Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Burada, bir sığır oositindeki mitokondriyal DNA kopya sayılarını önemli ölçüde azaltmak için bir protokol sunuyoruz (P < 0.0001). Bu yöntem, oosit mitokondrisini önemli ölçüde azaltmak için santrifüjleme ve biseksiyon kullanır ve yeniden yapılandırılmış türler arası somatik hücre nükleer transfer embriyolarında gelişme şansının artmasına izin verebilir.
Türler arası somatik hücre nükleer transferi (iSCNT), nesli tükenmekte olan türleri kurtarmak için kullanılabilir, ancak yeniden yapılandırılmış embriyoda iki ayrı mitokondriyal DNA (mtDNA) popülasyonu bulunur: biri alıcı ooplazmasında ve diğeri donör somatik hücrede. Bu mitokondriyal heteroplazmi, embriyo ve fetüste gelişimsel sorunlara yol açabilir. El yapımı klonlama protokolleri, mtDNA kopya sayısını azaltmak için kullanılabilecek ve yeniden yapılandırılmış bir embriyodaki mitokondriyal heteroplazmi derecesini azaltan oosit biseksiyonunu içerir. Reddedilmiş, olgun sığır oositlerinin santrifüjlenmesi, yumurtanın bir kutbunda görünür bir mitokondri-yoğun fraksiyon üretti. Oositlerin zonae pellucidae'leri bir pronaz çözeltisine maruz bırakılarak çıkarıldı. Biseksiyon, görünür mitokondri fraksiyonunu çıkarmak için bir mikrobıçak kullanılarak gerçekleştirildi. qPCR, tüm oositlerden ve biseke edilmiş ooplastlardan ekstrakte edilen DNA örneklerinde bulunan mtDNA'yı ölçmek için kullanıldı ve biseksiyondan önce ve sonra mtDNA kopya sayılarının karşılaştırılmasını sağladı. Kopya sayıları, döngü eşik değerleri, standart bir eğrinin regresyon çizgisi formülü ve mtDNA PCR ürünlerinin ve genomik PCR ürünlerinin ilgili boyutlarını içeren bir oran kullanılarak hesaplandı. Bir sığır oositinin ortalama mtDNA kopya sayısı (± standart sapma) 137.904 ± 94.768 (n = 38) idi. Bir mitokondri tükenmiş ooplastın ortalama mtDNA kopya sayısı 8,442 ± 13,806'dır (n = 33). Mitokondri bakımından zengin bir ooplastta bulunan ortalama mtDNA kopyaları 79.390 ± 58.526 mtDNA kopyasıydı (n = 28). Bu hesaplanan ortalamalar arasındaki farklar, santrifüjleme ve müteakip biseksiyonun, orijinal oosit ile karşılaştırıldığında mitokondri tükenmiş ooplastta bulunan mtDNA kopya sayılarını önemli ölçüde azaltabileceğini göstermektedir (P < 0.0001, tek yönlü ANOVA tarafından belirlenir). mtDNA'daki azalma, yeniden yapılandırılmış bir embriyodaki mitokondriyal heteroplazmi derecesini azaltmalı ve muhtemelen standart embriyonik ve fetal gelişimi teşvik etmelidir. Somatik donör hücreden mitokondriyal ekstrakt ile takviye de başarılı embriyonik gelişim elde etmek için gerekli olabilir.
Somatik hücre nükleer transferi (SCNT), bir hayvandan enüklee edilmiş bir oositin ve aynı türdeki bir hayvandan bir somatik hücrenin füzyonunu içerir. Çoğu durumda, oosit ve somatik hücre aynı türden kaynaklanır ve canlı doğum oranları %6'nın altındadır1. Bazı araştırmalar, iki farklı türden kaynaklanan somatik bir hücre ve oositin füzyonunu içeren türler arası SCNT'nin (iSCNT) kullanımını içerir. Bu çalışmalarda, canlı doğum oranları SCNT'den bile daha düşüktür - tipik olarak% 1'den azdır1. Bununla birlikte, iSCNT, nesli tükenmekte olan türleri kurtarma yöntemi olarak kullanılma kapasitesine sahiptir, çünkü bu hayvanlardan gelen somatik hücreler germ hücrelerinden daha erişilebilirdir1. iSCNT'de kullanılan alıcı oositler genellikle inekler, domuzlar ve fareler gibi evcil veya yaygın laboratuvar türleridir. Şimdiye kadar yapılan bazı girişimler başarılı bir şekilde canlı genç üretmişlerdir, ancak üretilen yavrular intrajenerik hayvanlar olmuştur (alıcı oosit türleri ve donör hücre türleri aynı cinsin üyeleriydi)2,3,4. Interjenerik modeller (farklı cinslerdeki hayvanlardan bir oosit ve somatik hücre kullanan) henüz canlı hayvanlar üretmemiştir ve yeniden yapılandırılmış embriyoların çoğu, in vitro gelişimin 8-16 hücre aşamasında tutuklanır 5,6,7,8. Bu embriyonik gelişimsel arrestin olası bir açıklaması, embriyolarda mitokondriyal heteroplazminin ortaya çıkmasıdır - tek bir hücrede birden fazla mitokondri DNA (mtDNA) tipinin varlığı. Heteroplazmi, embriyoda veya canlı hayvanda gelişimsel verimsizlik veya başarısızlık gibi sorunlara yol açabilir1. Patogenez, hayvanın yaşamının ilerleyen dönemlerinde de ortaya çıkabilir9. Bu sorun SCNT yavrularında da mevcut olmasına rağmen, iSCNT embriyolarındaki interspesifik bileşen sorunu daha da kötüleştirmektedir.
Embriyonik mtDNA iki farklı türden geldiğinde, çoğunluğu temsil eden alıcı oosit mitokondri, donör hücrenin çekirdeği1,10 ile verimli veya etkili bir şekilde çalışmaz. iSCNT'de kullanılan iki tür arasındaki daha büyük taksonomik boşluklar muhtemelen bu sorunu yoğunlaştırır; Üretilen intrajenerik canlı yavruların (Bos taurus oositleri kullanan Bos gaurus ve Bos indicus yavruları) yanı sıra geleneksel SCNT yoluyla üretilen yavruların (örneğin, Ovis koç oositleri kullanan Yumurtalık Koç yavruları) kimera olduğu gösterilmiştir (bu hayvanlarda iki kişiden mtDNAmevcuttu 11,12,13). Yine de, interjenerik SCNT embriyoları 14,15'ten çok daha fazla geliştiler. Oosit mitokondrisi ile donör hücrenin çekirdeği arasındaki bilgi alışverişi, intrajenerik embriyoda interjenerik embriyodan daha başarılı olabilir16.
Olgun bir sığır oositindeki mtDNA miktarı, bir somatik hücrede bulunan miktardan yaklaşık 100 kat daha fazladır12. Bu oranın azaltılması, somatik hücreli mitokondrinin yeniden yapılandırılmış embriyo içinde çoğalmasını teşvik edebilir ve daha büyük bir üretken mitokondri popülasyonunun bulunmasına izin verebilir16. Bu da gelişmekte olan embriyonun gereksinimlerini karşılamak için daha fazla enerji sağlayabilir15. Oosit veya embriyonun mtDNA kopya sayısını azaltmak için yapılan önceki girişimler arasında kimyasal uygulama, mikromanipülasyon ve yumurta veya embriyonun donör hücre türlerinden16,17,18,19,20 ek mitokondri ile takviye edilmesi yer almaktadır. Bununla birlikte, kimyasal uygulama (2',3'-dideoksisitidin gibi) embriyonik gelişim için ideal değildir ve oosit mtDNA kopya sayılarını yaklaşık yarı yarıya18 oranında azaltmıştır. Mikromanipülasyon ile önceki oosit mtDNA indirgemesi, oositin mtDNA17'sinin sadece% 64'ünü çıkarmıştır. Donör hücre mitokondrisinin takviyesi uygulanabilir bir seçenek olsa da, kullanımı henüz iSCNT çalışmaları21'de canlı bir interjenerik hayvan üretmemiştir.
Oosit mtDNA kopya sayısını azaltmak için biseksiyon kullanımı henüz yayınlanmış çalışmalarda kullanılmamıştır. Ooblastları somatik bir hücre ile kaynaştırmak amacıyla oositlerin ikiye bölünmesi, tipik olarak polar cismi ve metafaz plakasını metafaz II (MII) oositinden çıkarma yöntemi olarak kullanılan el yapımı klonlamanın (HMC) öncülü. HMC, keçiler, sığırlar, domuzlar, koyunlar ve atlar22,23,24,25,26 dahil olmak üzere çeşitli türlerde başarıyla yavru üretmiştir, ancak tipik olarak biseksiyondan önce bir santrifüjleme adımı içermez. Yumurtanın yüksek hızlı santrifüjlenmesinin entegre edilmesi, oositin bir kutbunda mitokondrinin (ve dolayısıyla mtDNA'nın) izolasyonuna izin verir, bu da daha sonra bu mitokondri-yoğun fraksiyonları çıkarmak için bir mikrobıçak kullanılarak ikiye bölünebilir. İki mitokondri tükenmiş ooplast, HMC'de olduğu gibi, oosit türlerinden önemli ölçüde daha az mtDNA içeren yeniden yapılandırılmış bir embriyo oluşturmak için somatik bir hücre ile kaynaştırılabilir.
Bu protokolle cevaplamaya çalıştığımız soru, daha az heteroplazmik mtDNA içeren uygulanabilir bir yeniden yapılandırılmış embriyo üretmek için sığır oositindeki mtDNA'nın nasıl azaltılacağıdır. Bu protokolde oositler santrifüj edilmiş ve ikiye bölünmüştür. Ooplast ve bozulmamış oosit mtDNA kopya sayıları, bu tekniğin sığır oositinin mtDNA kopya sayısını azaltmadaki etkinliğini belirlemek için hesaplandı.
Aşağıdaki protokol, Utah Eyalet Üniversitesi tarafından sağlanan hayvan bakımı ve etik kurallarına uymaktadır.
1. Medya hazırlığı
2. Sığır oositlerinin in vitro olgunlaşması (IVM)
3. Yumurtaların santrifüjlenmesi
NOT: Oositler inkübatöre olgunlaşma ortamında yerleştirildiyse, onları en son toplandıkları HSOF damlasına taşıyın.
Resim 1: Bisection plakası. Gösterilen tüm damlalar 20 μL hacme sahiptir. Plaka 60 mm çapa sahiptir. Damlalar tamamen mineral yağ ile kaplanmıştır. Oositler ilk önce en üstteki ve en soldaki T2 damlasına yerleştirilecektir (burada bir yıldızla gösterilir). PRO/T2: 10 μL pronaz ve 10 μL T2, mikrodamlalar oluşturulmadan önce birleştirilir. CB / T20: 1 mL T20 başına 1 μL sitokalasin B, mikrodamlalar oluşturmadan önce birleştirilir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Resim 2: İşaretli biseksiyon plakası. Mikroskop altında yapılan gözlemler ve oosit ve ooplast transferleri için konum referansları sağlamak amacıyla plakanın altına ince uçlu bir işaretleyici ile çizgiler çizilir. Oositler ilk önce en üstteki ve en soldaki T2 damlasına yerleştirilecektir (burada bir yıldızla gösterilir). Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
4. Biseksiyon için oositin hazırlanması
NOT: Aşağıdaki işlem, oositlerin biseksiyon için hazırlanmasını içerir.
Şekil 3: Pronaz kullanılarak zona pellucida'nın çıkarılması. (80x) Bir oosit zona pellucida, pronaz zona pellucida'yı oositin bitişik T2 damlasına taşınması için yeterince etkilediğinde deforme olmaya başlayacaktır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Biseksiyon damlalarında oosit oryantasyonu . (80x) Zonasız oositler, bieksiyondan önce her CB / T20 damlasında dikey bir yönde biriktirilir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
5. Yumurtaların biseksiyonu
6. mtDNA'nın nicelleştirilmesi
Şekil 5: Somatik hücre mtDNA standart eğrisi. Bu standart eğri, qPCR reaktifleri ve protokol adım 6.3'te açıklandığı gibi program kullanılarak sığır somatik hücrelerinin logaritmik konsantrasyonlarının mtDNA nicelleştirilmesiyle oluşturulmuştur. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Kantitatif PCR (qPCR) sonuçları, her bir ooplastta bulunan mtDNA'nın göreceli miktarlarını belirlemek için kullanılır. Tarif edilen reaksiyon, sığır mtDNA'sının 12S bölgesini büyütmek için tasarlanmıştır.
Biseksiyon başarılı olursa, tüm oositlerden ve mitokondri yoğun ooblastlardan alınan örnekler benzer Ct değerlerine sahip olacaktır. Mitokondri indirgenmiş ooplastlardan alınan örnekler, diğer iki gruptan alınan örneklere kıyasla daha yüksek C<...
Daha önce oositlerde mtDNA kopya sayılarını azaltmak için kullanılan yöntemlerin dezavantajları vardır. Mitokondrilerin oositlerden mikromanipülasyon temelli uzaklaştırılması, mtDNA kopya sayılarını ortalama %64 oranında azaltır27. Daha önce enükleasyon için kullanılan benzersiz bir yöntem, küçük çaplı Pasteur pipetlerin kullanılmasını ve bir mikrodamla ortam ile çevresindeki mineral yağ arasındaki sınırda zona pellucida içermeyen bir oositin bölünmesini iç...
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyleri yoktur.
Yazarlar, Utah Eyalet Üniversitesi'ndeki meslektaşlarına, San Diego Hayvanat Bahçesi'ndeki Üreme Bilimleri araştırmacılarına ve Genus PLC'deki Dr. Rebecca Krişer'e teşekkür etmek istiyor.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.5 mL centrifuge tubes | Fisher Scientific | 5408129 | |
60 mm dish | Sigma-Aldrich | D8054 | |
Centrifuge | Eppendorf | 5424 | |
Cytochalasin B | Sigma-Aldrich | C6762 | |
Fetal Bovine Serum | Sigma-Aldrich | F2442 | |
M199 Media | Sigma-Aldrich | M4530 | |
Mineral Oil | Sigma-Aldrich | M8410 | |
Mini Centrifuge | SCILOGEX | D1008 | |
mtDNA Primer: Forward (12S) | GGGCTACATTCTCTACACCAAG | ||
mtDNA Primer: Reverse (12S) | GTGCTTCATGGCCTAATTCAAC | ||
NanoDrop Spectrophotometer | Thermo Scientific | ND2000 | |
Opthalmic Scalpel with Aluminum Handle | PFM Medical | 207300633 | Microblade for bisection |
Protease/pronase | Sigma-Aldrich | P5147 | |
QIAamp DNA Micro Kit | Qiagen | 56304 | |
QuantStudio™ 3 - 96-Well 0.2-mL | ThermoFisher | A28567 | |
Search plate | Fisher Scientific | FB0875711A | |
SYBR Green qPCR Master Mix | ThermoFisher | K0221 | qPCR master mix |
Synthetic Oviductal Fluid with HEPES (HSOF) | |||
ThermoPlate | Tokai Hit | TPi-SMZSSX | Heating stage |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır