) Resin | Bio-Rad Lab., Inc. | 143-7425 | For preparation of dBSA |
Hyaluronidase | Sigma-Aldrich, Co., Lcc. | H3506 | For collection of oocytes and cumulus cells |
Cytochalasin B | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 034-17554 | For enucleation and oocytes activation |
Piezo micro manipulator | Prime tech, Co., Ltd. | PMM-150FU | For micromanipulation |
HVJ Envelope Cell Fusion Kit GenomONE-CF | Ishihara sangyo kaisha, Ltd. | CF001 | Containing 0.5 mL of HVJ-E suspension solution and 10 mL of cell fusion buffer for cell fusion |
SrCl2 · 6H2O | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 193-09442 | For oocytes activation |
EGTA | Sigma-Aldrich, Co., Lcc. | E8145 | For oocytes activation |
Dimethyl sulfoxide | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 045-24511 | For solvent |
Trichostatin A | Sigma-Aldrich, Co., Lcc. | T1952 | For incubating with SCNT embryos |
L-Ascorbic acid | Sigma-Aldrich, Co., Lcc. | A5960 | For incubating with SCNT embryos |
Mineral oil | Sigma-Aldrich, Co., Lcc. | M8410 | For covering medium |
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