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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Présenté ici est un protocole pour enrichir les spermatozoïdes pachytenés, spermatides ronds, et spermatids allongeant des testicules adultes de souris utilisant un gradient discontinu de densité d'albumine de sérum bovin avec l'équipement standard de laboratoire.
Pour caractériser chaque étape de la spermatogénèse, les chercheurs doivent séparer différentes sous-populations de cellules germinales des testicules. Cependant, isoler les populations discrètes est difficile, parce que le testicule adulte contient un mélange complexe de cellules germinales de toutes les étapes de la spermatogénèse avec certaines populations de cellules somatiques. Au cours des dernières décennies, différentes techniques telles que l'élutriation centrifuge, le tri cellulaire activé par la fluorescence (FACS) et le STA-PUT ont été appliquées avec succès à l'isolement des cellules germinales. Un inconvénient est qu'ils ont tous besoin d'appareils dédiés et de formation spécialisée. Suivant les principes sous-jacents à la méthode STA-PUT, un protocole simple a été développé pour l'isolement des spermatocytes de pachytene, des spermatides ronds, et des spermatides d'allongement des testicules de souris. Après avoir préparé une suspension cellulaire unique des cellules testiculaires, des populations cellulaires spécifiques sont enrichies par la sédimentation gravitationnelle par un gradient de densité d'albumine de sérum bovin discontinu (BSA). Les fractions cellulaires sont ensuite collectées manuellement et analysées au microscope. Ce gradient de densité modifié pour le protocole de sédimentation des spermatides ronds (MDR) peut être largement appliqué, car il ne nécessite que de l'équipement de laboratoire standard. En outre, le protocole exige un minimum de matériaux de départ, ce qui réduit son coût et l'utilisation d'animaux de laboratoire.
On ignore encore beaucoup des événements moléculaires et biologiques qui se produisent pendant la spermatogénèse des mammifères, un processus complexe dans lequel les cellules souches spermatogonielles se transforment en spermatozoïdes hautement spécialisés1,2. La spermatogénèse a lieu à l'intérieur des tubules séminifères du testicule. Les tubules contiennent un mélange de cellules germinales de chaque étape de différenciation, y compris les cellules souches spermatogonielles, la division mitotique spermatogonie, les spermatocytes méiotiques et les spermatides postméiotiques (qui subissent une différenciation héloïde spermatides à l'allongement des spermatides, et enfin à la maturité spermatozoée). Les cellules somatiques des testicules comprennent les cellules Sertoli qui sont mélangées avec des cellules germinales à l'intérieur des tubules séminifères, les cellules myoïdes périubulaires qui forment les parois des tubules, et les cellules Leydig productrices de testostérone dans l'espace interstitiel entre les tubules.
L'étude des processus moléculaires et biochimiques pendant la spermatogénèse nécessite souvent la séparation des populations distinctes de cellules germinales d'un mélange complexe de cellules testiculaires. De nombreuses stratégies différentes ont été développées pour l'enrichissement cellulaire. Les méthodes les plus réussies sont la sédimentation de vitesse STA-PUT par gravité unitaire3,4,5,6, élutriation centrifuge basée sur la centrifugation de contre-flux7,8, et le tri des cellules activées par la fluorescence (FACS) qui sépare les cellules en fonction de la teneur en ADN et/ou de marqueurs spécifiques. Ces méthodes sont couramment utilisées parmi les chercheurs en spermatogénèse et permettent l'enrichissement efficace de types de cellules germinales spécifiques. Cependant, une limitation de ces techniques est qu'elles exigent le matériel spécialisé et coûteux qui exigent l'expertise.
Présenté ici est un protocole simple et peu coûteux pour isoler les populations enrichies des trois populations cellulaires les plus abondantes de testicules de souris: spermatides ronds, spermatocytes pachytene, et spermatides allongeant. Ce protocole est appelé le gradient de densité modifié pour les spermatides ronds (MDR), car il fonctionne particulièrement bien pour enrichir les spermatides ronds. La méthode MDR est basée sur les mêmes principes que la sédimentation de vitesse STA-PUT, mais elle ne nécessite que de l'équipement de laboratoire standard. Les cellules vivantes sont autorisées à se sédimenter à l'intermédiaire d'un gradient de densité d'albumine de sérum bovin discontinu (BSA) préparé manuellement à l'intérieur d'un tube standard de 50 ml sous le champ gravitationnel de la terre. Les cellules plus grandes se déplacent plus rapidement à travers le gradient, qui sépare différentes populations de cellules germinales. Après la sédimentation, des fractions enrichies des trois types de cellules sont collectées manuellement. La pureté de ces populations cellulaires enrichies est comparable à celles obtenues par STA-PUT et l'élutriation centrifuge.
En plus de couvrir la construction et l'utilisation du gradient BSA pour la sédimentation de vitesse, le protocole décrit également une méthode de digestion pour libérer les cellules testiculaires des tubules séminifères. Le protocole a été modifié à partir de celui développé par Romrell et al.9 et comprend des digestions séquentielles avec de la collagène IV et de la trypsine. Les digestions séquentielles combinées à l'utilisation d'un tampon de bicarbonate (c.-à-d., la solution Krebs) ont été montrées pour améliorer considérablement la séparation et la viabilité des cellules germinales9.
Pendant l'enrichissement de MDR, les cellules passent environ 4 h ensemble en dehors de l'environnement des tubules séminifères et ne sont pas soumises à des forces mécaniques stressantes, ce qui permet la collecte de fractions cellulaires hautement viables pour l'analyse en aval. En outre, semblable à l'élutriation centrifuge et STA-PUT, le protocole MDR ne nécessite aucun traitement chimique ou l'étiquetage des cellules, ce qui contribue également à maintenir leur viabilité. Fait important, aussi peu que deux testicules de souris adultes sont suffisants pour l'isolement MDR et, par conséquent, une souris adulte fournit suffisamment de cellules enrichies pour l'ARN et l'analyse des protéines. Le protocole standard STA-PUT recommande l'utilisation de 12 souris adultes pour l'isolement cellulaire6; bien que, basé sur l'expérience antérieure, il est connu que l'isolement réussi peut être fait de trois à quatre souris adultes. La plus faible quantité de matériel de départ déclarée suffisante pour l'élutriation centrifuge est de six testicules de souris (trois souris)8. Par conséquent, en plus d'éliminer le besoin d'équipement spécialisé coûteux, le protocole MDR réduit le nombre d'animaux de laboratoire requis.
L'entretien des souris de laboratoire et toutes les expériences ont été effectués conformément aux lignes directrices et règlements pertinents pour le soin et l'utilisation des animaux de laboratoire.
1. Équipement et mise en place de réactif
2. Dissection animale et préparation de la suspension des cellules germinales
REMARQUE: Cela prend environ 1 h pour terminer.
3. Séparation des cellules germinales par le gradient BSA discontinu
REMARQUE: Cette section prend environ 2 h à remplir. Commencez à préparer le gradient BSA discontinu pendant les étapes de lavage (étapes 2.10-2.14) pour charger les cellules dès que le prétraitement est prêt.
4. Collection de fractions de cellules germinales enrichies
REMARQUE: Cette section prend environ 30 minutes à compléter.
5. Analyse des fractions cellulaires
REMARQUE: L'analyse prend 2 h à compléter.
6. Traitement des échantillons restants pour le stockage
REMARQUE: La section 6 prend environ 20 minutes.
L'enrichissement suffisant d'un type de cellule germinale est généralement considéré comme supérieur à 80 %6. Le protocole MDR fonctionne particulièrement bien pour enrichir les spermatides ronds. Un nombre élevé de spermatides ronds purs de 'gt;90% peut être systématiquement obtenu en utilisant cette technique. Les fractions optimales des spermatozoïdes pachytenés et des spermatides allongés sont enrichies à 75 % et 80 %, respectivement. Les spermatides allongés ont tendance à rester au-dessus du gradient et sont recueillis avec la première fraction. Dans l'exemple montré, la fraction 1 contenait 80 % des spermatides allongés (figure 2B). La plupart des spermatides allongés obtenus avec cette technique ont condensé des noyaux, tandis que les spermatides allongés précoces non condensés sont rares (Figure 2A). Les fractions suivantes contiennent des spermatides ronds enrichis. Dans l'exemple, l'enrichissement des spermatides ronds était de plus de 90 % en fractions 2, 3 et 4, et l'enrichissement supérieur à 80 % a été observé au total en sept fractions (2 à 8) (figure 2B). En raison de leur grande taille, les spermatocytes de pachytene sédimentent plus rapidement et sont recueillis en dernier. Dans l'exemple de purification, l'enrichissement était d'environ 75 % en fractions 14 et 15(figure 2B).
Tandis que la morphologie nucléaire, visualisée par la coloration de DAPI, suffit habituellement pour la reconnaissance des cellules, l'analyse d'immunofluorescence peut être exécutée pour soutenir l'analyse. PNA tache les acrosomes en développement de spermatides ronds et allongés, et l'aspect acrosomique peut être exploité pour classer davantage les spermatides ronds dans les étapes 1-8 de la différenciation10. Distinguer les spermatides allongés et ronds teintés de PNA repose sur les différences dans leur forme nucléaire(figure 2C, panneau gauche). L'anticorps anti-DDX4 est un marqueur utile pour les fractions spermatides rondes puisqu'il visualise un seul granule périnucléaire DDX4-positif, le corps chromatoïde (CB), dans le cytoplasme de chaque spermatide rond. Cette coloration spécifique au CB est facile à distinguer de la coloration cytoplasmique plus largement distribuée dans les spermatocytes(Figure 2C, panneau moyen). Les spermatocytes de pachytene peuvent être reconnus par l'anticorps anti-H2AX qui étiquette le corps sexuel nucléaire apparaissant spécifiquement à la phase de pachytene de la première division méiotique (figure 2C, panneau droit). Dans cette purification, la coloration PNA a révélé que les fractions spermatées rondes enrichies de MDR contenaient un mélange de spermatides ronds à diverses étapes de différenciation, toutes contenant leur structure de signature, le CB DDX4-positif (Figure 2D, fraction RS). Les spermatozoïdes de pachytene d'enrichissement en fraction 16(figure 2D , fraction PSpc) ont validé les spermatozoïdes de pachytene d'enrichissement en fraction 16 ( figure 2D, fraction PSpc).
Le comptage cellulaire a révélé que le nombre de cellules dans les fractions rondes de spermatocytes spermatid et pachytené s'est adapté à diverses analyses en aval. Les fractions spermatées rondes (5 à 8) contenaient chacune environ 2,5 x 106 cellules. Par conséquent, en mettant en commun ces fractions, il est possible d'obtenir plus de 10 millions de cellules. Les fractions de spermatocyte de Pachytene (14 et 15) contenaient habituellement un peu moins de cellules. Dans cet isolement, environ 1,5 à 2,0 x 106 cellules par fraction ont été comptées. La première fraction contenait 0,75 x 106 spermatides allongés.
Comme le montre la figure 3A, la quantité totale d'ARN obtenue à partir de la majorité des fractions variait de 0,5 à 2,5 g, ce qui est suffisant pour les analyses d'ARN en aval telles que la transcription inversée PCR, le séquençage de l'ARN ou la visualisation de l'ARN sur un gel. La quantité de protéines obtenues à partir de chaque fraction varie généralement de 20 à 140 g (figure 3B), ce qui est suffisant pour plusieurs taches occidentales. Des lysates entiers de cellules ont été préparés à partir des fractions rassemblées, et l'analyse occidentale de tache a été exécutée utilisant des anticorps détectant DDX4, PIWIL1, et PIWIL2, qui sont tous fortement exprimés dans les spermatocytes de pachytene et les spermatides ronds aussi bien que l'omniprésent déshydrogénase exprimée de glycéraldéhyde 3-phosphate (GAPDH).
Dans ce protocole, 10 % des lysates protéiques dérivés de fractions uniques étaient suffisants pour détecter clairement toutes ces protéines sur un réglage standard de tache occidentale(figure 3C). La quantité de protéines dans une fraction s'est également avérée suffisante pour l'immunoprécipitation à l'aide d'un anticorps contre PIWIL1, ainsi que pour la détection de PIWIL2 co-immunopicié(figure 3D). En outre, ce protocole a été utilisé avec succès pour obtenir des fractions enrichies de spermatocytes pachytenés et de spermatides ronds à partir de souris témoins et génétiquement modifiées pour des applications en aval telles que la transcription inverse quantitative PCR11 et le séquençage de l'ARN à haut débit12.

Figure 1 : Préparation d'un gradient BSA discontinu. (A) Une pointe de pipette sérologique de 5 ml pour la préparation du gradient. (B) Une pointe de pipette de 1 ml pour la préparation du gradient et de la collecte des fractions des cellules germinales après la sédimentation. (C) L'équipement nécessaire à la préparation du gradient. (D) Vue latérale du gradient de densité BSA discontinu du 5 % (en bas) à la solution BSA de 1 % (en haut) ; les 2% et 4% BSA solutions sont de couleur bleue pour une meilleure visualisation. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2 : Images représentatives des fractions cellulaires collectées et de l'analyse de l'enrichissement. (A) Cellules testiculaires tachées de DAPI. La rangée supérieure montre les cellules testiculaires dans l'épithélium séminifère intact d'une section de testis fixée par la paraffine (à gauche) ou en suspension (à droite). La rangée inférieure montre des fractions de spermatides allongés enrichis (ES), de spermatides ronds (RS) ou de spermatocytes pachytenés (PSpc). Barres d'échelle de 20 m pour la rangée supérieure et de 10 m pour les en-ttes de la rangée inférieure. (B) Quantification relative des différents types de cellules germinales dans chaque fraction. Les cellules ont été comptées manuellement à l'aide du logiciel ImageJ et classées en cellules RS, ES, PSpc, Sertoli et autres. Les nombres de fractions et les pourcentages respectifs de BSA dans le gradient sont indiqués sur l'axe X. (C) Analyse d'immunofluorescence des cellules testiculaires. Panneau gauche : PNA étiqueté rhodamine tache l'acrosome dans les deux ES (flèche jaune) et RS (flèche blanche). Panneau moyen : L'anticorps DDX4 tache un seul granule périnucléaire en RS, ce qui est facile à distinguer du signal cytoplasmique plus diffus dans les spermatocytes (flèche bleue). Aucun signal DDX4 n'est détecté dans ES (flèche orange). Panneau droit : L'anticorps H2AX reconnaît le corps sexuel nucléaire caractéristique présent uniquement dans les spermatocytes de pachytene (cellules négatives de H2AX marquées par un astérisque blanc). Des barres d'échelle de 10 m. (D) fractions de cellules enrichies mDR ont été étiquetées avec PNA (fraction RS), anti-DDX4 (fraction RS) et anti-H2AX (fraction PSpc) pour valider davantage l'enrichissement cellulaire dans chaque fraction. Barres d'échelle de 10 m. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 3 : Analyses en aval après enrichissement cellulaire MDR. (A) l'ARN a été extrait de chaque fraction après un enrichissement représentatif de cellules de MDR et quantifié. Les nombres de fractions et les pourcentages respectifs de BSA dans le gradient sont indiqués sur l'axe X. (B) Les protéines ont été extraites de chaque fraction en lysant la pastille cellulaire dans le tampon d'analyse de radioimmunoprécipitation (RIPA) puis quantifiées. (C) Des extraits entiers de protéine de cellules ont été préparés et analysés par le ballonnement occidental utilisant des anticorps contre DDX4, PIWIL1, PIWIL2, et GAPDH. 10 % du lysate était chargé à partir de chaque fraction indiquée. (D) L'immunoprécipitation a été effectuée à partir de fractions indiquées à l'aide d'anticorps anti-PIWIL1, suivis de ballonnements occidentaux avec des anticorps anti-PIWIL1 et anti-PIWIL2. L'échantillon d'entrée comprend un mélange de lysates protéiques provenant de différentes fractions, et l'immunoprécipitation de contrôle (IP) à l'aide du lapin IgG a également été effectuée à partir d'un lysate mixte. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 4 : Représentation schématique du protocole MDR et temps requis pour terminer chaque étape. Le matériel de départ est composé de deux testicules d'une souris adulte. Le nombre moyen de cellules et la quantité d'ARN et de protéines obtenues à partir d'une fraction sont indiqués. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
| tampon | Réactifs | préparation | espace de stockage |
| Krebs tampon (10x) | 3,26 g KH2PO4 | Porter à 2 L avec H2O, filtrer 0,22 m et autoclave. | Peut être stocké à 4 oC pendant plusieurs mois |
| 139,5 g NaCl | |||
| 5,89 g MgSO4 '7H2O | |||
| 50 g de dextrose | |||
| 3,78 g CaCl2-2H2O | |||
| 7,12 g KCl | |||
| Krebs tampon (1x) | 4,24 g NaHCO3 | Dissoudre NaHCO3 à 100 ml de H2O, ajouter 200 ml de tampon De 10x Krebs et porter à 2 L avec H2O. | Pour être préparé frais |
| 200 mL 10x Krebs tampon |
Tableau 1 : Préparation du tampon Krebs.
| Concentration BSA (w/v) | 10% solution BSA | 1x Tampon Krebs |
| 0.50% | 0,5 ml | 9,5 ml |
| 1% | 1 mL | 9 mL |
| 2% | 2 mL | 8 mL |
| 3% | 3 mL | 7 mL |
| 4% | 4 mL | 6 mL |
| 5% | 5 mL | 5 mL |
Tableau 2 : Préparation des solutions BSA.
| Solution de digestion | Concentration de travail | Réactifs | préparation |
| Collagènase | 1 mg/ml | Collagène IV | Peser 2 mg de collagène IV à un tube conique de 50 ml, et ajouter 2 ml de tampon chaud de 1x Krebs juste avant la digestion (étape 2.3). |
| Trypsine | 0,6 mg/mL | Trypsine | Peser 15 mg de trypsine à un tube conique de 50 ml, et ajouter 25 ml de tampon chaud 1x KREBS et 40 oL de DNase I juste avant la digestion (étape 2.6). |
| 3,2 ku/mL | DNase I |
Tableau 3 : Préparation des enzymes de digestion.
Les auteurs n'ont rien à révéler.
Présenté ici est un protocole pour enrichir les spermatozoïdes pachytenés, spermatides ronds, et spermatids allongeant des testicules adultes de souris utilisant un gradient discontinu de densité d'albumine de sérum bovin avec l'équipement standard de laboratoire.
Nous tenons à remercier tous les membres du laboratoire Kotaja pour leur contribution à l'élaboration du protocole, ainsi que pour l'utilisation active et l'essai du protocole dans leurs projets de recherche. Nous apprécions particulièrement la contribution de Jan Lindstram pour l'aide à l'optimisation du protocole. Cette étude a été soutenue par l'Académie de Finlande, la Fondation Sigrid Jusélius et le Programme doctoral de médecine moléculaire de Turku.
| 4 % Paraformaldéhyde | Préférence du chercheur | ||
| AlexaFluor488 âne anti-lapin IgG | Thermo Fisher Scientific | A-21206 | |
| AlexaFluor647 âne anti-souris | IgG Thermo Fisher Scientific | A-31571 | |
| Albumine sérique bovine (BSA) | Sigma | A9647 | |
| CaCl2· ; 2H2O | Préférence du chercheur | ||
| Collagénase IV | Sigma | C5138 | |
| Cocktail complet d’inhibiteurs de protéase | Roche | 11836145001 | |
| Anticorps DDX4 | Abcam | ab13840 | |
| Dextrose | Préférence du chercheur | ||
| DNase I | Worthington | LS006355 | |
| GAPDH | HyTest | 5G4 | |
| IgG anti-souris liées à la HRP | GE Healthcare Life Sciences | NA931 | |
| IgG anti-lapin liées à la HRP | GEHealthcare Life Sciences | NA934 | |
| KCl | Préférence du chercheur | ||
| KH2PO4 | Préférence du chercheur | ||
| MgSO4· ; 7H2O | Préférence du chercheur | ||
| NaCl | Préférence du chercheur | ||
| NaHCO3 | Préférence du chercheur | ||
| NH4Cl | Préférence du chercheur | ||
| Pierce Kit de dosage des protéines | BCA Life Technologies | 23227 | |
| PIWIL1 | Technologie de signalisation cellulaire | G82 | |
| PIWIL2, clone 13E-3 | Millipore | MABE363 | |
| Prolong Diamond Antidafe Mountant avec DAPI | Thermo Fisher Scientific | P36962 | pour Alexa Immunomarquages au fluor |
| Néomarqueurs IgG de lapin | NC-100-P | ||
| Agglutinine d’arachide (PNA) marquée à la rhodamineVector | Laboratories | RL-1072 | |
| Tampon | RIPA | 50 mM Tris-HCl, pH 7,5, 1 % NP-40, 0,5 % p/v désoxycholate de sodium, 0,05 % p/v SDS, 1 mM EDTA, 150 mM NaCl, 1x cocktail inhibiteur de protéase, 0,2 mM PMSF et 1 mM DTT | |
| TRIsure | Bioline | BIO-38033 | |
| Triton X-100 | Préférence du | chercheur tensioactif non ionique | |
| Trypsin | Worthington | LS003703 | |
| Milieu de montage anti-décoloration VECTASHIELD avec DAPI | Vector Laboratories | H-1200 | pour l’analyse DAPI standard des fractions cellulaires |
| et gamma ; Anticorps H2AX | Millipore | 05-636 | |
| 0,22 & micro ; filtre m | Sartorius | Sartolab BT 180C6 | ou pipette mécanique équivalente |
| de 1 mL | Préférence du chercheur | ||
| Tubes de 1,5 mL ou 2 mL | Préférence du chercheur | ||
| 40 & micro ; Tamis cellulaires m pour tubes de 50 mL | Greiner Bio-One | 542040 | ou passoire cellulaire équivalente |
| Pipettes sérologiques de 5 mL | Sarstedt | 86.1254.001 | ou équivalent |
| Tubes coniques de 50 mL | Préférence du chercheur | ||
| Boîtes de Pétri de 6 cm | Préférence du chercheur | ||
| Incubateur de culture cellulaire | Préférence du chercheur | ||
| Centrifugeuse pour tubes de 50 mL | Préférence du chercheur | ||
| Stylo à graisse pour lames de verre de microscopie | Préférence du chercheur | ||
| HulaMixer Mélangeur d’échantillons | Thermo Fisher Scientific | 15920D | ou rotateur de cellules équivalent |
| Forcepts de microdissection | Préférence du chercheur | ||
| Ciseaux de microdissection | Préférence | ||
| Lames et lamelles en verre de microscopie Préférence | du chercheur | ||
| Nanodrop 1000 | Thermo Scientific | ||
| Pipetboy Acu 2 | Integra | 155 000 | ou contrôleur de pipette équivalent |
| Centrifugeuse réfrigérée pour tubes de 1,5 mL | Préférence du chercheur | ||
| Embouts pour pipette mécanique de 1 mL | Préférence du chercheur | ||
| Bain d’eau Préférence du chercheur | |||
| Microscope à fluorescence à grand champ | Préférence du chercheur |