Dit protocol beschrijft een aangepaste procedure voor het snel isoleren van schone fase I-eicellen in zebravissen zonder granulosacellen, waardoor een handige methode wordt geboden voor eicelspecifiek onderzoek.
Methodenartikel
Dit protocol beschrijft een aangepaste procedure voor het snel isoleren van schone fase I-eicellen in zebravissen zonder granulosacellen, waardoor een handige methode wordt geboden voor eicelspecifiek onderzoek.
De studie van de ontwikkeling van eicellen heeft belangrijke implicaties voor de ontwikkelingsbiologie. De zebravis (Danio rerio) is op grote schaal gebruikt als modelorganisme om vroege ontwikkelingsprocessen van eicel tot embryo te onderzoeken. Bij zebravissen zijn de eicellen omgeven door een enkele laag somatische granulosacellen. Het scheiden van granulosacellen van eicellen vormt echter een uitdaging, aangezien het verkrijgen van zuivere eicellen cruciaal is voor nauwkeurige analyse. Hoewel er verschillende methoden zijn voorgesteld om oöcyten van zebravissen in verschillende ontwikkelingsstadia te isoleren, schieten de huidige technieken tekort in het volledig verwijderen van granulosacellen, waardoor de nauwkeurigheid van genoomanalyse die uitsluitend op eicellen is gericht, wordt beperkt. In deze studie hebben we met succes een snel en efficiënt proces ontwikkeld voor het isoleren van zuivere fase I-eicellen in zebravissen en het elimineren van granulosacelcontaminatie. Deze techniek vergemakkelijkt de biochemische en moleculaire analyse, met name bij het onderzoeken van epigenetische en genoomstructuuraspecten die specifiek zijn voor eicellen. De methode is met name gebruiksvriendelijk, minimaliseert eicelschade en biedt een praktische oplossing voor verder onderzoek en analyse.
De zebravis behoort tot de belangrijkste modelsystemen in de ontwikkelingsbiologie. In de afgelopen jaren hebben talloze studies de zebravis gebruikt als model om belangrijke biologische gebeurtenissen en regulerende processen van eicel tot embryo te bestuderen. Deze omvatten de ingewikkelde processen van de ontwikkeling en rijping van eicellen1, de functionaliteit van maternale genen2, de regulatie van maternale zygote overgangen3 en uitgebreide omics-analyses4.
Granulosacellen, de somatische cellen die de zich ontwikkelende eicel in de eierstokfollikel 5,6 omhullen en voeden, spelen een cruciale rol in dit ontwikkelingsproces. Naarmate primordiale kiemcellen (PGC's) evolueren tot oögonen, worden ze omgeven door een monolaag van granulosacellen7. Samen met de uitwendige thecale cellen vormen de eicel en de omringende granulosacellen een rijpe follikel8. Gezien het fundamentele onderscheid tussen geslachtscellen en somatische cellen, is het verkrijgen van een zuiver eicelmonster absoluut noodzakelijk, vooral voor genoomgerelateerde analyses.
Binnen de folliculaire structuur van zebravissen vertonen granulosacellen doorgaans een diameter van slechts enkele microns8, wat de intieme onderlinge verbinding tussen granulosacellen en eicellen benadrukt9. Deze nauwe associatie vormt een uitdaging bij het bereiken van volledige scheiding vanwege het aanzienlijke verschil in zowel het aantal als het volume van granulosacellen versus eicellen (honderden granulosacellen vergeleken met een enkele eicel)10,11. Zelfs een minimale contaminatie met een enkele granulosacel kan stroomafwaartse analyses belemmeren die specifiek gericht zijn op eicellen. Daarom is voor studies die zich richten op genomische en epigenetische kenmerken de eliminatie van granulosacellen essentieel.
Profiterend van goed gekarakteriseerde morfologische criteria, kunnen eicellen in elk stadium worden onderscheiden op basis van diameter11. Het oögeneseproces in zebravissen is onderverdeeld in vijf fasen volgens morfologie en karyotype11. Stadium I-eicellen (diameter 7-140 μm) omvatten eicellen vanaf het begin van de meiose tot het vroege stadium van meiose I. Cruciaal is dat deze eicellen transparant zijn, waardoor de centrale kern kan worden waargenomen door middel van doorvallend licht (Figuur 1Ai). Stadium II-eicellen (diameter 140-340 μm) worden geleidelijk schuimig en doorschijnend. Met de vergroting van de follikels en de proliferatie van corticale longblaasjes worden de kiemblaasjes in het midden moeilijk te onderscheiden12 (Figuur 1Aii). Stadium III-eicellen (diameter 340-690 μm) accumuleren geleidelijk vitellogenine en verse follikels worden steeds ondoorzichtiger (Figuur 1Aiii). Meiose gaat verder in stadium IV oöcyten (690-730 μm diameter) terwijl chromosomen het midden van meiose II ingaan, waar ze stagneren (Figuur 1Aiv). Stadium V-eicellen (diameter 730-750 μm) zijn gerijpt en klaar voor ovulatie 7,11 (figuur 1Av).
Op basis van de unieke kenmerken van elk van de bovengenoemde stadia is een methode voorgesteld om eicellen van stadia I tot III te isoleren door de eierstokken van zebravissen te verteren met behulp van een spijsverteringsoplossing die collagenase I, collagenase II en hyaluronidase bevat, gevolgd door filtratie door een celzeef van specifieke grootte13. Hoewel deze methode het mogelijk maakt om eicellen in verschillende ontwikkelingsstadia te verkrijgen, slaagt het er niet in om eicellen en granulosacellen volledig te scheiden. Andere onderzoekers hebben ook methoden voorgesteld om granulosacellen van eicellen te scheiden. Deze methoden zijn echter voornamelijk gebaseerd op mechanische benaderingen, die eicelschade kunnen veroorzaken, tijdrovend zijn en ontoereikend zijn om een aanzienlijk aantal eicellen voor analyse te verkrijgen14,15.
Gezien de beperkingen van de bestaande methoden en specifieke onderzoeksvereisten, heeft deze studie tot doel een procedure vast te stellen om eicellen en granulosacellen grondig te scheiden en een voldoende aantal schone fase I-eicellen te verkrijgen voor analyse. Voortbouwend op de genoemde methode13, gebruiken we een verbeterde spijsverteringsbuffer (zie Materiaaltabel) die zachter is en de dispersie van eicellen en dissociatie van granulosacellen vergemakkelijkt. Vervolgens worden de eicellen door een celzeef geleid, gevolgd door wassen en verdere microscopische selectie, waardoor een groot aantal schone fase I-eicellen kan worden verkregen.
Alle zebravissen werden behandeld volgens de strenge richtlijnen voor dierenverzorging die zijn opgesteld door de relevante nationale en/of lokale dierenwelzijnsinstanties. Het onderhoud en de behandeling van vissen kregen goedkeuring van zowel de lokale autoriteiten als de dierethische commissie van het West-Chinese ziekenhuis van de Universiteit van Sichuan (goedkeuring nr. 20220422003). Zebravis-eierstokken bevatten een mengsel van oöcyten in meerdere fasen, waarbij elke ontwikkelingsfase aanwezig is in de eierstokken van volwassen zebravissen. Voor deze studie werden echter juveniele zebravissen geselecteerd vanwege de dominantie van eicellen in een laat stadium (stadium II-III) in de eierstokken van volwassen vissen, die groot en ondoorzichtig zijn. Daarentegen hebben juvenielen platte en langwerpige eierstokken die voornamelijk bestaan uit stadium I eicellen (Figuur 1B) (Figuur 1B). Eerder onderzoek heeft aangetoond dat de morfologische kenmerken van vroege oögenese bij volwassen en juveniele zebravissen zeer consistent zijn, wat de haalbaarheid van het gebruik van juveniele zebravissenondersteunt13. De hieronder beschreven procedures, beschreven in figuur 2, geven een gedetailleerde beschrijving van het isolatieproces, van dissectie tot het verkrijgen van schone fase I-eicellen. Voor verdere referentie worden de reagentia, buffers en apparatuur die in het onderzoek zijn gebruikt, vermeld in de Materiaaltabel.
1. Dissectie van de eierstok
2. Spijsvertering
3. Filtratie
4. Wassen
5. Selectie voor kwaliteitscontrole
6. Bevestiging door nucleaire kleuring
OPMERKING: Voor verdere verfijning van de geïsoleerde eicellen werd kleuring met Hoechst 33342 toegepast om individuele eicellen die met granulosacellen waren gehecht te identificeren en te verwijderen die in de vorige stap mogelijk over het hoofd waren gezien.
Figuur 1 illustreert de morfologie van de eierstokken die is waargenomen bij zowel volwassen als jonge zebravissen, waarbij eicellen in verschillende ontwikkelingsstadia worden getoond om als referentie te dienen. Figuur 1A geeft een grafische weergave van de morfologie en grootte van de eicel in elke ontwikkelingsfase, beginnend met het primaire groeistadium (stadium I) en eindigend met het eisprong (stadium V). Figuren 1Ai-v illustreren de diameters die overeenkomen met de stadia I tot en met V van de eicellen. Figuur 1B (linkerpaneel) toont afbeeldingen van de eierstokken bij jonge vissen (6 wpf met SL = 1,5 cm). Met name de juveniele eierstok vertoont een duidelijk lobulair uiterlijk, voornamelijk gekenmerkt door een overvloed aan transparante stadium I-eicellen, vergezeld van een kleinere populatie stadium II-eicellen. Deze prevalentie van stadium I-eicellen vergemakkelijkt hun observatie en ophalen aanzienlijk. Het rechterpaneel toont de morfologie van de eierstok van de volwassen vis (6 maanden), waar eicellen in verschillende ontwikkelingsstadia kunnen worden waargenomen. Ondoorzichtige eicellen in een laat stadium (stadium II-III) zijn echter overheersend in de eierstok.
Figuur 2 illustreert de representatieve processen van dissectie tot het verkrijgen van schone stadium I eicellen. Figuur 3 toont stadium I-eicellen die zijn verkregen met zowel de referentiemethode als de gewijzigde methode. Na de kleuring van Hoechst vertoonden de celkernen van de eicellen en granulosacellen blauwe fluorescentie onder UV-licht. In de beelden die met behulp van de referentiemethode werden verkregen (figuur 3A), was het oppervlak van de eicellen dicht omgeven door talrijke gekleurde granulosacelkernen. Daarentegen vertonen stadium I-eicellen die volgens de gewijzigde methode zijn gescheiden (figuur 3B) volledige blootstelling en reinheid, zonder dat er granulosacelkernkleuring aanwezig is.
Onze bevindingen toonden de effectiviteit aan van de voorgestelde methode voor het isoleren van fase I-eicellen. Het ontwikkelingsproces van eicellen in teleostvissen vertoont verschillende gemeenschappelijke kenmerken7. Om de toepasbaarheid ervan in verschillende soorten te beoordelen, werden verdere analyses uitgevoerd op andere vissoorten. Vrouwelijke modderkruipers werden op een lokale markt gekocht en eicellen in een vroeg stadium (diameter <100 μm) werden volgens dezelfde procedure geïsoleerd. De eierstoksamenstelling van de modderkruiper vertoonde ook een mengsel van eicellen in meerdere ontwikkelingsstadia, gekenmerkt door een opvallende gelijkenis in morfologie en grootte van de eicel met die van zebravissen in hetzelfde stadium. Zoals geïllustreerd in figuur 4A, werden de eierstokken van volwassen vrouwelijke modderkruipers gedomineerd door ondoorzichtige late eicellen afgewisseld met transparante vroege eicellen. Een duidelijke monolaag van granulosacellen werd waargenomen op het oppervlak van eicellen. In overeenstemming met onze waarnemingen bij zebravissen kwamen de eicellen van modderkruipers met een diameter van minder dan 100 μm overeen met het stadium voorafgaand aan het diploteenstadium. Figuur 4B toont de schone eicellen van modderkruiper (Misgurnus anguillicaudatus) die met de gewijzigde methode zijn verkregen. In vergelijking met de eierstokken van zebravissen zijn de eierstokken van modderkruiper moeilijker te dissociëren. Na 6-7 uur vertering dissociëren meer eicellen in een vroeg stadium. Toch leverde deze aangepaste aanpak de gewenste schone en naakte eicellen op. Zebravissen behoren tot de familie Cyprinidae, terwijl modderkruipers worden geclassificeerd binnen de familie Cobitidae. Deze twee families vertonen een verre taxonomische verwantschap, maar hun ovariële ontwikkelingsstadium en morfologie zijn opmerkelijk vergelijkbaar, wat aangeeft dat deze methode over het algemeen kan worden gebruikt voor het analyseren van eicellen van verschillende vissoorten.

Figuur 1: Representatieve beelden van de eierstokken en eicellen van zebravissen in verschillende stadia. (A) Morfologie en grootte van de eicellen in elk ontwikkelingsstadium (St). i-v vertegenwoordigt de beelden en de diameter van de eicellen van stadium I tot V. Schaalbalk = 200 μm. (B) Orfologie van de eierstokken van volwassen en jonge zebravissen. Schaalbalken = 500 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Representatieve beelden van de isolatieprocedure, van dissectie tot het verkrijgen van schone fase I eicellen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Stadium I-eicellen verkregen via de twee methoden. (A) Stadium (St) I-eicellen geïsoleerd volgens de methode waarnaar wordt verwezen. (B) Stadium I-eicellen geïsoleerd volgens de gewijzigde methode. De celkernen van de eicel en granulosa werden gekleurd met Hoechst en geëxciteerd met UV-licht. Schaalbalken = 100 μm. BF = helder veld. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Oöcyten in een vroeg stadium van modderkruiper verkregen volgens de gewijzigde methode. (A) Representatieve beelden van eierstokken en eicellen van modderkruiper. I, II vertegenwoordigen de eierstokken van modderkruipers onder verschillende vergrotingen, en III-IV vertegenwoordigen de eicellen in een vroeg stadium van modderkruipers. Schaal balken: i (500 μm); II (200 μm); III, IV (100 μm). (B) Oöcyten in een vroeg stadium, geïsoleerd uit modderkruiper. De eicellen en granulosacelkernen werden gekleurd met Hoechst en geëxciteerd met UV-licht. Schaalbalken = 100 μm. BF = helder veld. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
In deze studie hebben we een methode ontwikkeld voor het isoleren van zuivere en schone fase I-eicellen, met uitzondering van granulosacellen, voor stroomafwaartse analyse (met name genomische analyses). Als we deze gewijzigde methode vergelijken met de methode waarnaar wordt verwezen13, zijn de met deze methode verkregen stadium I-eicellen morfologisch intact, voldoende in aantal en vrij van contaminatie met andere somatische cellen, waardoor ze geschikt zijn voor verschillende latere studies en analyses. Bovendien is de verbeterde methode in vergelijking met andere mechanische scheidingsmethoden14,15 eenvoudiger te bedienen, vergemakkelijkt het de verwerving van een groter aantal eicellen en voorkomt het schade aan de eicel.
Bovendien kan deze methode niet alleen effectief stadium I zebraviseicellen isoleren, maar ook worden toegepast op modderkruipers in de vijver, wat aangeeft dat het breed toepasbaar is bij een verscheidenheid aan vissoorten. Om de impact van granulosacelcontaminatie op genexpressie en epigenetische analyse te onderzoeken, voerden we RNA-sequencing (RNA-seq) en CUT&Tag-analyse uit op eicellen verkregen met behulp van de referentie- en aangepaste methoden. Hoewel enkele differentieel tot expressie gebrachte genen werden geïdentificeerd door RNA-seq, werden sommige genen die specifiek tot expressie werden gebracht in granulosacellen nog steeds geïdentificeerd (gegevens niet getoond). De analyse onthulde ook substantiële verschillen in histonmodificaties tussen eicellen die met verschillende methoden zijn geïsoleerd (gegevens niet getoond). Deze resultaten onderstrepen het belang van deze methode bij het volledig scheiden van eicellen en granulosacellen voor nauwkeurige genexpressie en epigenetische analyse.
Verschillende aspecten vereisen aandacht bij het implementeren van de voorgestelde methode: (1) Het selecteren van de juiste maat zebravis is cruciaal. Dit zorgt ervoor dat er voldoende eicellen worden verkregen en vermindert de daaropvolgende wasstappen. De eierstokken van zebravissen met een SL <10 mm leveren niet voldoende eicellen, waardoor een groter aantal vissen nodig is om aan de bemonsteringsvereisten te voldoen en de kweekdruk toeneemt. Omgekeerd vertonen zebravissen met een SL groter dan 15 mm de geleidelijke vorming van stadium II-III eicellen, waarvan de vliezen gemakkelijk worden gebroken tijdens de verteringsreactie. (2) Bij het gebruik van grotere vissen kan het weglekken van de celinhoud als gevolg van beschadigde eicellen tot besmetting leiden, waardoor de verteringsreactie tot op zekere hoogte wordt geremd. In dergelijke gevallen wordt aanbevolen om de oude spijsverteringsbuffer te verwijderen, deze te wassen met L-15 en vervolgens een nieuwe Kinger's celdissociatie-oplossing toe te voegen voor verdere spijsvertering. (3) Als er geschikte apparatuur beschikbaar is, kan schudden tijdens de spijsvertering de scheiding bevorderen.
In stap 3.1 kunnen kleinere granulosacellen de eicellen vergezellen door de celzeef. Uit praktische waarnemingen blijkt echter dat het uiteindelijk verzamelde eicelmonster geen granulosacellen bevat. Behalve in gevallen waarin onvolledige vertering resulteerde in de aanwezigheid van resterende granulosacellen in sommige eicellen, werden er geen andere Hoechst-gelabelde granulosacellen in het systeem gedetecteerd. Hier veronderstelden we dat granulosacellen, die kleiner en lichter zijn, in het kweekmedium zouden kunnen blijven zweven en vervolgens tijdens de meerdere wasstappen werden verwijderd. De isolatie-efficiëntie werd ook gekwantificeerd door het aandeel eicellen met granulosacelaanhechting en schone eicellen na Hoechst-kleuring te berekenen. Zuivere eicelpercentages tot 98% werden waargenomen in monsters met 1000 eicellen.
Ondanks de vele voordelen had de voorgestelde aanpak ook enkele opmerkelijke beperkingen. Ten eerste werd deze methode gevalideerd voor DNA- of RNA-extractie, sequencing en onmiddellijke detectie van intacte levende cellen, maar de haalbaarheid en betrouwbaarheid van uitbreiding naar andere testgebieden moeten nog worden gevalideerd. Een andere beperking is dat de voorgestelde methode alleen kan worden toegepast voor het isoleren van stadium I-eicellen, omdat de isolatie-efficiëntie voor andere stadia onbevredigend is. Daarom zijn extra inspanningen nodig om de efficiëntie en toepasbaarheid van de voorgestelde methode te verbeteren. Bovendien moeten toekomstige studies zich richten op het onderzoeken of de voorgestelde methode kan worden toegepast om eicellen uit andere stadia efficiënt te isoleren, waardoor de toepasbaarheid ervan wordt verbreed.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dit werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (32170813 en 31871449) en de afdeling Wetenschap en Technologie van Sichuan (2024NSFSC0651), en het 1·3·5-project voor excellente disciplines - Clinical Research Fund, West China Hospital, Sichuan University (2024HXFH035). De auteurs willen Zhao Wang en Yanqiu Gao van het Laboratorium voor Kinderchirurgie bedanken voor het fokken van zebravissen die verband houden met dit werk. De auteurs willen ook alle recensenten bedanken die hebben deelgenomen aan de review, evenals MJEditor (www.mjeditor.com) voor het leveren van Engelse redactiediensten tijdens de voorbereiding van dit manuscript.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Kinger's celldissociatieoplossing | PlantChemMed | PC-33689 | Kinger's celldissociatieoplossing kan stabiel worden bewaard bij -20 °C na verpakking en kan worden gebruikt na ontdooien bij lage temperatuur (4 °C). Het kan direct worden gebruikt voor het dissociëren van zebravis eierstokken. De optimale temperatuur is 28,5 °C, gedurende ongeveer 2-3 uur. De duur kan worden aangepast aan de specifieke dissociatiecondities, korter of langer (https://www.plantchemmed.com/chanpin?productNo=PC-33689). |
| Cell zeefjes (100 μm ) | Falcon | 352360 | |
| Fluorescentiemicroscoop | Zeiss | Axio Zoom.V16 | |
| Pincet | Dumont | #5 | |
| Glazen capillaire naald | / | / | Gedempt door verbranding met aansteker |
| Hoechst | Yesen | 40732ES03 | |
| Laag adsorptie pipetten tips (10 μl ) | Labsellect | T-0010-LR-R-S | |
| Leibovitz’s L-15 medium (met L-glutamine) | Hyclone | SH30525.01 | |
| IJskegel | / | / | IJskoud water wordt gebruikt om zebravissen te euthanaseren |
| Incubator | WIGGENS | WH-01 | |
| Jonge vissen | / | / | 5–6 weken na bevruchting, standaardlengte [SL] van 10–15 mm |
| Kunststof schaal (35 mm ) | SORFA | 230101 | |
| Stereomicroscoop | Motic | SMZ-161 | |
| Weefselkweekplaat (6-wells) | SORFA | 0110006 | |
| Vannas veerscharen | Fine Science Toosl | #15000-00 |
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen