Toutes les procédures relatives aux animaux ont été effectuées conformément aux lignes directrices et approuvées par le Comité institutionnel sur le soin et l’utilisation des animaux de l’Université Cornell (#2002-0095). Des souris AcroSensE 2 âgées de 8 à 10semaines ont été utilisées pour la présente étude. Les demandes d’informations sur la disponibilité des souris AcroSensE peuvent être adressées à l’auteur correspondant.
1. Collecte et lavage du sperme
- Prélever des spermatozoïdes épididymaires de la caudale (plus de détails sur cette procédure sont fournis dansla section 11) de souris AcroSensE. Attendre 15 minutes dans une boîte de culture tissulaire de 3,5 cm contenant 0,5 mL de milieu de Whitten modifié (MW) à 37 °C. La parabole doit être couverte pour réduire l’évaporation du MW et doit être inclinée de manière à ce que le milieu ait suffisamment de profondeur pour couvrir les épididymes de la cauda.
REMARQUE : Le milieu de Whitten modifié (MW) comprend 22 mM de HEPES, 1,2 mM de MgCl2, 100 mM de NaCl, 4,7 mM de KCl, 1 mM d’acide pyruvique, 4,8 mM d’acide lactique hémi-Ca2+ , pH 7,35. Le glucose (5,5 mM), le NaHCO3 (10 mM) et la 2-hydroxypropyl--cyclodextrine (CD ; 3 mM) sont complétés (voir le tableau des matériaux) au besoin pour l’induction de la capacitation, et les concentrations peuvent être modifiées pour des expériences spécifiques. De plus, d’autres accepteurs de stérols pourraient être utilisés à la place de la CD (p. ex., albumine sérique bovine ou lipoprotéines de haute densité).
- À l’aide d’une pince fine, retirez tout tissu épididymaire de la boîte de collecte. Transvaser le milieu contenant les spermatozoïdes dans un tube conique de 15 mL et centrifuger la suspension à 100 x g pendant 1 min dans un rotor à godets oscillants à température ambiante. À l’aide d’une pipette en plastique, retirez le surnageant MW contenant les spermatozoïdes de tous les débris tissulaires grossiers qui se seront enroulés à cette étape.
- Porter le surnageant MW contenant les spermatozoïdes à un volume total de 3 mL en ajoutant MW à 37 °C. Centrifuger à 400 x g pendant 8 min (à température ambiante) dans un tube à fond rond. Retirez lentement le surnageant de MW du sperme granulé lâchement.
- S’il est viable, le sperme devrait apparaître sous la forme d’une pastille d’apparence « duveteuse ». Remettre doucement les spermatozoïdes en suspension par trituration à l’aide d’une pipette de transfert de gros calibre ou en tapotant doucement manuellement sur le tube (« effleurement des doigts »). Une fois remis en suspension uniformément, transférez-les dans un nouveau tube à fond rond. Utilisez 10 à 20 μL de la suspension de spermatozoïdes pour compter et évaluer la motilité. Diluer le sperme dans MW pour l’utiliser.
REMARQUE : Pour la plupart des expériences impliquant la capacitation de spermatozoïdes de souris, une concentration finale de 5 à 10 millions de spermatozoïdes/mL MW est utilisée. Le protocole d’imagerie décrit ici ne nécessite pas la capacitation des spermatozoïdes, bien qu’il soit nécessaire que les spermatozoïdes acquièrent la capacité de subir une exocytose acrosomique physiologiquement pertinente. On pourrait étudier l’exocytose pathologique ou l’exocytose induite par des réactifs tels qu’un ionophore de calcium sans capaciter les spermatozoïdes. De plus, on pourrait explorer les changements potentiels du calcium acrosomique dans les cellules non capacites en réponse à divers stimuli.
- Utilisez le sperme dans les 3 à 5 heures suivant le prélèvement, en gardant le temps aussi court que possible et cohérent entre les essais expérimentaux.
- Effectuer toutes les étapes de collecte et de lavage à 37 °C à l’aide d’un milieu MW, en utilisant des méthodes pour minimiser les dommages à la membrane. Cela inclut l’utilisation de pipettes de transfert en plastique de grand diamètre ou de pointes de pipette à grand orifice, qui sont recommandées pour une utilisation à toutes les étapes de la procédure.
2. Revêtement en poly-D-lysine des plaques de lamelles pour l’imagerie
REMARQUE : Les plats en poly-D-lysine (PDL) doivent être préparés frais avant chaque expérience.
- Distribuer une gouttelette de 0,5 μL de PDL (0,5 mg/mL, voir le tableau des matériaux) au centre d’une lamelle.
- À l’aide d’une pointe graduée de 10 μL, étalez la gouttelette PDL sur la lamelle (motif entrecroisé comme illustré à la figure 1B).
- Laisser sécher à 37 °C pendant 10 min. Conservez la vaisselle recouverte de PDL couverte et à 37 °C jusqu’à utilisation.
3. Tirage capillaire, chargement pour le soufflage
- Tirez les capillaires en verre borosilicaté (O.D, 2 mm, D.I., 1,56 mm, voir le tableau des matériaux) en utilisant les réglages suivants : Chaleur : 330, Traction : 250, Vitesse : 250 et Temps : 70. Cette étape doit être optimisée pour l’extracteur spécifique utilisé.
- Avant chaque expérience, chargez un seul capillaire avec la solution stimulante contenant 3 à 5 fois la concentration du stimulant (pour tenir compte de la diffusion rapide de la solution lors de la bouffée). Avant le remplissage, utilisez une pince à épiler fine pour ouvrir l’extrémité capillaire à environ 1-2 mm de l’extrémité. Cela devrait produire un diamètre d’ouverture de ∼5 μm. Le polissage à chaud n’est pas nécessaire.
- À l’aide d’une fine pipette de transfert en plastique, injectez lentement la solution stimulante dans le capillaire jusqu’à ce que les trois quarts de sa longueur soient pleins.
- Éliminez les bulles d’air formées lors du remplissage en effleurant doucement le capillaire.
- Montez le capillaire rempli sur le micromanipulateur (voir le tableau des matériaux).
4. Préparation de la livraison de la stimulation pour la bouffée
REMARQUE : Pour minimiser le risque de blessure de l’utilisateur, des lunettes de sécurité doivent être portées pendant le fonctionnement de la procédure de bouffée.
- Configurez les paramètres du système de distribution à cellule unique pour fournir une impulsion de 10 s à 5 psi.
- Connectez le capillaire borosilicaté au porte-pipette du système d’administration à cellule unique. Assurez-vous que les joints sont bien serrés.
- Tout en observant l’embout capillaire, appliquez une courte bouffée de 2 s à 20 psi pour vous assurer que la solution est bien distribuée par l’extrémité de l’embout (une petite goutte doit être évidente à l’extrémité de l’embout).
5. Microscopie et acquisition d’images
REMARQUE : Plusieurs marques de microscopes sont disponibles et peuvent être utilisées ; Cependant, une fréquence d’images minimale de 3 images/s est souhaitable. En ce qui concerne le contrôle de la température et de l’environnement, veuillez noter que la température réelle du fluide dans la boîte doit être confirmée, par exemple, à l’aide d’un thermomètre infrarouge sans contact.
- Ajouter 80 μL de spermatozoïdes dilués au centre d’une boîte de lamelles de 35 mm recouverte de poly-D-lysine. Pour la plupart des expériences impliquant la capacitation des spermatozoïdes de souris, une concentration finale de 5 à 10 millions de spermatozoïdes/ml est utilisée.
- Ajouter lentement au sperme 3 mL de milieu de base MW chaud (37 °C) complété par 10 mM de CaCl2.
REMARQUE : On pourrait effectuer des expériences à température ambiante pour ralentir les processus cellulaires, mais il est important de noter que parce que la capacitation est médiée par les échanges lipidiques et la fluidité des micro- et macro-domaines, il faut garder à l’esprit que la capacitation physiologiquement pertinente et l’exocytose de l’acrosome sont des processus dépendants de la température.
- Montez la boîte avec le sperme sur le microscope (préchauffé à 37 °C).
- Excitez le GCaMP3 à l’aide d’une ligne laser de 488 nm et visualisez avec un filtre passe-bande (BP) de 505 à 550 nm. Excitez le mCherry à l’aide d’une ligne laser de 555 nm et visualisez avec un filtre BP de 575-615 nm.
- À l’aide d’un micromanipulateur (il est recommandé de fixer le manipulateur à la table d’air sur laquelle le microscope a été installé), positionnez la pointe du capillaire à environ 100 μm sur le côté et à 5-10 μm au-dessus du plan de la cellule d’intérêt.
REMARQUE : Les solutions stimulantes sont fabriquées à 3-5 fois la concentration normale pour compenser la diffusion rapide qui se produit dans le volume entre le capillaire et la cellule.
- Démarrez la séquence d’imagerie sur le microscope.
- Imagez des spermatozoïdes à une fréquence d’images élevée, de préférence >10 images/s. Ici, un scanner résonant a été utilisé qui permet d’obtenir des images à 33 ms/image.
- Dix secondes après avoir démarré l’acquisition de l’image sur le microscope, activez le système d’administration de la cellule unique pour initier la bouffée de stimulant de 10 s.
- Cellules d’image pour une durée de 10 à 15 min.
- À l’aide du système d’administration à cellule unique, imagez plusieurs cellules d’une seule boîte en fonction des emplacements indiqués à la figure 1B.
REMARQUE : Les spermatozoïdes non traités/non stimulés au microscope doivent apparaître principalement rouges, avec une faible intensité du signal vert. Les têtes de spermatozoïdes doivent être attachées à la lamelle, et les spermatozoïdes vivants peuvent être identifiés par leurs queues mobiles. Dans les spermatozoïdes qui subissent un AE, le signal vert GCaMP3 augmentera initialement, et le signal rouge mCherry et le signal vert GCaMP3 disparaîtront si l’AE est complet, comme illustré à la figure 2. La réduction de la fluorescence mCherry fournit un indicateur plus précis du moment où l’AE commence, car les changements dans les concentrations de Ca2+ entraîneront continuellement des changements dans l’intensité de la fluorescence GCaMP3.
6. Analyse d’images et de données
REMARQUE : L’analyse d’image hors ligne est effectuée à l’aide d’ImageJ (voir le tableau des matériaux). Auparavant, plusieurs étapes intermédiaires ont été rapportées dans le processus menant à l’AE, y compris l’élévation acrosomique du calcium (ACR) et la fusion membranaire complète. Ce dernier conduit à la perte de la fluorescence mCherry et représente donc un AE complet. Dans certaines cellules, des signaux similaires à ceux des événements antérieurs au pied de pointe (PSF) sont observés lors de l’utilisation d’approches ampérométriques dans les études d’exocytose (pour plus de détails, voir2). Plusieurs méthodes optionnelles sont disponibles pour analyser les données brutes d’AcroSensE afin de quantifier l’ACR, l’AE et ses étapes intermédiaires. Ce qui suit décrit quelques-unes des méthodes analytiques de base.
- En fonction de l’extension de fichier spécifique du système de microscope, utilisez l’outil Split Channel (Image > Colors > Split Channels) pour générer des fenêtres individuelles pour les canaux GCaMP3 et mCherry.
- Synchronisez les différentes fenêtres à l’aide de l’outil « Synchroniser la fenêtre » (Analyser > Outils > Synchroniser les fenêtres).
- Sélectionnez une région d’intérêt (ROI) autour de la tête du spermatozoïde dans le canal rouge pour inclure la région de l’acrosome (Figure 3A,B). L’outil de synchronisation permet d’appliquer automatiquement la même sélection de zone sur le canal vert, dans lequel les spermatozoïdes sont encore trop faibles pour être visibles.
- Choisissez le plugin « Z Profiler » (Plugins > Stacks > Z Profiler) ou « Time Series Analyzer » (Plugins > Stacks > Time Series Analyzer) pour tracer le changement d’intensité de fluorescence en fonction du nombre d’images/temps pour chacun des deux canaux.
- Copiez les données dans un tableur (p. ex., Microsoft Excel) pour les tracer et les analyser plus en profondeur.
REMARQUE : Une fois les données copiées dans une feuille de calcul, plusieurs paramètres peuvent être extraits pour l’analyse, notamment les suivants, comme illustré à la figure 4.- Heure de début du pore de fusion (FP) : mesurez le temps entre le point temporel 0 et le moment où le signal GCaMP3 commence à monter. Ce paramètre indique le délai entre la stimulation et la réponse ACR des spermatozoïdes.
- Heure de début de l’exposition automatique : mesurez le temps écoulé entre le point temporel 0 et le moment où le signal mCherry commence à se dégrader. Ce paramètre indique le délai entre la stimulation et la réponse AE des spermatozoïdes. Ce paramètre pourrait également être utilisé pour calculer le délai entre la formation de FP et la réponse d’AE.
- Amplitude de crête FP : mesure le signal de fluorescence de la base au pic de l’élévation du signal GCaMP3. Ce paramètre indique l’augmentation totale de la réponse de l’ACR.
- Taux de perte de mCherry : déterminer ce paramètre par un ajustement linéaire ou exponentiel sur la section de perte de signal mCherry (comme indiqué par « pente » dans la Figure 4B).
REMARQUE : Vous pouvez également déterminer le taux de décroissance par la méthode du signal résiduel (R) à différents points temporels (par exemple, R60 : durée en secondes jusqu’à un signal résiduel de 60 % par rapport à la ligne de base du signal mCherry). Ce paramètre peut être utilisé pour quantifier la vitesse à laquelle le contenu acrosomique est dispersé lors de l’AE.
- Diminution du signal pour la perte de mCherry : déterminer la différence d’amplitude entre l’intensité de fluorescence de base de mCherry et le signal suivant l’AE. Ce paramètre indique la quantité totale de contenu acrosomique dispersée lors de l’AE.
- Tracez les changements de fluorescence (F) pour les canaux rouge et vert en tant que données brutes, ou normalisez-les par la fluorescence initiale (F0) et exprimez-les sous la forme ΔF/F0. Ce dernier permet de mieux visualiser les changements en rouge et en vert sur un même graphique (voir par exemple la figure 3D et la figure 3H).
REMARQUE : Enfin, les différents paramètres mesurés peuvent être comparés entre différentes conditions afin de déterminer la relation entre les changements de la concentration acrosomique de calcium et l’AE. Pour des exemples de comparaisons de conditions expérimentales, voir la référence2.