Ce protocole décrit une procédure modifiée pour isoler rapidement des ovocytes propres de stade I chez des poissons-zèbres dépourvus de cellules de granulosa, fournissant ainsi une méthode pratique pour la recherche spécifique aux ovocytes.
Article de méthode
Ce protocole décrit une procédure modifiée pour isoler rapidement des ovocytes propres de stade I chez des poissons-zèbres dépourvus de cellules de granulosa, fournissant ainsi une méthode pratique pour la recherche spécifique aux ovocytes.
L’étude du développement des ovocytes a des implications importantes en biologie du développement. Le poisson-zèbre (Danio rerio) a été largement utilisé comme organisme modèle pour étudier les processus de développement précoces de l’ovocyte à l’embryon. Chez le poisson-zèbre, les ovocytes sont entourés d’une seule couche de cellules somatiques de la granulosa. Cependant, la séparation des cellules de la granulosa des ovocytes pose un défi, car l’obtention d’ovocytes purs est cruciale pour une analyse précise. Bien que diverses méthodes aient été proposées pour isoler les ovocytes de poisson-zèbre à différents stades de développement, les techniques actuelles ne parviennent pas à éliminer complètement les cellules de la granulosa, ce qui limite la précision de l’analyse du génome axée uniquement sur les ovocytes. Dans cette étude, nous avons réussi à développer un processus rapide et efficace pour isoler les ovocytes purs de stade I chez le poisson zèbre tout en éliminant la contamination cellulaire de la granulosa. Cette technique facilite l’analyse biochimique et moléculaire, notamment dans l’exploration des aspects épigénétiques et de la structure du génome spécifiques aux ovocytes. Notamment, la méthode est conviviale, minimise les dommages aux ovocytes et fournit une solution pratique pour la recherche et l’analyse ultérieures.
Le poisson-zèbre est l’un des systèmes modèles les plus importants en biologie du développement. Au cours des dernières années, de nombreuses études ont utilisé le poisson-zèbre comme modèle pour étudier des événements biologiques importants et des processus régulateurs de l’ovocyte à l’embryon. Ceux-ci englobent les processus complexes du développement et de la maturation des ovocytes1, la fonctionnalité des gènes maternels2, la régulation des transitions mères-zygotiques3 et des analyses omiques approfondies4.
Les cellules de la granulosa, les cellules somatiques qui enveloppent et nourrissent l’ovocyte en développement dans le follicule ovarien 5,6, jouent un rôle central dans ce processus de développement. Au fur et à mesure que les cellules germinales primordiales (PGC) évoluent en oogonies, elles sont entourées d’une monocouche de cellules de la granulosa7. Avec les cellules thécales externes, l’ovocyte et les cellules de la granulosa qui l’entourent constituent un follicule mature8. Compte tenu de la distinction fondamentale entre les cellules germinales et les cellules somatiques, l’obtention d’un échantillon d’ovocytes purs est impérative, en particulier pour les analyses liées au génome.
Au sein de la structure folliculaire du poisson-zèbre, les cellules de la granulosa présentent généralement un diamètre de seulement quelques microns8, ce qui souligne l’interconnexion intime entre les cellules de la granulosa et les ovocytes9. Cette association étroite présente un défi pour obtenir une séparation complète en raison de la différence considérable entre le nombre et le volume des cellules de la granulosa et ceux des ovocytes (des centaines de cellules de la granulosa par rapport à un seul ovocyte)10,11. Même une contamination minime avec une seule cellule de granulosa peut entraver les analyses en aval ciblant spécifiquement les ovocytes. Par conséquent, pour les études axées sur les caractéristiques génomiques et épigénétiques, l’élimination des cellules de la granulosa est essentielle.
Bénéficiant de critères morphologiques bien caractérisés, les ovocytes à chaque stade peuvent être distingués sur la base du diamètre11. Le processus d’ovogenèse chez le poisson-zèbre est classé en cinq étapes selon la morphologie et le caryotype11. Les ovocytes de stade I (7-140 μm de diamètre) englobent les ovocytes du début de la méiose au stade précoce de la méiose I. Surtout, ces ovocytes sont transparents, ce qui permet d’observer le noyau central à travers la lumière transmise (Figure 1Ai). Les ovocytes de stade II (140-340 μm de diamètre) deviennent progressivement mousseux et translucides. Avec l’élargissement des follicules et la prolifération des alvéoles corticales, les vésicules germinales au centre deviennent difficiles à distinguer12 (Figure 1Aii). Les ovocytes de stade III (340-690 μm de diamètre) accumulent progressivement de la vitellogénine et les follicules frais deviennent de plus en plus opaques (Figure 1Aiii). La méiose se poursuit dans les ovocytes de stade IV (690-730 μm de diamètre) lorsque les chromosomes entrent au milieu de la méiose II, où ils stagnent (Figure 1Aiv). Les ovocytes de stade V (730-750 μm de diamètre) sont arrivés à maturité et sont prêts pour l’ovulation 7,11 (Figure 1Av).
Sur la base des caractéristiques uniques de chacun des stades susmentionnés, une méthode a été proposée pour isoler les ovocytes des stades I à III en digérant les ovaires du poisson-zèbre à l’aide d’une solution digestive contenant de la collagénase I, de la collagénase II et de l’hyaluronidase, suivie d’une filtration à travers une passoire cellulaire de taille spécifique13. Cependant, bien que cette méthode permette d’obtenir des ovocytes à différents stades de développement, elle ne parvient pas à séparer complètement les ovocytes et les cellules de la granulosa. D’autres chercheurs ont également suggéré des méthodes pour séparer les cellules de la granulosa des ovocytes. Cependant, ces méthodes reposent principalement sur des approches mécaniques, qui peuvent causer des lésions aux ovocytes, prennent du temps et sont insuffisantes pour obtenir un nombre important d’ovocytes à analyser14,15.
Compte tenu des limites des méthodes existantes et des exigences spécifiques de la recherche, cette étude vise à établir une procédure permettant de séparer complètement les ovocytes et les cellules de la granulosa et d’obtenir un nombre suffisant d’ovocytes propres de stade I pour l’analyse. En développant la méthoderéférencée 13, nous utilisons un tampon de digestion amélioré (voir le tableau des matériaux) qui est plus doux et facilite la dispersion des ovocytes et la dissociation des cellules de la granulosa. Ensuite, les ovocytes sont passés à travers une passoire cellulaire, suivi d’un lavage et d’une sélection microscopique supplémentaire, permettant l’acquisition d’un grand nombre d’ovocytes propres de stade I.
Tous les poissons-zèbres ont été manipulés conformément aux directives strictes en matière de soins aux animaux définies par les organismes nationaux et/ou locaux de protection des animaux concernés. L’entretien et la manipulation des poissons ont reçu l’approbation des autorités locales et du comité d’éthique animale de l’hôpital de Chine occidentale de l’Université du Sichuan (approbation n° 20220422003). Les ovaires du poisson-zèbre contiennent un mélange d’ovocytes à plusieurs stades, chaque stade de développement étant présent dans les ovaires adultes du poisson-zèbre. Cependant, des poissons-zèbres juvéniles ont été sélectionnés pour cette étude en raison de la dominance des ovocytes à un stade avancé (stades II-III) dans les ovaires des poissons adultes, qui sont grands et opaques. En revanche, les ovaires des juvéniles sont plats et allongés, principalement constitués d’ovocytes de stade I (figure 1B) (figure 1B). Des recherches antérieures ont démontré que les caractéristiques morphologiques de l’ovogenèse précoce chez les poissons-zèbres adultes et juvéniles sont très cohérentes, ce qui soutient la faisabilité de l’utilisation de poissons-zèbres juvéniles13. Les procédures décrites ci-dessous, décrites à la figure 2, fournissent une description détaillée du processus d’isolement, de la dissection à l’obtention d’ovocytes propres de stade I. À titre de référence, les réactifs, les tampons et l’équipement utilisés dans l’étude sont énumérés dans la table des matériaux.
1. Dissection ovarienne
2. La digestion
3. Filtration
4. Lavage
5. Sélection pour le contrôle de la qualité
6. Confirmation par coloration nucléaire
REMARQUE : Pour affiner davantage les ovocytes isolés, une coloration au Hoechst 33342 a été utilisée pour identifier et éliminer les ovocytes individuels collés avec des cellules de granulosa qui auraient pu être manqués à l’étape précédente.
La figure 1 illustre la morphologie ovarienne observée chez les poissons-zèbres adultes et juvéniles, mettant en valeur les ovocytes à différents stades de développement pour servir de référence. La figure 1A fournit une représentation graphique de la morphologie et de la taille des ovocytes à chaque stade de développement, en commençant par le stade de croissance primaire (stade I) et en terminant par l’ovule ovulé (stade V). Les figures 1Ai-v illustrent les diamètres correspondant aux stades I à V des ovocytes. La figure 1B (panneau de gauche) montre des images ovariennes chez des poissons juvéniles (6 wpf avec SL = 1,5 cm). Notamment, l’ovaire juvénile présente une apparence lobulaire distincte, principalement caractérisée par une abondance d’ovocytes transparents de stade I, accompagnés d’une plus petite population d’ovocytes de stade II. Cette prévalence des ovocytes de stade I facilite grandement leur observation et leur récupération. Le panneau de droite représente la morphologie de l’ovaire du poisson adulte (6 mois), où l’on peut observer des ovocytes à différents stades de développement. Cependant, les ovocytes opaques de stade avancé (stades II-III) sont prédominants dans l’ovaire.
La figure 2 illustre les processus représentatifs de la dissection à l’obtention d’ovocytes de stade I propres. La figure 3 présente des ovocytes de stade I obtenus à la fois par la méthode de référence et par la méthode modifiée. Après la coloration de Hoechst, les noyaux cellulaires de l’ovocyte et de la granulosa ont présenté une fluorescence bleue sous la lumière UV. Dans les images obtenues à l’aide de la méthode de référence (Figure 3A), la surface des ovocytes était densément entourée de nombreux noyaux cellulaires de la granulosa colorés. En revanche, les ovocytes de stade I séparés par la méthode modifiée (figure 3B) présentent une exposition et une propreté complètes, sans coloration des noyaux cellulaires de la granulosa.
Nos résultats ont démontré l’efficacité de la méthode proposée pour isoler les ovocytes de stade I. Le processus de développement des ovocytes chez les poissons téléostéens présente plusieurs caractéristiques communes7. Afin d’évaluer son applicabilité interspécifique, d’autres analyses ont été effectuées sur d’autres espèces de poissons. Les loches d’étang femelles ont été acquises sur un marché local, et les ovocytes à un stade précoce (diamètre <100 μm) ont été isolés selon la même procédure. La composition ovarienne de la loche d’étang a également montré un mélange d’ovocytes à plusieurs stades de développement, caractérisé par une ressemblance frappante dans la morphologie et la taille des ovocytes avec celle du poisson-zèbre au cours du même stade. Comme l’illustre la figure 4A, les ovaires des loches d’étang femelles adultes étaient dominés par des ovocytes tardifs opaques entrecoupés d’ovocytes précoces transparents. Une monocouche claire de cellules de la granulosa a été observée à la surface des ovocytes. Conformément à nos observations chez le poisson zèbre, les ovocytes de loche mesurant moins de 100 μm de diamètre correspondaient au stade précédant le stade diplotène. La figure 4B représente les ovocytes propres de loche d’étang (Misgurnus anguillicaudatus) obtenus par la méthode modifiée. Comparés aux ovaires du poisson zèbre, les ovaires de la loche d’étang sont plus difficiles à dissocier. Après 6-7 h de digestion, les ovocytes à un stade plus précoce se dissocient. Néanmoins, cette approche ajustée a permis d’obtenir les ovocytes propres et nus souhaités. Les poissons-zèbres appartiennent à la famille des Cyprinidae, tandis que les loches d’étang sont classées dans la famille des Cobitidae. Ces deux familles présentent une relation taxonomique éloignée, mais leur stade de développement ovarien et leur morphologie sont remarquablement similaires, ce qui indique que cette méthode peut généralement être utilisée pour analyser les ovocytes de diverses espèces de poissons.

Figure 1 : Images représentatives des ovaires et des ovocytes du poisson-zèbre à différents stades. (A) Morphologie et taille des ovocytes à chaque stade de développement (St). i-v représente les images et le diamètre des ovocytes du stade I à V. Barre d’échelle = 200 μm. (B) Morphologie ovarienne des poissons-zèbres adultes et juvéniles. Barres d’échelle = 500 μm. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 2 : Images représentatives de la procédure d’isolement, de la dissection à l’acquisition d’ovocytes propres de stade I. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Ovocytes de stade I obtenus par les deux méthodes. (A) Ovocytes de stade (St) I isolés par la méthode référencée. (B) Ovocytes de stade I isolés par la méthode modifiée. Les noyaux cellulaires de l’ovocyte et de la granulosa ont été colorés avec Hoechst et excités avec de la lumière UV. Barres d’échelle = 100 μm. BF = champ clair. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : Ovocytes à un stade précoce de loche d’étang obtenus par la méthode modifiée. (A) Images représentatives de l’ovaire et des ovocytes de la loche d’étang. I, II représentent les ovaires des loches d’étang sous différentes grossissements, et III-IV représente les ovocytes aux premiers stades des loches d’étang. Barres d’échelle : i (500 μm) ; II (200 μm) ; III, IV (100 μm). (B) Ovocytes à un stade précoce isolés de loche d’étang. Les noyaux des ovocytes et des cellules de la granulosa ont été colorés avec Hoechst et excités avec de la lumière UV. Barres d’échelle = 100 μm. BF = champ clair. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Dans cette étude, nous avons développé une méthode permettant d’isoler des ovocytes de stade I purs et propres, à l’exclusion des cellules de la granulosa, pour une analyse en aval (en particulier les analyses génomiques). En comparant cette méthode modifiée avec la méthode référencée13, les ovocytes de stade I obtenus à l’aide de cette méthode sont morphologiquement intacts, en nombre suffisant et exempts de contamination par d’autres cellules somatiques, ce qui les rend aptes à diverses études et analyses ultérieures. De plus, par rapport à d’autres méthodes de séparation mécanique14,15, la méthode améliorée est plus simple à utiliser, facilite l’acquisition d’un plus grand nombre d’ovocytes et prévient les lésions des ovocytes.
De plus, en plus d’isoler efficacement les ovocytes de poisson-zèbre de stade I, cette méthode peut également être appliquée aux loches d’étang, ce qui indique sa large applicabilité à une variété d’espèces de poissons. Pour étudier l’impact de la contamination des cellules de la granulosa sur l’expression des gènes et l’analyse épigénétique, nous avons effectué le séquençage de l’ARN (RNA-seq) et l’analyse CUT&Tag sur des ovocytes obtenus à l’aide des méthodes de référence et modifiées. Bien que quelques gènes exprimés de manière différentielle aient été identifiés par RNA-seq, certains gènes spécifiquement exprimés dans les cellules de la granulosa ont tout de même été identifiés (données non présentées). L’analyse a également révélé des différences substantielles dans les modifications des histones entre les ovocytes isolés par différentes méthodes (données non présentées). Ces résultats soulignent l’importance de cette méthode pour séparer complètement les ovocytes et les cellules de la granulosa pour une expression génique précise et une analyse épigénétique.
Plusieurs aspects nécessitent une attention particulière lors de la mise en œuvre de la méthode proposée : (1) La sélection de la taille appropriée du poisson-zèbre est cruciale. Cela permet d’obtenir suffisamment d’ovocytes et de réduire les étapes de lavage ultérieures. Les ovaires du poisson-zèbre avec une SL <10 mm ne fournissent pas suffisamment d’ovocytes, ce qui nécessite un plus grand nombre de poissons pour répondre aux exigences d’échantillonnage et augmente la pression de reproduction. À l’inverse, les poissons-zèbres avec une SL supérieure à 15 mm présentent la formation progressive d’ovocytes de stade II-III, dont les membranes se brisent facilement lors de la réaction de digestion. (2) Lorsque des poissons plus gros sont utilisés, la fuite du contenu cellulaire résultant d’ovocytes endommagés peut entraîner une contamination, inhibant ainsi dans une certaine mesure la réaction de digestion. Dans de tels cas, il est recommandé de retirer l’ancien tampon digestif, de le laver avec du L-15, puis d’ajouter une nouvelle solution de dissociation des cellules de Kinger pour une digestion plus poussée. (3) Si l’on dispose d’un équipement approprié, le fait de secouer pendant la digestion peut améliorer la séparation.
À l’étape 3.1, des cellules de granulosa plus petites peuvent accompagner les ovocytes à travers la crépine cellulaire. Cependant, des observations pratiques indiquent que l’échantillon final d’ovocytes collecté ne contient pas de cellules de la granulosa. Sauf dans les cas où une digestion incomplète a entraîné la présence de cellules de granulosa résiduelles dans certains ovocytes, aucune autre cellule de la granulosa marquée à Hoechst n’a été détectée dans le système. Ici, nous avons émis l’hypothèse que les cellules de la granulosa, étant plus petites et plus légères, pourraient rester en suspension dans le milieu de culture et être ensuite éliminées au cours des multiples étapes de lavage. L’efficacité de l’isolement a également été quantifiée en calculant la proportion d’ovocytes avec fixation de cellules de granulosa et d’ovocytes propres après coloration de Hoechst. Des taux d’ovocytes propres allant jusqu’à 98% ont été observés dans des échantillons contenant 1000 ovocytes.
Malgré ses nombreux avantages, l’approche proposée présentait également des limites notables. Tout d’abord, cette méthode a été validée pour l’extraction d’ADN ou d’ARN, le séquençage et la détection immédiate de cellules vivantes intactes, mais la faisabilité et la fiabilité de son extension à d’autres domaines de test doivent encore être validées. Une autre limitation est que la méthode proposée ne peut être appliquée que pour isoler les ovocytes de stade I, car l’efficacité d’isolement pour les autres stades n’est pas satisfaisante. Par conséquent, des efforts supplémentaires sont nécessaires pour améliorer l’efficacité et l’applicabilité de la méthode proposée. De plus, les études futures devraient se concentrer sur l’exploration de la possibilité d’appliquer la méthode proposée pour isoler efficacement les ovocytes d’autres stades, élargissant ainsi son applicabilité.
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Ce travail a été soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (32170813 et 31871449) et le Département des sciences et de la technologie du Sichuan (2024NSFSC0651), et le projet 1,3,5 pour les disciplines d’excellence – Fonds de recherche clinique, Hôpital de Chine occidentale, Université du Sichuan (2024HXFH035). Les auteurs tiennent à remercier Zhao Wang et Yanqiu Gao du Laboratoire de chirurgie pédiatrique pour l’élevage de poissons-zèbres liés à ce travail. Les auteurs tiennent également à remercier tous les examinateurs qui ont participé à l’examen, ainsi que MJEditor (www.mjeditor.com) pour avoir fourni des services d’édition en anglais lors de la préparation de ce manuscrit.
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