실험실마우스(Mus musculus)의성공적인 사육은 생산적인 동물 식민지의 설립 및 유지에 매우 중요합니다. 추가적으로, 마우스 태아는 발달 프로세스에 관하여 질문에 대답하기 위하여 수시로 공부됩니다. 마우스 배아 및 산후 발달 중 유전자 발현조절을 위한 다양한 유전 도구가 존재하며, 이는 과학자들이 인간 발달에 영향을 미치는 유전성 질환에 대해 더 많이 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.
이 비디오는 마우스의 번식 및 발달에 대한 소개를 제공합니다. 개발 진행을 설명하는 데 사용되는 용어를 명확히하는 것 외에도 프레젠테이션은 마우스 수명 주기의 주요 단계를 검토합니다. 첫째, 자궁에서 일어나는 주요 발달 사건은 초기 설치류 태아의 독특한 레이아웃에 주어진 특별한 주의와 함께 기술됩니다. 다음으로, 축산 프로토콜은 산후 마우스, 또는 새끼를 위해 제공되며, 여기에는 짜는 과정이 포함되거나 어머니의 새장에서 새끼를 제거하는 것이 포함됩니다. 남성과 여성은 예약되지 않은 짝짓기를 방지하기 위해이 단계에서 분리되어야하기 때문에, 데모는 또한 마우스 섹스를 결정하는 방법을 보여줍니다. 이어서, 정밀하게 시간 제한배아 발달에 유용한 코풀라 플러그에 대한 스크리닝을 포함하여 통제된 마우스 사육을 수행하기 위한 지침이 주어집니다. 마지막으로, 비디오는 유전자 변형 “녹아웃”마우스의 생성을 포함하여 마우스 발달을 지배하는 복잡한 프로세스를 조사하는 데 사용되는 전략을 강조합니다.
마우스는 인간 발달과 질병에 대한 우리의 이해를 계속 향상시키는 매우 가치있는 모델 유기체입니다. 포유류 중, 마우스는 높은 fecundity 와 급속 한 개발, 식민지 신속 하 게 확장 될 수 있습니다 의미.
자궁 내의 발달은 몇몇 전문화한 배아 구조물을 필요로 하기 때문에, 포유류 모형에 있는 배아 발생의 연구 결과는 또한 인간과 더 관련있습니다. 이 비디오에서는 마우스 재생 및 개발 단계, 마우스 를 사육하는 방법 및 실험실에서 마우스 생식 및 발달 지식을 적용하는 방법에 대해 논의 할 것입니다.
먼저 마우스 재생에 대해 조금 이야기해 봅시다. 인간과 마찬가지로 초기 마우스 발달은 내부이며, 임신은 “댐”이라고 불리는 어머니의 자궁 뿔 내에서 발생합니다. 그러나, 우리 대부분과는 달리, 마우스는 한 번에 많은 태아를 운반, 하나의 임신 기간에 10 – 12 새끼의 평균 쓰레기 크기를 생산.
이러한 새끼의 개발을 자세히 논의하기 전에 개발 단계를 식별하는 데 사용되는 용어를 검토해 보겠습니다. 가장 일반적인 준비 시스템은 성공적인 교합의 날에 배아 일 0, 또는 E0에서 시작됩니다. 그 후, 각 단계는 출생일을 통해 바로 수정 이후일의 수에 의해 정의되며, 출생 후 날 0 또는 P0에서 번호가 다시 시작될 때.
개발 타이밍은 동일한 쓰레기의 배아 사이에도 약간 다를 수 있기 때문에, Theiler 준비와 같이 시간 포스트 수정보다는 형태학에 기초한 대안적인 접근도 사용될 수 있습니다.
다음으로, 마우스 발달의 그 처음 몇 주 도중 생기는 형태학적 인 변화를 자세히 살펴보겠습니다.
난모세포의 수정 후, 배아는 천천히 생활을 시작하여 첫 3 일 동안 4 차례의 세포 분열만 완료합니다. 그러나, E4에 의해 이 세포는 곱하고 “blastocyst”로 알려져 있는 세포의 압축되고 중공 공을 형성하기 위하여 재구성했습니다. 이 단계에서, 결국 배아 자체를 야기할 세포는 모두 내부 세포 질량 또는 ICM으로 알려진 줄기 세포의 클러스터 내에서 발견된다. trophoblast 세포로 알려져 있는 나머지 세포는, 태아에게 산소와 영양을 제공하는 태반의 일부가 될 것입니다.
이 시점 이후에 설치류 개발은 약간 뒤틀려집니다. 대부분의 포유동물에서, 태아를 초래하는 세포는 디스크 와 같은 구조를 형성한다. 대조적으로, 마우스 태아는 컵 모양의 구성을 가지고 있습니다. 이 컵의 외부에 있는 세포는 결국 소화관의 안대기와 같은 깊은 조직을 초래하는 엔데담으로 알려져 있는 세포 층을 형성합니다. 혼란스럽게도, 컵의 내부 표면에 있는 세포는 모발과 피부 같이 더 피상적인 조직을 형성하는 ectoderm을 나타냅니다.
이 반전 된 레이아웃은 배아가 문자 그대로 자신을 돌때 배아 8 일 정도까지 지속됩니다. 이 시점에서, 몇 가지 다른 인식 가능한 구조 개발, 솜 투을 포함 하 여, 골격 근육 같은 조직에 발생; 그리고 앞다리와 뒷다리를 형성할 사지 싹.
폐와 소화관과 같은 주요 장기 시스템의 개발과 함께 12일째배아날에 는 매우 빠르게 상황이 빠르게 진행됩니다. 놀랍게도, 배아는 임신 19-21 일 후에 어머니 밖에서 살아남을 준비가 되어 있습니다.
이제 자궁에서 개발이 어떻게 진행되는지에 대한 느낌이 생겼으니, 쥐가 출산한 후에 어떤 일이 일어나는지 에 대해 이야기해 봅시다. 신생아 마우스, 또는 새끼, 작은, 털이 없는, 그리고 장님.
생활의 처음 몇 주 동안, 새끼는 가능한 수유 여성으로부터 영양을받을 수 있습니다. 그런 다음 출생 후 약 3 주, 그들은 짜기위한 준비가되어 있습니다, 그것은 자신의 케이지로 엄마의 장소에서 이동하는 시간이 의미!
미래의 번식을 제어하기 위해,이 시점에서 남성과 여성을 분리해야합니다. 남녀를 식별하려면 항문과 외부 생식기 사이의 거리를 검사하십시오. 여성에서,이 거리는 남성보다 짧을 것입니다.
새끼의 새 집을 준비하려면 새장에 침구가 놓인다. 그들은 여전히 새로운 발굴에 익숙해지고 있기 때문에, 물을 제공하는 것 외에도 케이지 바닥에 물이나 젖은 음식 접시로 부드러워진 음식 펠릿을 추가하십시오.
마우스는 그들의 피크 사육은 일반적으로 나이의 2 그리고 9 달 사이에서 떨어지는 와 함께, 짜기의 몇 주 안에 성적으로 성숙해집니다.
그렇다면 이 정보를 사용하여 번식 식민지를 어떻게 시작해야 할까요? 첫째, 마우스의 행동이 circadian 리듬에 의해 크게 영향을 받았다는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 그들은 야행성이기 때문에, 당신의 쥐는 밤에 번식합니다.
페로몬은 또한 마우스 동작에 큰 역할을하므로 잠재적 인 동료를 “소개”하여 서로 를 알 수 있게하는 것이 도움이됩니다. 번식 주기 동안 태어난 새끼의 수를 최대화하려면, 최대 4 암컷과 하나의 수컷 마우스를 결합.
정확하게 배아 발달을 시간, 각 여성 마우스를 검사하기 위해 아침에 반환 질 점액 플러그, 이는 교합 하는 동안 남성에 의해 증착된다. 마우스는 매 4 – 5 일 배란; 그래서 만약 당신이 바로 플러그를 볼 수 없습니다, 그 주 후반 에 다른 기회에 대 한 함께 마우스를 유지. 일부 암컷이 임신중이라고 결정하면 신생아 새끼에게 위협이 될 수 있으므로 케이지에서 수컷 마우스를 제거하십시오.
포유류 배아의 발달을 통제하는 복잡한 프로세스를 연구하기 위하여는, 과학자는 아주 멋진 기술을 개발했습니다. 몇 가지 예를 살펴보겠습니다.
시작 하려면, 운명 매핑 세포 표시 하 고 개발 및 성인 조직에 특정 구조에 기여 하는 방법을 결정 하기 위해 생체 내에서 추적 하는 접근.
여기서, 형광 단백질의 발현은 태아와 성인 뇌 조직에 단백질을 표현하는 세포의 기여를 추적하기 위해 세포의 작은 인구에서 켜지며.
개발에서 특정 유전자의 역할을 테스트하기 위해, 그것의 과발현의 결과를 검토하는 것이 도움이 됩니다. 자궁 전기기분기에서 불린 기술에서, DNA는 미세 주입에 의해 태아에게 전달되고 그 후 조직에 걸쳐 전류를 적용해서 세포로 몰립니다. 결과는 특정 세포에서 유전자 발현의 유도, 이 태아의 중추 신경계에서 적색 형광 단백질 발현에 의해 입증된 바와 같이.
유전자 발현에 대한 더 영구적인 변화는 유전자의 일부가 제거되는 녹아웃 마우스의 형태로 옵니다. 이러한 마우스를 생성하기 위해 줄기 세포는 초기 배아로부터 분리되어 게놈 변형을 받습니다. 수정된 세포는 배반구체로 이식되고, 그 후 임신을 위해 암컷으로 이식됩니다. 결과 새끼는 정상 및 녹다운 세포로 구성된 “키메라”가 될 것이며, 동형질 녹아웃 마우스를 생성하기 위해 사육될 수 있다.
마우스 재생 및 개발에 대한 JoVE의 개요를 방금 시청했습니다. 이 비디오에서 우리는 마우스 번식, 산전 및 산후 발달, 그리고 마우스를 사육하는 방법을 다루었습니다. 우리는 또한 실험실에서 마우스 개발을 공부하기위한 몇 가지 흥미로운 응용 프로그램에 대해 논의했다. 시청해 주셔서 감사합니다!
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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