ここでは、クロマチンにH2B-RFP、紡錘体可視化にSiR-Tubulinを使用して、マウス卵母細胞の染色体分離を研究するための生細胞イメージング技術を要約します。サンプルの調製、マイクロインジェクション、培養、イメージングのセットアップ、および分析について詳しく説明し、減数分裂染色体動態の高解像度で光毒性を最小限に抑えたイメージングを実現するための実用的なガイドを提供します。
ここでは、クロマチンにH2B-RFP、紡錘体可視化にSiR-Tubulinを使用して、マウス卵母細胞の染色体分離を研究するための生細胞イメージング技術を要約します。サンプルの調製、マイクロインジェクション、培養、イメージングのセットアップ、および分析について詳しく説明し、減数分裂染色体動態の高解像度で光毒性を最小限に抑えたイメージングを実現するための実用的なガイドを提供します。
卵母細胞減数分裂中の正確な染色体分離は、適切な胚発生を確保し、異数性関連疾患を予防するために不可欠です。蛍光標識技術と組み合わせた生細胞イメージングは、減数分裂染色体動態を高い時空間分解能で研究するための強力なアプローチとなっています。このプロトコルでは、クロマチン標識のためのヒストンH2B-RFPと紡錘体追跡のためのSiR-チューブリンの使用に焦点を当てて、生きたマウス卵母細胞における染色体分離を視覚化するための主要な方法論を要約します。サンプル調製、mRNAマイクロインジェクション、卵母細胞培養、生細胞イメージングチャンバーのセットアップ、および共焦点顕微鏡設定の手順について説明し、これらはすべて、光毒性を最小限に抑えながら高解像度イメージングを実現するために最適化されています。さらに、光毒性、画像処理、減数分裂イベントの定量分析などの重要な実験上の考慮事項を強調します。このプロトコルは、現在の方法論の包括的な評価を提供することにより、生きた卵母細胞の染色体動態を調査し、減数分裂研究の精度と再現性を向上させようとしている研究者にとって実用的なガイドとして機能します。
卵母細胞減数分裂中の染色体および紡錘体のダイナミクスを正確に視覚化することは、女性の配偶子の成熟と異数性リスクを支配するメカニズムを理解するために重要です1,2,3,4,5。哺乳類の卵母細胞は、胚小胞の破壊(GVBD)、染色体の凝縮、紡錘体集合、非対称分裂など、高度に調整された一連の減数分裂イベントを受けます6。固定時点イメージングはこれらのプロセスの貴重なスナップショットを提供しますが、時間分解能に欠けており、サンプリング間隔間で発生する一時的または急速なイベントをキャプチャすることはできません。対照的に、蛍光標識染色体および微小管の生細胞イメージングは、これらの動的プロセスをリアルタイムで監視するための強力なアプローチを提供します2,3,7。これにより、個々の卵母細胞内の減数分裂イベントのタイミング、期間、シーケンスを直接観察でき、固定サンプルでは見逃される可能性のある一過性イベントの特定が可能になります。ただし、マイクロインジェクションおよびイメージング中に卵母細胞の生存率と生理学的完全性を維持するには、細心の注意を払った取り扱いと最適化された条件が必要です8。
このプロトコルは、マウス胚小胞(GV)期の卵母細胞にH2B-RFP cRNAをマイクロインジェクションし、クロマチンの蛍光標識を可能にし、その後、減数分裂全体を通して染色体と紡錘体の挙動のタイムラプス共焦点イメージングを可能にするための包括的なワークフローを記述しています4。この方法は、ホルモンプライミング、卵母細胞単離、制御された温度条件下でのマイクロインジェクション、および環境制御を備えた共焦点顕微鏡を使用したライブイメージングなどの主要なステップを統合しています4,9。この論文の全体的な目標は、生きたマウス卵母細胞の染色体および紡錘体の動態をリアルタイムで視覚化するための堅牢で再現性のあるワークフローを提示し、減数分裂調節と異数性リスクの根底にある分子および細胞メカニズムを調査するためのプラットフォームを提供することです。
このプロトコルは高い時間的および空間的分解能を提供しますが、外因性レポーターの発現に依存しているため、内因性タンパク質ダイナミクスを完全に複製できない可能性があり、過剰発現すると天然の減数分裂プロセスを妨げる可能性があります。研究者はこれらの制限を考慮し、可能な限り補完的なアプローチを使用して調査結果を検証する必要があります。
このプロトコルは、減数分裂メカニズム、染色体分離エラー、および卵母細胞の質に対する遺伝的または環境的摂動の影響を調査する研究をサポートするように設計されています。生殖生物学における基礎研究とトランスレーショナルアプリケーションの両方に堅牢なプラットフォームを提供します。
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すべての実験は、地元の動物倫理委員会によって承認されたプロトコルに従って実施されなければなりません。実験手順は、3Rの原則(置換、削減、改良)に厳密に従う必要があります。マウスは、標準化された環境条件(22°C、湿度60%)で、餌や水に自由にアクセスできる認定動物施設に収容する必要があります。
1. 卵母細胞の採取と準備
注:すべての機器と試薬は滅菌でなければなりません。実体顕微鏡下でマウスピペットを使用してすべての卵母細胞の取り扱いを行います( 材料表を参照)。すべての培地液滴を鉱物油で覆います(図1A-E)。
2. H2B-RFP cRNA調製
注:すべての手順は、清潔でRNaseのない環境で手袋を着用して実行してください。RNaseを含まない水と試薬のみを使用し、できればRNase阻害剤の存在下で作用します。
3. 卵母細胞の調製とマイクロインジェクション
注:手順全体を通して、卵母細胞の品質を維持するために、予熱培地と温度制御された顕微鏡ステージを使用して卵母細胞を37°Cに維持します。
4. 減数分裂中のH2B-RFP標識染色体のタイムラプスイメージング
5. イメージング後の処理
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図4A、Bに示すように、このプロトコルは、卵母細胞中の染色体(H2B-RFP)および紡錘体微小管(SiR-チューブリン)の高品質の生細胞イメージングを可能にし、それによって減数分裂の成熟全体を通じて包括的な時空間情報を提供します。
図4AのH2B-RFPチャネルは、GVBDに続く最初のアライメント(図4A、03:00〜08:00)から後期Iでの分離(図4A、09:00黄色の矢印)、中期IIでの染色体アライメントで終了する染色体移動のすべての側面を明らかにしています(図4A、13:30)。高解像度の画像により、研究者は紡錘体微小管の再配列や微妙な染色体の位置決めなどの微細な構造を視覚化でき、減数分裂の進行、紡錘体の位置決め、極体の押し出しの研究が容易になり...
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ここで提示されるプロトコルは、マウス卵母細胞のマイクロインジェクションおよび生細胞イメージングのための堅牢な方法を概説し、減数分裂中の染色体動態を高い時間的および空間的分解能で視覚化できるようにします。このアプローチの成功に重要なのは、採取やマイクロインジェクションからイメージングに至るまで、手順の各段階を通じて卵母細胞を細心の注意を払って取り扱うことです。卵母細胞は環境変動に非常に敏感であり、温度、pH、または浸透圧の偏差は、卵母細胞の生理学的完全性と発達の可能性を損なう可能性があります3,4,5,16,17。したがって、37°Cでの連続インキュベーション、予熱培地および温度制御された顕微鏡ステージの使用など、最適な条件を維持することは、長時間の...
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著者らは開示するものは何もない。
この研究は、クリストファー・チェン教授基金、クイーンズランド大学医学部からのスタートアップ資金、およびH.A.H.への全米保健医療研究評議会プロジェクト助成金(APP1078134年およびAPP1103689年)によって資金提供されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1mlシリンジ | テルモ | SS+01T ツベルクリン | 精密なPMSG注入用シリンジ。 |
| アガロースゲル | インビトロゲン | 16500500 | DNAおよびRNAゲル電気泳動で核酸をサイズ別に分離し、H2B-RFP配列に適合させるために使用されます。 |
| アルコールバーナー | ラボテック | LW15557-01 | 滅菌や口ピピットの準備に使用されます。 |
| 細菌培地(LBブロス) | シグマ・アルドリッチ | L3022 | 大腸菌やその他の細菌培養物の増殖に使用される標準培地。 |
| 細胞培養皿(35 × 10 mmおよび60 × 15 mm) | シグマ・アルドリッチ | CLS430165、CLS430166 | 卵母細胞の培養に使用されます。さまざまなサイズをご用意しています。 |
| 遠心分離機(卓上) | エッペンドルフ | 5424R型 | 研究室で一般的に使用される少量のサンプル用のコンパクトな遠心分離機です。 |
| 遠心分離管(15mlおよび50ml) | コーニング | 352096, 352070 | 遠心分離用の大型チューブで、細胞やタンパク質の処理に一般的に使用されます。 |
| クロロホルム | シグマ・アルドリッチ | C2432 | 分子生物学プロトコル、特にDNA/RNA抽出で一般的に使用される溶媒。 |
| CO2インキュベーター | 三洋電機 | (型式:MCO-18AIC) | 卵母細胞培養のための制御されたCO2雰囲気を維持するように設計されたインキュベーター。 |
| 使い捨て超極細針(27 G&1/2インチ) | ハンケ・サス・ウルフ | 4710004012 | 採卵用の細い針 |
| DNase I(RNaseフリー) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | EN0521 | RNA調製物から汚染DNAを除去するために使用される酵素。 |
| 乾式加熱ブロック | グラント・インスツルメンツ | (モデル:QBD4) | 水を必要とせずにサンプルや反応を正確な温度で加熱するために使用されるブロック。 |
| エタノール(分子生物学グレード) | シグマ・アルドリッチ | E7023 | DNAおよびRNAの沈殿、および滅菌手順に使用されます。 |
| 細かい解剖はさみ | Met-App科学および手術器具 | 2235 | マウス卵母細胞の精密解剖に使用 |
| 細い鉗子 | Met-App科学および手術器具 | 2127 | マウス卵母細胞の精密解剖に使用 |
| ゲル電気泳動システム | バイオラッド | 1645050 | ゲル中の核酸またはタンパク質の電気泳動を行うためのシステム。 |
| 硫酸ゲンタマイシン | シグマ・アルドリッチ | G1264 | 細胞培養における細菌汚染を防ぐために使用される抗生物質。 |
| ガラスパスツールピペット(230 mm) | VWRの | 6121702 | 卵母細胞口ピペットに使用されるガラスピペット |
| IBMXの | シグマ・アルドリッチ | I5879 | GVBDを予防するために用いられるホスホジエステラーゼ阻害剤 |
| 倒立顕微鏡 | ニコン | 培養皿の下から生きた細胞や生物を観察するために設計された顕微鏡。 | |
| マウス胚培養に適した軽質鉱物油 | シグマ・アルドリッチ | M5310 | 培養中の卵母細胞を覆い、蒸発を防ぎ、温度を維持するために使用されます。 |
| 塩化リチウム | シグマ・アルドリッチ | L9650 | RNA沈殿法で使用されます。 |
| ライブセルイメージングシステム | ライカ | ラスエックス | 高度な顕微鏡技術を使用して生細胞をリアルタイムに観察するために設計されたイメージングシステム。 |
| M16培地(in vitro培養用) | シグマ・アルドリッチ | M7292 | マウスの卵母細胞や胚の培養、その他のin vitro用途向けに設計された培地です。 |
| マイクロ遠心チューブ(0.6mlおよび1.6ml) | 海王星 | 3735.X、3745.X | 分子生物学や生化学のプロトコルでよく使用される遠心分離用の小容量チューブ。 |
| マイクロ遠心チューブ(RNaseフリー) | エッペンドルフ/ネプチューン | 022431081 (エッペンドルフ) | RNA用のRNaseフリーチューブは、RNAの分解を防ぐ働きをします。 |
| マイクロインジェクションニードル | サッター機器 | P-30 ピペットプーラー | 卵母細胞への精密なマイクロインジェクションのための針 |
| マイクロインジェクションシステム | ハーバード大学装置 | フェムトジェット、ピコポンプ | マウス卵母細胞にcRNAを高精度に注入するためのシステム。 |
| ミニプレップキット | キアゲン | 27106 (QIAprep スピン ミニプレップキット) | 分子生物学への応用のために細菌培養物からプラスミドDNAを単離するためのキット |
| 口吸引器チューブアセンブリ | シグマ・アルドリッチ | A5177 | 吸引卵母細胞用 |
| ペレットペイント | メルク・ミリポア | 69049-3 | 遠心分離中のペレット形成を可視化するための製品。 |
| フェノール:クロロホルム:イソアミルアルコール | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 15593031 | 相分離のためのH2B-RFP抽出に使用される溶液。 |
| H2B-RFPをコードするプラスミド | アドジーン | プラスミド #20972 | 赤色蛍光タンパク質(RFP) で染色体を標識するために使用されるプラスミド。 |
| PMSGの | プロスペック | HOR-272 | マウスの過懸濁用 |
| プロテイナーゼK | サーモフィッシャーサイエンティフィック | EO0491 | タンパク質を消化するために使用される酵素で、DNA/RNA抽出手順で一般的に使用されます。 |
| 制限酵素 NotI | ニューイングランドバイオラボ(NEB) | R3189S | DNAクローニングおよび分子生物学への応用で使用される制限酵素で、H2B-RFPプラスミド線形化に使用されます。 |
| RNase阻害剤(オプション) | ニューイングランドバイオラボ(NEB) | M0314S | RNA関連実験中のRNA分解を防ぐために使用される酵素。 |
| RNaseフリーの手袋 | VWR / フィッシャーサイエンティフィック | サイズにより異なる | RNA操作プロトコルで使用される、RNase汚染を防ぐために処理された手袋。 |
| RNaseフリーのピペットチップ | アクシジェン / サーモフィッシャー | T-300-R-S | RNA関連アプリケーション向けにRNase汚染がないように設計されたピペットチップ。 |
| RNaseフリーの水 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | AM9932 | 分解を避けるためのRNAの働きに不可欠なRNase酵素を除去するために精製された水。 |
| SDS(10%) | シグマ・アルドリッチ | L3771 | 電気泳動やその他の実験でタンパク質の変性に使用されるドデシル硫酸ナトリウム。 |
| SiR-チューブリン | スピロクロム | SC002 | 紡錘体の生細胞イメージングのためにチューブリンに特異的に結合する蛍光色素 |
| 酢酸ナトリウム(3 M) | シグマ・アルドリッチ | S7899 | 緩衝液として、また分子生物学の手順でDNAの沈殿に使用されます。 |
| 分光 光度 計 | サーモフィッシャー(NanoDrop) | ND-ワン-W | 吸光度を測定して核酸、タンパク質などの物質を定量するために使用される機器。 |
| 実体顕微鏡 | ライカ・マイクロシステムズ | M165C型 | 標本を低倍率で3次元で観察するために設計された顕微鏡で、解剖に役立ちます。 |
| シリンジフィルターユニット(0.22-µm) | メルク | SLGP033RS | 特に微生物学および分子生物学の用途において、液体の無菌ろ過に使用されます。 |
| シリンジとニードルの組み立て | テルモ | SS + 01Tツベルクリンシリンジ | 正確なPMSG配送に使用されます。 |
| T7 mMESSAGE mMACHINEキット | サーモフィッシャーサイエンティフィック | AM1344 | H2B-RFP cRNA調製のためのT7プロモーターからのRNAのin vitro転写用キット。 |
| ウォーターバス/ヒーティングブロック | 助成金手段 | QBD4 | 熱を必要とする実験で正確な温度を維持するために使用されます。 |
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