本文描述了小鼠睾丸的显微注射与电穿孔技术 在 体内 作为 用于研究精子发生独特过程的小鼠睾丸细胞转染技术。本方案包含玻璃毛细管制备、通过输出小管显微注射以及电穿孔转染等步骤。
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本文描述了小鼠睾丸的显微注射与电穿孔技术 在 体内 作为 用于研究精子发生独特过程的小鼠睾丸细胞转染技术。本方案包含玻璃毛细管制备、通过输出小管显微注射以及电穿孔转染等步骤。
本视频与文章详细介绍了小鼠睾丸的显微注射与电穿孔技术 在 体内这种特定的睾丸小鼠细胞转染技术可用于研究精子发生过程中的独特机制。
以下实验方案重点介绍将质粒构建体转染入小鼠睾丸细胞的操作。具体而言,我们使用了报告载体 pEGFP-C1,该载体表达增强型绿色荧光蛋白(eGFP),同时也使用了表达红色荧光蛋白(DsRed2)的 pDsRed2-N1 载体。两种报告基因均由人巨细胞病毒立即早期启动子(CMV)驱动表达。
为了将基因导入小鼠睾丸,需将报告质粒构建体注射到活体小鼠的睾丸中。为此,需暴露麻醉动物的睾丸,并准备显微注射部位。我们首选的注射部位是输出小管,其最终连接的睾网是精子在睾丸与附睾之间运输的解剖通路。通过使用染色的DNA溶液,可在显微注射后很好地实现并控制曲细精管的填充。当观察到睾丸因其着色的管状结构而充分填充后,对该器官进行电穿孔处理。这使得DNA溶液能够进入睾丸 细胞。经过3天的孵育后,取出睾丸并在显微镜下检测绿色或红色 荧光,以显示转染是否成功。
通常,本方案可用于将DNA或RNA载体递送至活体小鼠睾丸中,以实现基因的(过)表达或基因敲低,从而促进 在 体内 基因功能分析。此外,该技术也适用于报告基因载体或推测的基因调控元件的研究。因此,电穿孔技术的主要优势在于操作快速、耗时较少,且相较于其他替代技术,所需的设备和技术要求适中。
哺乳动物的精子发生被认为是一个复杂的过程,其中自我更新的干细胞相继经历有丝分裂、减数分裂和分化,最终发育为成熟的单倍体精子。这些形态学变化由多种细胞类型协同调控,尽管已有大量深入研究,目前仍无法在细胞培养体系中完全模拟这些过程。1,2因此,迄今为止关于精子发生的研究仍依赖于活体生物 在 体内 模型。通常,基因功能研究依赖于转基因动物。然而,构建和维持此类动物模型耗时较长、成本高昂且操作复杂。这主要是由于需要通过长期的繁育过程来获得并维持跨代的转基因。此外,当靶向的基因在多个区域具有必需功能时,采用转基因或基因敲除方法对整个生物体进行遗传操作容易导致生理功能障碍。 例如,睾丸外或全身性地。
此外,一些瞬时转染方法存在一些关键性缺点。例如,病毒介导的基因转移通常可能引发免疫反应,并需要额外的安全规范;而脂质体转染3和微粒轰击4则可能对组织造成损伤,且其转染效率仅限于一定深度的细胞层。
相比之下,电穿孔(EP)作为另一种常见的瞬时转染方法,似乎是一种有望实现体内转染和持续进行体内基因分析的技术。通常,EP 被称为一种动态现象,依赖于跨膜局部电压,从而在纳秒内介导形成孔道。这些孔道可维持数毫秒,足以允许 DNA、RNA 或小分子进入细胞5。当施加的电压 过高时,由于产热以及过度通透性的诱导,EP 通常具有的瞬时特性会被抵消,进而导致细胞发生不可逆损伤5。
在此,我们证明电穿孔是一种有效且经济的转染系统,可用于遗传性睾丸转化,以阐明睾丸基因特性 在 体内本文介绍了质粒制备、通过输出小管进行显微注射以及随后对小鼠睾丸进行电穿孔的技术。该方法可作为实现小鼠睾丸曲细精管快速、特异且高效转染的首选手段。 在 体内 为了研究精子发生过程。
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所有动物实验均已获得当地伦理委员会(德国梅克伦堡-前波美拉尼亚州农业、食品安全与渔业局)的批准。
1. 质粒制备
2. 显微注射针的制备
3. 麻醉与手术
4. 显微注射与DNA应用
5. 睾丸电穿孔
6. 伤口闭合与术后处理
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小鼠睾丸显微注射与电穿孔实验操作环境 体内 如按照方案使用,其示意图如下所示 图1尽管可以购买工业制造的微量移液器,但我们更倾向于通过拉制来自制移液器图1A)以及斜面处理(图1B) 玻璃毛细管,以满足我们的需求。显微注射和电穿孔所用设备如图所示 图1C出于转染效率的考虑,使用方波电穿孔仪至关重要。
图2展示了小鼠手术的关键步骤,特别聚焦于输出小管的准备。在此过程中,首先暴露睾丸(图2A),通过双目显微镜观察识别输出小管,并将其从脂肪组织中分离(图2B)。随后,使用显微注射移液管穿刺输出小管,并注入质粒溶液(图2C-E)。最后,将载有质粒的睾丸置于两个电极之间,通过施加方波脉冲进行转染(图2F)。
这种...
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生殖生物学领域的研究,特别是在男性生育力和精子发生方面,不可避免地依赖于活体生物。为了研究睾丸功能,目前尚未建立能够充分反映从二倍体精原细胞到单倍体成熟精子所有关键形态变化的合适细胞培养/体外系统1,2。因此,构建转基因动物常常是男性生殖生物学研究中必不可少且极具价值的工具。为此,研究人员已构建了大量转基因、基因敲除和基因敲入小鼠,这些模型为理解男性生育力提供了重要见解。然而,转基因小鼠的制备通常需要将基因构建体注射到受精卵的原核中。该技术耗时较长,且通常需由专业实验室完成。而构建基因敲除或基因敲入动物的技术则更为复杂。
研究活体模式生物基因功能的另一种方法是瞬时转染。然而,常用的病毒载体转导可能引发免疫原性或其他非特异性反应,并需要特殊的生物安全规范。脂质体转染3和微粒轰击4等方法则受限于特定的细胞深度,甚至可能对组织产生不良影响。
然而,通过在靶组织上直接施加电方波脉冲(即所谓的电穿孔),实际上可以实现对活...
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Marten Michaelis、Alexander Sobczak 和 Joachim M. Weitzel 任职于德国杜默斯托夫莱布尼茨家畜生物学研究所(FBN)生殖生物学研究所,声明他们不存在任何竞争性经济利益。
我们感谢明斯特大学生殖医学与男科学中心的Birgit Westernstroeer教授传授睾丸显微注射技术。此外,我们感谢Ursula Antkewitz和Petra Reckling提供的技术协助。我们感谢 德国研究基金会(DFG)对本工作的资助(WE2458/10-1)。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 离心机 | Sigma | 1-15 PK | |
| 分光光度计 | Nanodrop | ND-1000 | |
| 微量移液器拉制仪 | Narishige | PC-10 | 垂直毛细管拉制仪 |
| 显微注射毛细管 | Clark | GC100-10 | 硼硅酸盐标准壁 |
| 微量移液器斜面研磨仪 | Bachofer | Typ 462 | 旋转盘式斜面研磨仪 |
| 电穿孔仪 | Nepagene | CUY 21EDIT | 方波电穿孔仪 |
| 镊形电极 | Nepagene | CUY 650P5 | 5 mm Ø 圆盘电极 |
| 体视显微镜 | Zeiss | Stemi 2000-C | |
| 冷光源 | Zeiss | KL 1500LCD | |
| 显微注射泵 | Eppendorf | Femtojet | |
| 显微操作器 | 自制 | XYZ 三维平移台 | |
| 外科手术器械 | FST | 剪刀、镊子、持针器 | |
| 精细镊子 | FST | Dumont #5, #7 | 用于输出小管制备 |
| Michel夹施加器 | FST | Michel, 12029-12 | |
| Michel缝合夹 | FST | Michel, 12040-01 | 7.5 x 1.75 mm |
| 外科缝合线 | Catgut, Markneukirchen, Germany | Catgut 00 | |
| 带30G针头的注射器 | B. Braun | Omnican 40 | 用于填充微量移液器及麻醉 |
| 质粒提取试剂盒 | Promega | Cat. # A2495 | 质粒中量提取 |
| 质粒pEGFP-C1 | Clontech | Cat. #6084-1 | CMV启动子 + EGFP |
| 质粒pDsRed2-N1 | Clontech | Cat. #6084-1 | CMV启动子 + DsRed2 |
| 快绿染料 | Sigma | F7258-25G | 用于在ddH2O中稀释 |
| 10% 氯胺酮 | Serum Werk, Bernburg, Germany | Urotamin | 与赛拉嗪按1:1比例混合使用 |
| 2% 赛拉嗪 | Serum Werk, Bernburg, Germany | Xylazin | 与氯胺酮按1:1比例混合使用 |
| 斯迪林消毒液 | Bode Chemie | Sterillium | 消毒 |
| 兽用软膏 | S&K Pharma, GmbH | Kerato Biciron 5%, Augensalbe | 眼科软膏,用于防止眼睛干燥 |
| To-Pro-3 碘化物 | Invitrogen | T3605 | |
| 10x PBS, pH 7.4 | |||
| 1.37 M NaCl | Carl Roth | 3957.1 | |
| 布洛芬,Dolormin | Johnson & Johnson Consumer Health Care Germany | 01094902 | 术后镇痛用解热镇痛药(非甾体抗炎药)儿童溶液 |
| 27 mM KCl | Carl Roth | 6781.1 | |
| 100 mM Na2HPO4·2H2O | Carl Roth | T106.2 | |
| 18 mM KH2PO4 | Carl Roth | 3904.1 |
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