$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Istnieje około 87 000 substancji chemicznych zarejestrowanych do handlu w Stanach Zjednoczonych, jednak tylko niewielka liczba z nich została przetestowana pod kątem potencjalnych skutków zdrowotnych1. Spośród tych, które zostały przetestowane, tylko część została oceniona pod kątem wpływu na zdrowie reprodukcyjne, częściowo ze względu na trudności w określeniu zmian we wczesnych zdarzeniach rozrodczych u ssaków, zwłaszcza podczas rozwoju i różnicowania żeńskich komórek rozrodczych. Rzeczywiście, pierwsze zdarzenia mejotyczne mają miejsce we wczesnych stadiach rozwoju embrionalnego u samic ssaków, a zatem są trudno dostępne i zebrane w ilościach odpowiednich do celów przesiewowych.
Linia zarodkowa stanowi kluczowe ogniwo między pokoleniami, a jej właściwa funkcja zależy od precyzyjnego wykonania skomplikowanego programu podziału komórkowego i chromosomowego, zwanego mejozą. Rozregulowanie procesu mejotycznego może skutkować zmniejszoną płodnością oraz produkcją gamet i zarodków z nieprawidłową liczbą chromosomów, stan określany mianem aneuploidii. Błędy segregacji chromosomów w mejozie są bardzo istotne dla zdrowia ludzkiego. Nieprawidłowości chromosomowe są powszechne, z częstością 1 na 150 żywych urodzeń, trisomia 21, 18 i 13, a także błędy chromosomowe X i Y są najbardziej rozpowszechnionymi typami2,3. Co więcej, wrodzone wady rozwojowe, w tym te o podłożu chromosomalnym, są główną przyczyną zgonów niemowląt w USA.4 Pomysł, że wpływy środowiskowe mogą wpływać na segregację chromosomową i zachowanie, nie jest nowy5, ale nadal jest słabo poznany. Dlatego tak ważne jest zbadanie, które z substancji chemicznych wprowadzanych do naszego środowiska zakłócają płodność człowieka, wczesny rozwój i ogólne zdrowie reprodukcyjne.
W świetle tych ograniczeń modeli ssaków, opracowaliśmy wysokoprzepustowy test przesiewowy do testowania toksyczności reprodukcyjnej glisty C. elegans. Zmobilizowaliśmy kilka ważnych cech oferowanych przez ten powszechnie stosowany system modeli genetycznych, takich jak jego niewielkie rozmiary, niski koszt, krótki cykl reprodukcyjny, wysoki odsetek komórek rozrodczych i łatwość manipulacji6. Robaki mogą być hodowane na 96-dołkowych płytkach lub w dużych ilościach płynnych kultur, a ze względu na ich przezroczystość mogą być bezpośrednio obrazowane na płytkach w celu wykrycia reporterów fluorescencyjnych. Test opisany poniżej wykorzystuje te cechy i wykorzystuje szczep robaka zawierający fluorescencyjny reporter Pxol-1::GFP do wykrywania przerwania linii zarodkowej i indukcji aneuploidii zarodkowej.
Użycie tego szczepu reporterowego opiera się na ogólnie rzadkim występowaniu samców w populacji głównie hermafrodytycznych robaków. Ci mężczyźni (<0,2%) naturalnie pochodzą z błędu w segregacji chromosomuX 7. Ponieważ jednak zaburzenie linii zarodkowej często prowadzi do błędów w segregacji autosomów i heterochromosomów, koreluje zarówno z podwyższoną częstością występowania fenotypu męskiego (błędna segregacja X), jak i śmiertelnością zarodka (błędna segregacja autosomów). Aby łatwo wykryć indukcję samców, jednocześnie omijając problem śmiertelności embrionalnej, stosuje się promotor specyficzny dla samców (xol-1) do kierowania ekspresją GFP we wczesnych zarodkach nadal zawartych w macicy robaka. W związku z tym pojawienie się zarodków wykazujących ekspresję GFP jest wykorzystywane jako wskaźnik zastępczy dla obecności zarodków aneuploidalnych. Metoda ta była wcześniej stosowana do identyfikacji genów zaangażowanych w utrzymanie linii zarodkowej i mejozę8,9. Przystosowany do badań przesiewowych chemicznych, szczep ten jest stosowany w przesiewaniu o średniej i wysokiej przepustowości. Co ważne, szczep wiernie oddaje aneugenność substancji chemicznych i dlatego jest istotny dla punktów końcowych rozrodczości ssaków10. Opisany tutaj test będzie szczególnie przydatny dla toksykologów w przemyśle farmaceutycznym i chemicznym, którzy chcą szybko ocenić toksyczność chemikaliów w odniesieniu do punktów końcowych reprodukcji. Co więcej, test ten jest w pełni zgodny z priorytetami rządowymi podkreślonymi w raporcie Toksyczność w XXI wieku 11.