Desarrollo y reproducción del ratón de laboratorio

Development and Reproduction of the Laboratory Mouse

JoVE Science Education
Biology II: Mouse, Zebrafish, and Chick

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JoVE Science Education Biology II: Mouse, Zebrafish, and Chick

Development and Reproduction of the Laboratory Mouse

4.4: Basic Mouse Care and Maintenance

4.15: Zebrafish Microinjection Techniques

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09:04 min

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April 30, 2023

Overview

Cría exitosa del ratón de laboratorio (Mus musculus) es fundamental para el establecimiento y mantenimiento de una colonia de animales productiva. Además, embriones de ratón se estudian con frecuencia para responder a preguntas sobre procesos de desarrollo. Una amplia variedad de herramientas genéticas ahora existen para regular la expresión génica durante el desarrollo embrionario y postnatal del ratón, que puede ayudar a los científicos a entender más acerca de las enfermedades hereditarias que afectan el desarrollo humano.

Este video proporciona una introducción a la reproducción y el desarrollo de los ratones. Además de clarificar la terminología utilizada para describir la progresión en el desarrollo, la presentación comentarios sobre etapas clave del ciclo de vida de ratón. Desarrollo primera, los principales acontecimientos que tienen lugar en el útero se describen, con especial atención a la disposición única de embriones tempranos de roedores. A continuación, protocolos de cría se proporcionan para ratones postnatales o cachorros, incluyendo el proceso de destete o retirada de crías de la jaula de su madre. Puesto que los machos y las hembras deben estar separadas en esta fase para evitar apareamientos no programada, la demostración también revela cómo determinar el sexo de ratón. Posteriormente, se dan instrucciones para llevar a cabo la cría de ratón controlado, como proyección para el enchufe copulador, que es útil para desarrollo embrionario precisamente tiempo. Por último, el video resumen estrategias para investigar los complejos procesos que rigen el desarrollo del ratón, incluyendo la generación de ratones “knockout” genéticamente alterados.

Procedure

Los ratones son organismos modelo extremadamente valioso que mejoren nuestra comprensión del desarrollo humano y la enfermedad. Entre los mamíferos, los ratones tienen una fecundidad alta y el rápido desarrollo, lo que significa que las colonias pueden ampliarse rápidamente.

Puesto que desarrollo en el vientre requiere algunas estructuras embrionarias especializadas, el estudio de la embriogénesis en mamífero modelo también es más relevante a los seres humanos. En este video, vamos a discutir las etapas de la reproducción del ratón y el desarrollo, cómo criar ratones y maneras de aplicar conocimientos de reproducción y el desarrollo de ratón en el laboratorio.

Primero vamos a hablar un poco sobre la reproducción del ratón. Como seres humanos, el desarrollo temprano del ratón es interno, con gestación que ocurre dentro de los cuernos uterinos de la madre, que ha llamado una “presa”. Sin embargo, a diferencia de la mayoría de nosotros, ratones llevan muchos fetos a la vez, producir un tamaño de camada promedio de 10 a 12 cachorros en periodo de gestación de una.

Antes de discutir el desarrollo de estas crías con más detalle, vamos a revisar los términos utilizados para identificar las etapas de desarrollo. El sistema de estadificación más común comienza en el día embrionario cero o E0, en el día de la cópula exitosa. Después de eso, cada etapa se define por el número de días desde la fecundación hasta el día del nacimiento cuando la numeración se reinicia en el día postnatal cero o P0.

Desde el momento del desarrollo puede variar ligeramente entre los embriones de la misma camada, enfoques alternativos basados en morfología, en lugar de tiempo post fertilización, como Theiler escenificando, también se puede utilizar.

A continuación, vamos a echar un vistazo a los cambios morfológicos que ocurren durante las primeras semanas del desarrollo del ratón.

Después de la fecundación de los ovocitos, el embrión comienza su vida poco a poco, completando sólo 4 rondas de división celular en sus primeros 3 días. Sin embargo, por E4 estas células se han multiplicado y reorganizado para formar un condensado, hueco bola de células denominado “blastocisto”. En esta etapa, las células que eventualmente dará lugar al embrión sí mismo se encuentran dentro de un grupo de células denominado masa celular interna, ICM. Las células restantes, conocidas como las células del trofoblasto, pasarán a formar parte de la placenta que provee oxígeno y nutrición al embrión.

Después de este punto, roedor desarrollo obtiene un poco torcido. En la mayoría de los mamíferos, las células que dan origen al embrión forman una estructura de forma de disco. En cambio, el embrión de ratón tiene una configuración en forma de copa. Las células en el exterior de esta Copa forma una capa de células conocida como endodermo, que finalmente da lugar a tejidos profundos como el revestimiento del tracto digestivo. Equivocadamente, las células en la superficie interna de la taza representan el ectodermo, que forma los tejidos más superficiales, como piel y cabello.

Este diseño invertido persiste hasta aproximadamente embrionario día 8, cuando el embrión literalmente se da vuelta alrededor. En este punto, han desarrollado algunas otras estructuras reconocibles, como los somitas, que dan lugar a los tejidos como el músculo esquelético; y los brotes de extremidades, que formarán a la fore y miembros posteriores.

Cosas se mueven rápidamente desde aquí, con el desarrollo de sistemas de órganos principales, como los pulmones y el tracto digestivo, buen camino embrionario día 12. Notablemente, los embriones están listos para sobrevivir fuera de la madre después de solamente 19-21 días de gestación.

Ahora que tienes una idea de cómo procede en el útero el desarrollo, vamos a hablar de lo que sucede después de dar a luz ratones. Los ratones recién nacidos, o cachorros, son diminutas, sin pelo y ciegos.

Para las primeras semanas de vida, las crías pueden recibir alimento de cualquier hembra disponible de lactante. Entonces, unas tres semanas después del nacimiento, están listos para el destete, lo que significa que es tiempo de pasar fuera de lugar de la madre en una jaula de su propia!

Para controlar la cría futura, usted tendrá que separar los machos y las hembras en este momento. Para identificar los sexos, examine la distancia entre el ano y los genitales externos. En hembras, esta distancia será menor que en los machos.

Para preparar el nuevo hogar de los cachorros, línea una jaula con una capa de ropa de cama. Puesto que todavía está acostumbrando a las nuevas excavaciones, agregar algunas bolitas de comida ablandados con agua o un plato de comida húmeda en la parte inferior de la jaula además de proporcionar agua.

Ratones se convierten en sexualmente maduros dentro de unas semanas de destete, con su pico de reproducción generalmente comprendida entre 2 y 9 meses de edad.

¿Cómo utilizamos esta información para iniciar una colonia? En primer lugar, es importante recordar que comportamiento del ratón es significativamente afectada por su ritmo circadiano; puesto que son nocturnas, sus ratones se reproducen en la noche.

Las feromonas también juegan un papel grande en el comportamiento del ratón, por lo que es útil para “introducir” parejas potenciales para hacerles llegar a conocerse mutuamente. Para maximizar el número de cachorros nacidos durante un ciclo de reproducción, se combinan un ratón macho con 4 hembras.

Que precisamente tiempo desarrollo embrión, regreso en la mañana para comprobar cada ratón hembra para un tapón de moco vaginal, que es depositado por el macho durante la cópula. Ratones ovulan cada 4-5 días; así que si no ve un enchufe inmediatamente, mantenga los ratones juntos para otra oportunidad más adelante esa semana. Una vez que has determinado que algunas de las hembras están embarazadas, quite el ratón macho de la jaula, como pueden ser una amenaza para los cachorros recién nacidos.

Para estudiar los complejos procesos que controlan el desarrollo de embriones mamíferos, los científicos han desarrollado algunas técnicas muy cool. Echemos un vistazo a algunos ejemplos.

Para empezar, asignación de destino es un enfoque en el que las células son marcadas y seguimiento in vivo para determinar cómo contribuyen a estructuras específicas en el desarrollo y adultos tejido.

Aquí, la expresión de una proteína fluorescente se enciende en una población pequeña de células para realizar un seguimiento de la contribución de las células que expresan la proteína al tejido fino del cerebro fetal y adulto.

Para probar el papel de un gen específico en el desarrollo, es útil examinar los resultados de su sobreexpresión. En una técnica denominada electroporación en el útero, ADN es entregado al embrión por microinyección y luego conducido en las células mediante la aplicación de corriente eléctrica a través del tejido. El resultado es la inducción de la expresión génica en células específicas, como lo demuestra la expresión de la proteína fluorescente roja en el sistema nervioso central de este embrión.

Permanentes cambios en expresión génica vienen en forma de ratones knockout, en el cual se extrae una porción de un gen. Para generar estos ratones, las células madre son aisladas de embriones tempranos y sometidas a la modificación del genoma. Se trasplantan las células modificadas en un blastocisto, que luego se implanta en una mujer para la gestación. El cachorro resultante será una “quimera” compuesta de células normales y reducidas y puede ser criado para generar ratones knockout homocigótica.

Sólo ha visto Resumen de Zeus de ratón reproducción y desarrollo. En este video cubrimos reproducción de ratón, desarrollo prenatal y postnatal y cómo criar ratones. También discutimos algunas aplicaciones interesantes para el estudio de desarrollo del ratón en el laboratorio. ¡Gracias por ver!

Transcript

Mice are extremely valuable model organisms that continue to improve our understanding of human development and disease. Among mammals, mice have a high fecundity and rapid development, meaning that colonies can be quickly expanded.

Since development within the womb requires some specialized embryonic structures, the study of embryogenesis in a mammalian model is also more relevant to humans. In this video, we will discuss the stages of mouse reproduction and development, how to breed mice, and ways to apply mouse reproductive and developmental knowledge in the lab.

First let’s talk a little bit about mouse reproduction. Like humans, early mouse development is internal, with gestation occurring within the uterine horns of the mother, who’s called a “dam.” However, unlike most of us, mice carry many fetuses at once, producing an average litter size of 10 – 12 pups in one gestation period.

Before discussing the development of these pups in more detail, let’s review the terms used to identify the developmental stages. The most common staging system begins at embryonic day zero, or E0, on the day of successful copulation. After that, each stage is defined by the number of days since fertilization right up through the day of birth when the numbering restarts at postnatal day zero, or P0.

Since developmental timing can vary slightly even between embryos of the same litter, alternative approaches based on morphology rather than time post fertilization, like Theiler staging, can also be used.

Next, let’s take a closer look at the morphological changes that occur during those first few weeks of mouse development.

After fertilization of the oocyte, the embryo starts its life slowly, completing only 4 rounds of cell division in its first 3 days. However, by E4 these cells have multiplied and reorganized to form a compacted, hollow ball of cells known as the “blastocyst.” At this stage, the cells that will eventually give rise to the embryo itself are all found within a cluster of stem cells known as the inner cell mass, or ICM. The remaining cells, known as the trophoblast cells, will become part of the placenta that provides oxygen and nutrition to the embryo.

After this point, rodent development gets a little twisted. In most mammals, the cells that give rise to the embryo form a disc-like structure. In contrast, the mouse embryo has a cup-shaped configuration. Cells on the outside of this cup form a cell layer known as the endoderm, which eventually gives rise to deep tissues such as the lining of the digestive tract. Confusingly, the cells on the internal surface of the cup represent the ectoderm, which forms more superficial tissues, like hair and skin.

This inverted layout persists until about embryonic day 8, when the embryo quite literally turns itself around. By this point, a few other recognizable structures have developed, including the somites, which give rise to tissues like the skeletal muscle; and the limb buds, which will form the fore and hind limbs.

Things move pretty quickly from here, with the development of major organ systems, such as the lungs and digestive tract, well under way by embryonic day 12. Remarkably, the embryos are ready to survive outside the mother after only 19 -21 days of gestation.

Now that you have a feel for how development proceeds in utero, let’s talk about what happens after mice give birth. The newborn mice, or pups, are tiny, hairless, and blind.

For the first few weeks of life, the pups can receive nourishment from any available lactating female. Then, about three weeks after birth, they are ready for weaning, meaning it’s time to move out of Mom’s place into a cage of their own!

In order to control future breeding, you’ll need to separate the males and females at this point. To identify the sexes, examine the distance between the anus and external genitalia. In females, this distance will be shorter than in males.

To prepare the pups’ new home, line a cage with a layer of bedding. Since they’re still getting used to the new digs, add some food pellets softened with water or a dish of wet food to the bottom of the cage in addition to providing water.

Mice become sexually mature within a few weeks of weaning, with their peak breeding usually falling between 2 and 9 months of age.

So how do we use this information to start a breeding colony? First, it’s important to remember that a mouse’s behavior is significantly impacted by its circadian rhythm; since they’re nocturnal, your mice will breed at night.

Pheromones also play a big part in mouse behavior, so it’s helpful to “introduce” potential mates to let them get to know each other. To maximize the number of pups born during a breeding cycle, combine one male mouse with up to 4 females.

To precisely time embryo development, return in the morning to check each female mouse for a vaginal mucus plug, which is deposited by the male during copulation. Mice ovulate every 4 – 5 days; so if you don’t see a plug right away, keep the mice together for another chance later that week. Once you’ve determined that some of the females are pregnant, remove the male mouse from the cage, as they can be a threat to the newborn pups.

In order to study the complex processes controlling the development of mammalian embryos, scientists have developed some very cool techniques. Let’s take a look at some examples.

To start, fate mapping is an approach in which cells are marked and tracked in vivo to determine how they contribute to specific structures in developing and adult tissue.

Here, the expression of a fluorescent protein is turned on in a small population of cells to track the contribution of cells expressing the protein to fetal and adult brain tissue.

In order to test the role of a specific gene in development, it is helpful to examine the outcome of its overexpression. In a technique called in utero electroporation, DNA is delivered to the embryo by microinjection and then driven into cells by applying electric current across the tissue. The result is the induction of gene expression in specific cells, as demonstrated by the red fluorescent protein expression in the central nervous system of this embryo.

More permanent changes to gene expression come in the form of knockout mice, in which a portion of a gene is removed. To generate these mice, stem cells are isolated from early embryos and subjected to genome modification. The modified cells are transplanted into a blastocyst, which is then implanted into a female for gestation. The resulting pup will be a “chimera” composed of both normal and knockdown cells, and can be bred to generate homozygous knockout mice.

You’ve just watched JoVE’s overview of mouse reproduction and development. In this video we covered mouse reproduction, prenatal and postnatal development, and how to breed mice. We also discussed some exciting applications for studying mouse development in the lab. Thanks for watching!

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