Name: preparation of meiotic chromosome spreads from zebrafish spermatocytes
Uploaded: 2020-03-03T12:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Meiotic Chromosome Spreads from Zebrafish Spermatocytes at JoVE.com

Wij danken Trent Newman en Masuda Sharifi voor opmerkingen over het manuscript en An Nguyen voor het helpen optimaliseren van methoden voor het verspreiden en bevlekken van chromosomen van zebravissen meiocyten. Dit werk werd ondersteund door NIH R01 GM079115 toegekend aan S.M.B.

Alle methoden waarbij zebravis betrokken waren, werden uitgevoerd volgens ethische normen die waren goedgekeurd door het Institutioneel Comité voor dierenverzorging en -gebruik van uc Davis.
1. Chromosoomverspreidingsprocedure
OPMERKING: Het volgende protocol is ontworpen om 4-6 dia's te maken, met honderden verspreide meiotische kernen per dia. Het aantal gebruikte teelballen is afhankelijk van de grootte van de vis. Verwacht 20 dieren te gebruiken op ~ 60 dagen na ...

<ol>
	<li>Nagaoka, S. I., Hassold, T. J., Hunt, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+aneuploidy:+mechanisms+and+new+insights+into+an+age-old+problem.">Human aneuploidy: mechanisms and new insights into an age-old problem.</a> Nature Reviews Genetics. 13, 493-504 (2012).</li><li>Zickler, D., Kleckner, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recombination,+Pairing,+and+Synapsis+of+Homologs+during+Meiosis.">Recombination, Pairing, and Synapsis of Homologs during Meiosis.</a> Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 7, (2015).</li><li>Blokhina, Y. P., Nguyen, A. D., Draper, B. W., Burgess, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+telomere+bouquet+is+a+hub+where+meiotic+double-strand+breaks,+synapsis,+and+stable+homolog+juxtaposition+are+coordinated+in+the+zebrafish,+Danio+rerio.">The telomere bouquet is a hub where meiotic double-strand breaks, synapsis, and stable homolog juxtaposition are coordinated in the zebrafish, Danio rerio.</a> PLoS Genetics. 15, e1007730 (2019).</li><li>Saito, K., Sakai, C., Kawasaki, T., Sakai, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Telomere+distribution+pattern+and+synapsis+initiation+during+spermatogenesis+in+zebrafish.">Telomere distribution pattern and synapsis initiation during spermatogenesis in zebrafish.</a> Developmental Dynamics. 243, 1448-1456 (2014).</li><li>Oliver-Bonet, M., Turek, P. J., Sun, F., Ko, E., Martin, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temporal+progression+of+recombination+in+human+males.">Temporal progression of recombination in human males.</a> Molecular Human Reproduction. 11, 517-522 (2005).</li><li>Gruhn, J. R., Rubio, C., Broman, K. W., Hunt, P. A., Hassold, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cytological+studies+of+human+meiosis:+sex-specific+differences+in+recombination+originate+at,+or+prior+to,+establishment+of+double-strand+breaks.">Cytological studies of human meiosis: sex-specific differences in recombination originate at, or prior to, establishment of double-strand breaks.</a> PLoS One. 8, e85075 (2013).</li><li>Pratto, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recombination+initiation+maps+of+individual+human+genomes.">Recombination initiation maps of individual human genomes.</a> Science. 346, 1256442 (2014).</li><li>Brown, P. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Meiotic+synapsis+proceeds+from+a+limited+number+of+subtelomeric+sites+in+the+human+male.">Meiotic synapsis proceeds from a limited number of subtelomeric sites in the human male.</a> American Journal of Human Genetics. 77, 556-566 (2005).</li><li>Poss, K. D., Nechiporuk, A., Stringer, K. F., Lee, C., Keating, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Germ+cell+aneuploidy+in+zebrafish+with+mutations+in+the+mitotic+checkpoint+gene+mps1.">Germ cell aneuploidy in zebrafish with mutations in the mitotic checkpoint gene mps1.</a> Genes and Development. 18, 1527-1532 (2004).</li><li>Saito, K., Siegfried, K. R., N&#252;sslein-Volhard, C., Sakai, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+and+cytogenetic+characterization+of+zebrafish+meiotic+prophase+I+mutants.">Isolation and cytogenetic characterization of zebrafish meiotic prophase I mutants.</a> Developmental Dynamics. 240, 1779-1792 (2011).</li><li>Sansam, C. L., Pezza, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Connecting+by+breaking+and+repairing:+mechanisms+of+DNA+strand+exchange+in+meiotic+recombination.">Connecting by breaking and repairing: mechanisms of DNA strand exchange in meiotic recombination.</a> Febs Journal. 282, 2444-2457 (2015).</li><li>Feitsma, H., Leal, M. C., Moens, P. B., Cuppen, E., Schulz, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mlh1+Deficiency+in+Zebrafish+Results+in+Male+Sterility+and+Aneuploid+as+Well+as+Triploid+Progeny+in+Females.">Mlh1 Deficiency in Zebrafish Results in Male Sterility and Aneuploid as Well as Triploid Progeny in Females.</a> Genetics. 175, 1561-1569 (2007).</li><li>Dia, F., Strange, T., Liang, J., Hamilton, J., Berkowitz, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+Meiotic+Chromosome+Spreads+from+Mouse+Spermatocytes.">Preparation of Meiotic Chromosome Spreads from Mouse Spermatocytes.</a> Journal of Visualized Experiments. (129), e55378 (2017).</li><li>Moens, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zebrafish:+chiasmata+and+interference.">Zebrafish: chiasmata and interference.</a> Genome. 49, 205-208 (2006).</li><li>Lisachov, A. P., Zadesenets, K. S., Rubtsov, N. B., Borodin, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sex+chromosome+synapsis+and+recombination+in+male+guppies.">Sex chromosome synapsis and recombination in male guppies.</a> Zebrafish. 12 (2), 174-180 (2015).</li><li>Ocalewicz, K., Mota-Velasco, J. C., Campos-Ramos, R., Penman, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FISH+and+DAPI+staining+of+the+synaptonemal+complex+of+the+Nile+tilapia+(Oreochromis+niloticus)+allow+orientation+of+the+unpaired+region+of+bivalent+1+observed+during+early+pachytene.">FISH and DAPI staining of the synaptonemal complex of the Nile tilapia (Oreochromis niloticus) allow orientation of the unpaired region of bivalent 1 observed during early pachytene.</a> Chromosome Research. 17 (6), 773 (2009).</li></ol>

Hier beschrijven we methoden om de locatie van telomeren en chromosoom-geassocieerde eiwitten in nucleaire oppervlakte spreads van spermatocyten geïsoleerd van zebravis tetesten sonde. We verwachten dat deze methoden van toepassing zullen zijn voor de analyse van spermatocyten in andere teleostsoorten met aanpassing aan de grootte van de testis.
Hoewel slechts een paar antilichamen zijn verhoogd tot zebravis meiotic eiwitten, hebben we succes gehad met behulp van de volgende antilichamen verh...

Seksuele voortplanting verloopt door de combinatie van twee haploïde gameten, die elk de helft van de chromosoomcomplement van een somatische cel dragen. Meiosis is een gespecialiseerde celdeling die haploïde gameten produceert door middel van een ronde van DNA-replicatie en twee opeenvolgende rondes van chromosoom segregatie. In profase I moeten homologe chromosomen (homologs) koppeling, recombinatie en synapsis ondergaan, waarvan de laatste wordt gekenmerkt door de vorming van het synaptonemale complex dat bestaat uit twee homologassen die overbrugd zijn door de transversale gloeidraad, Sycp1 (figuur 1A, B). Het niet goed uitvoeren van deze processen kan leiden tot de productie van aneuploïde gameten, die een belangrijke oorzaak zijn van miskramen bij mensen1. Onze kennis van de coördinatie tussen koppeling, recombinatie en synapsis is gefaciliteerd door studies in een breed scala van organismen, zoals gist, C. elegans,muis, en Drosophila, onder andere2. Terwijl het algemene proces van homologe chromosoomkoppeling, gevolgd door segregatie, goed wordt bewaard, varieert de afhankelijkheid van recombinatie en synapsis en de volgorde van deze gebeurtenissen.
Meiotic double-strand break (DSB) formatie, die homologe recombinatie initieert, treedt op in de buurt van telomeren geclusterd in het boeket tijdens leptotene en synapsis ontstaat kort na3,4. Deze configuratie van DSB-vorming en synapsisinitiatie is ook een kenmerk van mannelijke meiose bij demens,maar niet bij muis5,6,7,8, wat suggereert dat zebravissen als model voor menselijke spermatogenese kunnen dienen. Er zijn ook verschillende praktische voordelen van het bestuderen van zebravissen meiose. Zowel mannetjes als vrouwtjes ondergaan gametogenese gedurende de volwassenheid, hun geslachtsklieren zijn gemakkelijk toegankelijk, en honderden nakomelingen worden gegenereerd uit een enkel kruis. Bovendien zijn de embryo's transparant en ontwikkelen ze zich extern, wat de vroegtijdige opsporing van afwijkingen in de embryonale ontwikkeling als gevolg van aneuploïde gameten3,9vergemakkelijkt. Nadelen van het gebruik van zebravis zijn dat ze traag zijn om seksuele rijpheid te bereiken (~ 60 dagen) en de hoeveelheid materiaal die nodig is voor nucleaire oppervlakte spreads moet worden verzameld van ~ 10-20 volwassen dieren, afhankelijk van hun grootte.
Meiotic chromosoom spread preparaten zijn een essentieel hulpmiddel voor het bestuderen van chromosoom dynamiek in alle modelorganismen, omdat de belangrijkste handtekeningen van meiotische chromosoom dynamiek kunnen worden onderzocht. Bij zebravis zijn belangrijke aspecten van de progressie van het meiotische programma en de nucleaire organisatie ontleed door indringende nucleaire oppervlaktespreads, hier aangeduid als chromosoomspreads, met antilichamen voor immunofluorescentiedetectie van eiwitten en/of nucleïnezuren door FISH3,4,9,10,11,12. Inderdaad, de gepolariseerde lokalisatie van geclusterde telomeren in het boeket kan worden bewaard in de spread preparaat (Figuur 1C). Onlangs hebben we zebravissen spermatocyten chromosoom spreads samen met fluorescentie detectie methoden en super-resolutie microscopie gebruikt om de gedetailleerde progressie van zebravissen telomeer dynamiek, homologe chromosoom koppeling, dubbele-streng breuk lokalisatie, en synapsis op key meiotic overgangen3verduidelijken. Hier presenteren we methoden om chromosoomspreads van spermatocyten van de zebravisteös voor te bereiden en ze vervolgens te bevlekken met fluorescerend peptide nucleïnezuur (PNA) sondes tot herhaalde telomeersequenties en immunofluorescentiedetectie van chromosoomgeassocieerde eiwitten.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1.5 mL centrifuge tubes</td>
			<td>Several commercial brands available</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.5 mL microcentrifuge tube rack</td>
			<td>Several commercial brands available</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>16% formaldehyde, methanol-free</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>28908</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 mL</td>
			<td>Several commercial brands available</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24 x 50 mm glass coverslips</td>
			<td>Corning</td>
			<td>2980-245</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24 x 60 mm glasscoverslips</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>16004-312</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL conical centrifuge tubes</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>363696</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autoclave bag</td>
			<td>Several commercial brands available</td>
			<td></td>
			<td>Used to make plastic coverslips.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Serum Albumin (BSA)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP1605-100</td>
			<td>Prepare a 100 mg/ml stock solution in sterile distilled water.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell Strainer, 100 &#181;m</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>08-771-19</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CF405M goat anti-chicken IgY (H+L), highly cross-adsorbed</td>
			<td>Biotium</td>
			<td>203775-500uL</td>
			<td>Use at 1:1000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chicken anti-zfSycp1</td>
			<td>Generated by Burgess lab</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Use at 1:100</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collagenase from Clostridium histolyticum</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C0130-500MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coplin jar</td>
			<td>Several commercial brands available</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DNase I, grade II from bovine pancreas</td>
			<td>Roche Diagnostics</td>
			<td>10104159001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s Modified Eagle Medium (DMEM)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>MT10014CV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dumont No. 5 Forceps</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11252-30</td>
			<td>Two are required for dissecting the testes.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eppendorf Tubes, 5 mL</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>89429-308</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Formamide</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP228-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-chicken IgY (H+L) secondary antibody, Alexa Fluor 488</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>A-11039</td>
			<td>Use at 1:1000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-chicken IgY (H+L) secondary antibody, Alexa Fluor 594</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>A-11042</td>
			<td>Use at 1:1000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-hDMC1</td>
			<td>Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td>sc-8973</td>
			<td>Does not work in our hands</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-rabbit IgG (H+L) cross-adsorbed secondary antibody, Alexa Fluor 488</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>A-11008</td>
			<td>Use at 1:1000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-rabbit IgG (H+L) cross-adsorbed secondary antibody, Alexa Fluor 594</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>A-11012</td>
			<td>Use at 1:1000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat serum</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G9023-10mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heparin sodium salt</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>H3393-100KU</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Humidity chamber</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>50-112-3683</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hybridization Oven</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>230401V (Model 5420)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Incubator Shaker</td>
			<td>New Brunswick Scientific</td>
			<td>Model Classic C25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KCl</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>P217-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kimwipes</td>
			<td>Kimerbly-Clark Professional</td>
			<td>34155</td>
			<td>Used for the humidity chamber</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KH2PO4</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>P285-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope</td>
			<td>Several commercial brands available</td>
			<td></td>
			<td>Any standard microscope capable of at least ~1.65X magnification is sufficient.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope slides</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>12-544-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse anti-hamsterSCP3</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab97672</td>
			<td>Does not work in our hands</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse anti-hMLH1</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td>550838</td>
			<td>Does not work in our hands</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse anti-hRPA</td>
			<td>Sigma-Alrich</td>
			<td>MABE285</td>
			<td>Does not work in our hands</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Na2HPO4 &#183; 7 H2O</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S373-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S271-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photo-Flo 200 solution</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>74257</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic transfer pipettes</td>
			<td>Several commercial brands available</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PNA TelC-Alexa647</td>
			<td>PNA Bio Inc</td>
			<td>F1013</td>
			<td>Prepare as per manufacturer&#39;s instructions.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PNA TelC-Cy3</td>
			<td>PNA Bio Inc</td>
			<td>F1002</td>
			<td>Prepare as per manufacturer&#39;s instructions.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ProLong Diamond Antifade Mountant</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>P36970</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ProLong Diamond Antifade Mountant with DAPI</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>P36971</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit anti-hRPA</td>
			<td>Bethyl</td>
			<td>A300-244A</td>
			<td>Use at 1:300</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit anti-hSCP3</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab150292</td>
			<td>Use at 1:200</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit anti-hRad51</td>
			<td>GeneTex</td>
			<td>GTX100469</td>
			<td>Use at 1:300</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium citrate</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S279-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S5-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Supercut Scissors, 30&#176; angle, 10 cm</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>50-822-353</td>
			<td>Can also use any pair of small scissors.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sylgard kit</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>NC9897184</td>
			<td>Prepare as per manufacturer&#39;s instructions.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP151-100</td>
			<td>Dilute in sterile distilled water to make a 20% working solution. Store at room temperature. Triton X-100 forms a precipitate when diluted in water; precipitate dissolves overnight.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin</td>
			<td>Worthington Biochemical</td>
			<td>LS003708</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin inhibitor from chicken egg white</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T9253-500MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tween 20</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>170-6531</td>
			<td>Dilute in sterile distilled water to make a 20% working solution. Store at room temperature.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vannas Spring Scissors - 4 mm (micro scissors)</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>15018-10</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation of meiotic chromosome spreads from zebrafish spermatocytes

Meiose is het belangrijkste cellulaire proces dat nodig is om haploïde gameten te maken voor seksuele voortplanting. Modelorganismen hebben een belangrijke rol gespeeld bij het begrijpen van de chromosoomgebeurtenissen die plaatsvinden tijdens de meiotische profase, waaronder de koppeling, synapsis en recombinatiegebeurtenissen die zorgen voor een goede chromosoomsegregatie. Hoewel de muis een belangrijk model is geweest voor het begrijpen van de moleculaire mechanismen die aan deze processen ten grondslag liggen, zijn niet alle meiotische gebeurtenissen in dit systeem analoog aan menselijke meiose. We hebben onlangs het opwindende potentieel van de zebravissen aangetoond als een model van menselijke spermatogenese. Hier beschrijven we, in detail, onze methoden om meiotische chromosomen en bijbehorende eiwitten te visualiseren in chromosoomspreadpreparaten. Deze preparaten hebben het voordeel dat de analyse van chromosoomstructuren met hoge resolutie kan worden geanalyseerd. Ten eerste beschrijven we de procedure voor het ontleden van teelballen van volwassen zebravis, gevolgd door celdissociatie, lyse en verspreiding van de chromosomen. Vervolgens beschrijven we de procedure voor het detecteren van de lokalisatie van meiotische chromosoomeiwitten, door immunofluorescentiedetectie en nucleïnezuursequenties, door fluorescentie in situ hybridisatie (FISH). Deze technieken omvatten een nuttige set van instrumenten voor de cytologische analyse van meiotic chromatine architectuur in het zebravissysteem. Onderzoekers in de zebravisgemeenschap moeten deze technieken snel onder de knie kunnen krijgen en opnemen in hun standaardanalyses van de voortplantingsfunctie.

We hebben een methode geschetst om zebravis spermatocyten verspreidingspreparaten voor te bereiden en te visualiseren. Wanneer correct uitgevoerd, onze procedure levert goed verspreid, niet-overlappende kernen. Om dergelijke kernen te herstellen, is het belangrijk om de juiste hoeveelheid uitgangsmateriaal te hebben (d.w.z. teelballen), teelballen te behandelen voor een voldoende lange tijd in trypsine en een voldoende aantal DNase I-behandelingen. Deze spreads kunnen vervolgens worden ge...

Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Meiotic Chromosome Spreads from Zebrafish Spermatocytes at JoVE.com

Preparation of Meiotic Chromosome Spreads from Zebrafish Spermatocytes

Nucleaire oppervlaktespreads zijn een onmisbaar hulpmiddel voor het bestuderen van chromosoomgebeurtenissen tijdens meiose. Hier demonstreren we een methode om meiotische chromosomen voor te bereiden en te visualiseren tijdens profase I van zebravissen spermatocyten.

Bereiding van Meiotic Chromosome Spreads van Zebrafish Spermatocyten

Meiosis is the key cellular process required to create haploid gametes for sexual reproduction. Model organisms have been instrumental in understanding ...

Zebrafish is in opkomst als een uitstekend gewerveld model voor het bestuderen van de chromosoomgebeurtenissen van meiose, waaronder homologe chromosoomkoppeling, synapsis en recombinatie. Dit nucleaire oppervlakte verspreiding protocol heeft ons in staat gesteld om de belangrijkste kenmerken van meiotische chromosoom architectuur visualiseren met behulp van super resolutie microscopie. Onderzoekers kunnen verwachten honderden goed verspreide kernen per dia met minder puin dan andere zebravissen verspreid protocollen.Het meest technisch uitdagende deel van deze procedure is de dissectie van de zebravis teelballen omdat het in de nabijheid van de huid is en ook aan andere organen is bevestigd. Het visualiseren van de dissectieprocedure zal onderzoekers in staat stellen om te weten wat ze kunnen verwachten wanneer ze de gonad ingebed in het weefsel van het dier zien. Na het euthanaseren van mannelijke zebravissen, onthoofden een vis tegelijk met een kleine schaar en gebruik dan micro schaar te snijden langs de ventrale middellijn om de lichaamsholte bloot te stellen.Plaats de vis in een met siliconen gecoate petrischaal en bedek door een ondiepe plas 1X PBS. Onder een microscoop bij vergroting van 1.65X ontleden de teelballen met behulp van tangen. Verwijder zoveel mogelijk vet en omliggende weefsel uit de teelballen mogelijk.De gonad zal doorschijnend lijken onder de dissectie scope licht, terwijl het omringende vet kan een iets donkerder uiterlijk hebben. Sommige hoeveelheid vet kan worden achtergelaten op de gonad zonder afbreuk te doen aan de procedure. Voeg elke ontleed teelballen direct in een vijf milliliter buis met twee milliliter DMEM en houd op ijs.Om de teelballen cellen te scheiden, voeg 200 microliter collagenase oplossing aan de vijf milliliter buis met de teelballen. Meng de oplossing door deze meerdere keren om te keren. Schud de teelballen voorzichtig in een couveuse shaker horizontaal bij 100 RPM bij 32 graden Celsius.Keer de buis snel om om de 10 minuten om dissociatie te vergemakkelijken. Na een uur is de DMEM troebel en zijn de teelballen in kleine stukjes. Terwijl de teelballen worden geïncubeerd in collagenase, prewarm 100 microliters van 0,1 molaire sacharoseoplossing tot 37 graden Celsius.Om de collagenase uit te wassen, voeg DMEM toe aan een laatste volume van vijf milliliter en keer de buis een paar keer om. Pellet de teelballen op 200 g gedurende drie minuten bij kamertemperatuur. Verwijder drie milliliter van de supernatant, zodat slechts twee milliliter overblijven.Herhaal de DMEM-wasbeurt twee keer. Na de laatste DMEM wassen, verwijder vier milliliter van de supernatant en voeg een milliliter DMEM, 200 microliter trypsine oplossing, en 20 microliter van DNase I oplossing. Keer de buis een paar keer om om de oplossing te mengen.Horizontaal schud de buis bij 32 graden Celsius bij 100 RPM. Snel omkeren van de buis om de vijf minuten om dissociatie te vergemakkelijken. Na vijf tot 15 minuten bevat de DMEM-oplossing slechts een paar klontjes.Voeg 500 microliter van de trypsineremmeroplossing en 50 microliter van DNase I-oplossing toe. Keer de buis een paar keer om te mengen en draai vervolgens kort naar beneden op 200 g gedurende drie minuten bij kamertemperatuur om vloeistof of klontjes te verwijderen die zich aan de buisdop of de zijkant van de buis kunnen hechten. Plaats de buis op ijs en resuspend de cel suspensie door herhaaldelijk pipet op en neer met een plastic transfer pipet gedurende twee minuten om de dissociatie van de resterende klonten te vergemakkelijken.Zorg ervoor dat de celsuspensie niet in de lamp van de transferpipet gaat. Dan pre-nat een 100 micron cel zeef met DMEM en plaats het op de top van een 50 milliliter buis op ijs. Breng de cel suspensie door de zeef een druppel per keer met behulp van een plastic overdracht pipet.Breng het filtraat met behulp van een plastic transfer pipet naar een nieuwe vijf milliliter buis. Zorg ervoor dat u de samengevoegde cellen aan de onderkant van het filter verzamelt. Voeg DMEM toe aan de buis aan een eindvolume van vijf milliliter.Pellet de cellen op 200 g gedurende vijf minuten bij kamertemperatuur. Verwijder zoveel mogelijk supernatant mogelijk zonder verstoring van de pellet en voeg vijf microliters van DNase I oplossing direct in de pellet. Meng vervolgens de pellet met de DNase I oplossing door de buitenbodem van de buis vier tot vijf keer voorzichtig te schrapen langs een leeg microcentrifugebuisrek.Voeg DMEM toe aan een eindvolume van vijf milliliter en meng de oplossing door de buis meerdere keren om te keren. Pellet de celsuspensie op 200 g gedurende twee minuten bij kamertemperatuur. Herhaal de DNase behandeling een extra een tot drie keer totdat de geresuspended pellet niet klonteren op toevoeging van DMEM.Na de laatste spin, verwijder zoveel mogelijk supernatant mogelijk zonder verstoring van de pellet. Voeg vervolgens een milliliter 1X PBS toe en verdring de pellet door de buitenbodem van de buis voorzichtig langs een leeg buizenrek te schrapen. Pellet de celsuspensie op 200 g gedurende vijf minuten en verwijder vervolgens zoveel mogelijk supernatant mogelijk zonder de pellet te storen.Snijd drie millimeter van het einde van een 200 microliter pipet tip om het diafragma te verbreden. Met de gesneden pipetpunt, resuspend de pellet in 80 microliters van 0,1 molaire sacharoseoplossing door op en neer te pipezen. Laat de celopening drie minuten op kamertemperatuur zitten.Vervolgens, met een pipettip, bestrijk een dia met 100 microliters van 1%formaldehyde met 0,15%Triton X-100. Voeg vervolgens 18 microliter van de sucrosecelopening toe aan het midden van de glijbaan in een rechte lijn loodrecht op de lange rand. Kantel de schuif heen en weer om de verspreiding van de celopening naar alle hoeken te vergemakkelijken.Plaats de glijbanen plat in een licht gebarsten open vochtigheidskamer om te voorkomen dat de formaldehydeoplossing uitdroogt. Plaats de vochtigheidskamer 's nachts in een donkere lade. Haal 's ochtends het deksel uit de vochtigheidskamer en laat de glijbanen volledig drogen.Plaats de glijbanen in een coplin pot en vul de coplin pot met gedestilleerd water. Vijf minuten lang uitbroeden met zacht schudden bij kamertemperatuur. Giet het water uit en vul de pot met een tot 250 bevochtigingsmiddel.Was twee keer gedurende vijf minuten elk met zachte schudden op kamertemperatuur. Laat de dia's volledig drogen en bewaar bij min 20 graden Celsius totdat ze zijn gekleurd. Dit protocol schetste een methode voor het voorbereiden en visualiseren van zebravissen spermatocyten verspreiding die goed verspreide niet-overlappende kernen oplevert.De panelen aan de linkerkant tonen drie fasen van meiotische profase, leptoteen, vroege zygotene, en pachytene. Telomeren waren bevlekt magenta voor elke fase. Een voorbeeld van slechte kwaliteit spreads als gevolg van onvoldoende DNase I behandelingen worden hier getoond.Meiotische chromosomen gekleurd voor SYCP3 geven overlappende kernen als gevolg van een viskeuze sucrose cel suspensie die voorkomt dat cellen zich goed verspreiden op de dia. Het is zeer belangrijk om te beginnen met de juiste hoeveelheid uitgangsmateriaal, zebravis te behandelen voor de juiste hoeveelheid tijd in trypsine, en het uitvoeren van het nodige aantal DNase I behandelingen als niet te doen kan leiden tot zeer weinig kernen of klonterde kernen. Goede PBM moet altijd worden gedragen bij het werken met formaldehyde.Na de verspreidingsprocedure kunnen chromosomen worden gekleurd om verschillende chromosomale structuren en dubbelstrengbreuken te visualiseren om de timingafhankelijkheid en lokalisatie van meiotische gebeurtenissen te analyseren. Onze techniek heeft de weg vrijgemaakt om aan te tonen dat zebravissen een beter model van menselijke spermatogenese kunnen zijn dan de muis op basis van de chromosoomkenmerken en het telomeerboeket.

Research

JoVE Journal

Genetics

Sample Preparation and Analysis of RNASeq-based Gene Expression Data from Zebrafish

Bereiding van de monsters en de analyse van de RNASeq gebaseerde gen expressie gegevens uit de zebravis

The analysis of global gene expression changes is a valuable tool for identifying novel pathways underlying observed phenotypes. The zebrafish is an ...

Expedited Radiation Biodosimetry by Automated Dicentric Chromosome Identification (ADCI) and Dose Estimation

Expedited Radiation Biodosimetry by Automated Dicentric Chromosome Identification ADCI and Dose Estimation

Versnelde straling Biodosimetry geautomatiseerde door Dicentric chromosoom identificatie (ADCI) en de schatting van de dosis

Biological radiation dose can be estimated from dicentric chromosome frequencies in metaphase cells. Performing these cytogenetic dicentric chromosome ...

Pooled shRNA Screen for Reactivation of MeCP2 on the Inactive X Chromosome

Gebundelde shRNA scherm voor de heractivering van het MeCP2 op het inactieve X-chromosoom

Forward genetic screens using reporter genes inserted into the heterochromatin have been extensively used to investigate mechanisms of epigenetic control ...

Ultralow Input Genome Sequencing Library Preparation from a Single Tardigrade Specimen

Ultralow Input genoom Sequencing bibliotheek bereiding op basis van een enkel exemplaar van de Tardigrade

Tardigrades are microscopic animals that enter an ametabolic state called anhydrobiosis when facing desiccation and can return to their original state ...

High-throughput DNA Extraction and Genotyping of 3dpf Zebrafish Larvae by Fin Clipping

High-throughput DNA-extractie en de genotypering van 3dpf Zebrafish larven door Fin knippen

Zebrafish (Danio rerio) possess orthologues for 84% of the genes known to be associated with human diseases. In addition, these animals have a short ...

High-throughput Identification of Gene Regulatory Sequences Using Next-generation Sequencing of Circular Chromosome Conformation Capture (4C-seq)

High-throughput Identification of Gene Regulatory Sequences Using Next-generation Sequencing of Circular Chromosome Conformation Capture 4C-seq

High-throughput identificatie van regelgevende gensequenties met behulp van Next-generation Sequencing van circulaire chromosoom conformatie Capture (4C-seq)

The identification of regulatory elements for a given target gene poses a significant technical challenge owing to the variability in the positioning and ...

A Non-random Mouse Model for Pharmacological Reactivation of Mecp2 on the Inactive X Chromosome

Een niet-willekeurig muis model voor farmacologische reactivering van Mecp2 op het inactieve X-chromosoom

X chromosome inactivation (XCI) is the random silencing of one X chromosome in females to achieve gene dosage balance between the sexes. As a result, all ...

Identification of Enhancer-Promoter Contacts in Embryoid Bodies by Quantitative Chromosome Conformation Capture (4C)

Identification of Enhancer-Promoter Contacts in Embryoid Bodies by Quantitative Chromosome Conformation Capture 4C

Identificatie van enhancer-promotor contacten in embryoïide lichamen door kwantitatieve chromosoomconformatie Capture (4C)

During mammalian development, cell fates are determined through the establishment of regulatory networks that define the specificity, timing, and spatial ...

Chromosome Screening of Human Preimplantation Embryos by Using Spent Culture Medium: Sample Collection and Chromosomal Ploidy Analysis

Chromosoomscreening van menselijke pre-implantatie-embryo's met behulp van gebruikt kweekmedium: monsterafname en chromosomale ploïdieanalyse

In clinical in vitro fertilization (IVF), the prevailing method for PGT-A requires biopsy of a few cells from the trophectoderm (TE). This is the lineage ...

Capturing Chromosome Conformation Across Length Scales

Chromosoomconformatie vastleggen over lengteschalen

Chromosome conformation capture (3C) is used to detect three-dimensional chromatin interactions. Typically, chemical crosslinking with formaldehyde (FA) ...