Ontwikkeling en reproductie van de laboratoriummuis

Muizen zijn uiterst waardevolle modelorganismen die ons begrip van menselijke ontwikkeling en ziekten blijven verbeteren. Onder de zoogdieren hebben muizen een hoge vruchtbaarheid en een snelle ontwikkeling, wat betekent dat kolonies snel kunnen worden uitgebreid.

Omdat de ontwikkeling in de baarmoeder gespecialiseerde embryonale structuren vereist, is de studie van embryogenese in een zoogdiermodel ook relevanter voor mensen. In deze video bespreken we de stadia van de voortplanting en ontwikkeling van muizen, hoe muizen gefokt moeten worden en manieren om kennis over de voortplanting en ontwikkeling van muizen in het laboratorium toe te passen.

Laten we eerst kort ingaan op de voortplanting bij muizen. Net als bij mensen vindt de vroege ontwikkeling van de muis intern plaats, waarbij de dracht plaatsvindt in de uterine hoorns van de moeder, die een "dam" wordt genoemd. In tegenstelling tot ons dragen muizen echter vele foetussen tegelijk, met een gemiddelde nestgrootte van 10 - 12 pups per drachtperiode.

Voordat we de ontwikkeling van deze pups in meer detail bespreken, lopen we de termen door die worden gebruikt om de ontwikkelingsstadia te identificeren. Het meest gebruikte stadiëringssysteem begint op embryonale dag nul, of E0, op de dag van succesvolle copulatie. Daarna wordt elk stadium gedefinieerd door het aantal dagen sinds de bevruchting, tot aan de dag van de geboorte, waarna de nummering opnieuw begint bij postnatale dag nul, of P0.

Omdat de timing van de ontwikkeling enigszins kan variëren, zelfs tussen embryo's uit hetzelfde nest, kunnen er ook alternatieve benaderingen worden gebruikt die gebaseerd zijn op morfologie in plaats van de tijd na bevruchting, zoals de Theiler-stadiëring.

Laten we nu eens nauwer kijken naar de morfologische veranderingen die plaatsvinden tijdens de eerste weken van de muisontwikkeling.

Na de bevruchting van de oocyten begint het embryo zijn leven langzaam, waarbij in de eerste 3 dagen slechts 4 ronden van celdeling worden voltooid. Tegen E4 zijn deze cellen echter vermenigvuldigd en gereorganiseerd tot een compacte, holle celbol die bekendstaat als de "blastocyste". In dit stadium bevinden de cellen die uiteindelijk het embryo zelf zullen vormen zich allemaal in een cluster stamcellen, bekend als de inner cell mass, of ICM. De overige cellen, de trofoblastcellen, worden onderdeel van de placenta die het embryo van zuurstof en voeding voorziet.

Vanaf dit punt verloopt de ontwikkeling bij knaagdieren wat ongebruikelijk. Bij de meeste zoogdieren vormen de cellen die het embryo voortbrengen een schijfvormige structuur. In tegenstelling hiermee heeft het muisembryo een beker-vormige configuratie. Cellen aan de buitenkant van deze beker vormen een cellaag die bekendstaat als het endoderm, wat uiteindelijk leidt tot dieper gelegen weefsels, zoals de bekleding van het spijsverteringskanaal. Opvallend genoeg vormen de cellen op het binnenoppervlak van de beker het ectoderm, dat oppervlakkigere weefsels vormt, zoals haar en huid.

Deze omgekeerde indeling houdt aan tot ongeveer embryonale dag 8, wanneer het embryo zich letterlijk omdraait. Tegen die tijd zijn er enkele andere herkenbare structuren ontwikkeld, waaronder de somieten, die weefsels zoals de skeletspieren voortbrengen, en de ledemaatknoppen, die de voor- en achterpoten zullen vormen.

Vanaf dit punt gaat het proces vrij snel; de ontwikkeling van belangrijke orgaansystemen, zoals de longen en het spijsverteringskanaal, is tegen embryonale dag 12 al in volle gang. Opmerkelijk is dat de embryo's na slechts 19-21 dagen dracht klaar zijn om buiten de moeder te overleven.

Nu u een beeld heeft van hoe de ontwikkeling in utero verloopt, bespreken we wat er gebeurt nadat de muizen zijn bevallen. De pasgeboren muizen, of pups, zijn klein, haarloos en blind.

Gedurende de eerste levensweken kunnen de pups voeding krijgen van elke beschikbare lacterende vrouwtjesmuis. Ongeveer drie weken na de geboorte zijn ze klaar voor het spenen, wat betekent dat het tijd is om uit het nest van de moeder te verhuizen naar een eigen kooi!

Om toekomstige fokkerij te beheersen, moeten de mannetjes en vrouwtjes op dit punt worden gescheiden. Om het geslacht te bepalen, onderzoekt u de afstand tussen de anus en de externe genitaliën. Bij vrouwtjes is deze afstand korter dan bij mannetjes.

Om de nieuwe verblijfplaats van de pups voor te bereiden, bekleedt u een kooi met een laag strooisel. Aangezien ze nog moeten wennen aan hun nieuwe omgeving, voegt u naast water ook wat met water geweekte voedselpellets of een schaaltje natvoer toe op de bodem van de kooi.

Muizen worden binnen enkele weken na het spenen seksueel volwassen, waarbij hun piek in de voortplantingsperiode gewoonlijk tussen de 2 en 9 maanden ligt.

Hoe gebruiken we deze informatie nu om een fokkolonie op te zetten? Ten eerste is het belangrijk om te onthouden dat het gedrag van een muis aanzienlijk wordt beïnvloed door het circadiane ritme; aangezien ze nachtactief zijn, zullen uw muizen 's nachts paren.

Feromonen spelen ook een grote rol in het gedrag van muizen, dus het is nuttig om potentiële partners met elkaar te "introduceren" zodat ze elkaar kunnen leren kennen. Om het aantal jongen dat tijdens een fokcyclus wordt geboren te maximaliseren, plaatst u één mannelijke muis bij maximaal 4 vrouwtjes.

Om de embryonale ontwikkeling nauwkeurig te timen, keert u 's ochtends terug om bij elk vrouwtjesmuis te controleren op een vaginale slijpprop, die door het mannetje wordt afgezet tijdens de copulatie. Muizen ovuleren elke 4 - 5 dagen; als u dus niet direct een prop ziet, houdt u de muizen nog langer samen voor een volgende kans later in die week. Zodra u heeft vastgesteld dat sommige vrouwtjes drachtig zijn, verwijdert u het mannetje uit de kooi, aangezien deze een bedreiging kunnen vormen voor de pasgeboren jongen.

Om de complexe processen die de ontwikkeling van zoogdierembryo's beheersen te bestuderen, hebben wetenschappers enkele zeer geavanceerde technieken ontwikkeld. Laten we naar enkele voorbeelden kijken.

Om te beginnen is fate mapping een benadering waarbij cellen in vivo worden gemarkeerd en gevolgd om te bepalen hoe zij bijdragen aan specifieke structuren in ontwikkelend en volwassen weefsel.

Hier wordt de expressie van een fluorescent eiwit ingeschakeld in een kleine populatie cellen om de bijdrage van cellen die het eiwit tot expressie brengen aan foetaal en volwassen hersenweefsel te volgen.

Om de rol van een specifiek gen in de ontwikkeling te testen, is het nuttig om het resultaat van de overexpressie ervan te onderzoeken. Bij een techniek genaamd in utero electroporatie wordt DNA via micro-injectie in het embryo gebracht en vervolgens door middel van elektrische stroom door het weefsel in de cellen gedreven. Het resultaat is de inductie van genexpressie in specifieke cellen, zoals aangetoond door de expressie van het rode fluorescente eiwit in het centrale zenuwstelsel van dit embryo.

Permanentere wijzigingen in de genexpressie komen voor in de vorm van knockout-muizen, waarbij een deel van een gen is verwijderd. Om deze muizen te genereren, worden stamcellen geïsoleerd uit vroege embryo's en onderworpen aan genoommodificatie. De gemodificeerde cellen worden getransplanteerd in een blastocyste, die vervolgens in een vrouwtje wordt geïmplanteerd voor de dracht. De resulterende pup zal een "chimera" zijn, bestaande uit zowel normale als knockdown-cellen, en kan worden gefokt om homozygote knockout-muizen te genereren.

U heeft zojuist JoVE's overzicht van de voortplanting en ontwikkeling van muizen bekeken. In deze video hebben we de voortplanting van muizen, de prenatale en postnatale ontwikkeling en het fokken van muizen behandeld. We hebben ook enkele interessante toepassingen besproken voor het bestuderen van de muisontwikkeling in het laboratorium. Bedankt voor het kijken!