Za wystarczające wzbogacenie konkretnego typu komórek zarodkowych uznaje się zazwyczaj poziom powyżej 80%6. Protokół MDR sprawdza się szczególnie dobrze w wzbogacaniu okrągłych spermatyd. Dzięki tej technice rutynowo można uzyskać wysoką liczbę okrągłych spermatyd o czystości >90%. Optymalne frakcje spermatocytów pachytenowych i wydłużających się spermatyd są wzbogacane odpowiednio do ~75% i ~80%. Wydłużające się spermatydy mają tendencję do pozostawania na górze gradientu i są zbierane z pierwszą frakcją. W przedstawionym przykładzie frakcja 1 zawierała ~80% wydłużających się spermatyd (Ryc. 2B). Większość wydłużających się spermatyd uzyskanych tą techniką posiada kondensowane jądra, podczas gdy wczesne, niewykondensowane spermatydy wydłużające się występują rzadko (Ryc. 2A). Kolejne frakcje zawierają wzbogacone okrągłe spermatydy. W tym przykładzie wzbogacenie okrągłych spermatyd przekroczyło 90% w frakcjach 2, 3 i 4, a wzbogacenie powyżej 80% zaobserwowano łącznie w siedmiu frakcjach (2–8) (Ryc. 2B). Ze względu na swój duży rozmiar, spermatocyty pachytenowe sedymentują szybciej i są zbierane na końcu. W przykładzie oczyszczania wzbogacenie wyniosło około 75% w frakcjach 14 i 15 (Ryc. 2B).
Choć morfologia jądra, wizualizowana za pomocą barwienia DAPI, zazwyczaj wystarcza do rozpoznania komórek, w celu wsparcia analizy można przeprowadzić analizę immunofluorescencyjną. PNA barwi rozwijające się akrosomy spermatyd okrągłych i wydłużających się, a wygląd akrosomu może zostać wykorzystany do dalszej kategoryzacji spermatyd okrągłych na etapy 1–8 różnicowania10. Rozróżnienie PNA-barwionych spermatyd wydłużających się i okrągłych opiera się na różnicach w kształcie ich jąder (Rysunek 2C, lewy panel). Przeciwciało anty-DDX4 jest użytecznym markerem dla frakcji spermatyd okrągłych, ponieważ wizualizuje ono pojedynczą, dodatnią dla DDX4 granulę perinuklearną – ciałko chromatoidalne (CB) – w cytoplazmie każdej spermatydy okrągłej. To specyficzne barwienie CB jest łatwe do odróżnienia od bardziej rozproszonego barwienia cytoplazmatycznego w spermatocytach (Rysunek 2C, środkowy panel). Spermatocyty w stadium pachytennym można rozpoznać za pomocą przeciwciała anty-γH2AX, które znakuje jądrowe ciałko płciowe pojawiające się specyficznie w fazie pachyteny pierwszego podziału mejozy (Rysunek 2C, prawy panel). W niniejszej puryfikacji barwienie PNA wykazało, że frakcje spermatyd okrągłych wzbogacone przez MDR zawierały mieszaninę spermatyd okrągłych na różnych etapach różnicowania, z których wszystkie posiadały swoją charakterystyczną strukturę – dodatnie dla DDX4 CB (Rysunek 2D, frakcja RS). Barwienie anty-γH2AX dodatkowo potwierdziło wzbogacenie spermatocytów pachytennych we frakcji 16 (Rysunek 2D, frakcja PSpc).
Liczenie komórek wykazało, że liczba komórek w frakcjach okrągłych spermatyd i spermatocytów w stadium pachytenu jest wystarczająca do przeprowadzenia różnych dalszych analiz. Każda z frakcji okrągłych spermatyd (5−8) zawierała około 2,5 x 106 komórek. Zatem poprzez połączenie tych frakcji możliwe jest uzyskanie ponad 10 milionów komórek. Frakcje spermatocytów w stadium pachytenu (14 i 15) zazwyczaj zawierały nieco mniej komórek. W tej izolacji w każdej frakcji policzono około 1,5−2,0 x 106 komórek. Pierwsza frakcja zawierała 0,75 x 106 spermatyd w fazie elongacji.
Jak pokazano na Rysunku 3A, całkowita ilość RNA uzyskana z większości frakcji mieściła się w przedziale 0,5−2,5 µg, co jest wystarczające do dalszych analiz RNA, takich jak PCR z odwrotną transkrypcją, sekwencjonowanie RNA lub wizualizacja RNA na żelu. Ilość białka uzyskana z każdej frakcji zazwyczaj mieści się w przedziale 20−140 µg (Rysunek 3B), co wystarcza do przeprowadzenia kilku analiz western blot. Z zebranych frakcji przygotowano lizaty całych komórek, a analizę western blot przeprowadzono z użyciem przeciwciał wykrywających DDX4, PIWIL1 i PIWIL2, które są silnie ekspresjonowane w spermatocytach w stadium pachiteny i okrągłych spermatydach, a także powszechnie ekspresjonowaną dehydrogenazę gliceraldo-3-fosforanową (GAPDH).
W niniejszym protokole 10% lizatów białkowych pochodzących z pojedynczych frakcji było wystarczające do wyraźnego wykrycia wszystkich tych białek w standardowych warunkach western blot (Rycina 3C). Wykazano również, że ilość białka w jednej frakcji była wystarczająca do przeprowadzenia immunoprecypitacji z użyciem przeciwciała przeciwko PIWIL1, a także do wykrycia współimmunoprecypitowanego PIWIL2 (Rycina 3D). Ponadto protokół ten został z powodzeniem zastosowany do uzyskania wzbogaconych frakcji spermatocytów pachytenowych i okrągłych spermatyd z myszy kontrolnych oraz genetycznie zmodyfikowanych do dalszych zastosowań, takich jak ilościowa reakcja polimerazy w łańcuchu z odwrotną transkrypcją (qRT-PCR)11 oraz wysokoprzepustowe sekwencjonowanie RNA12.

Rycina 1: Przygotowanie nieciągłego gradientu BSA. (A) Końcówka pipety serologicznej 5 mL do przygotowania gradientu. (B) Końcówka pipety 1 mL do przygotowania gradientu i pobierania frakcji komórek zarodkowych po sedymentacji. (C) Sprzęt niezbędny do przygotowania gradientu. (D) Widok boczny nieciągłego gradientu gęstości BSA od roztworu BSA 5% (dół) do 1% (góra); roztwory BSA 2% i 4% mają niebieski kolor w celu lepszej wizualizacji. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 2: Reprezentatywne obrazy zebranych frakcji komórkowych i analiza wzbogacenia. (A) Komórki jądra barwione DAPI. Górny rząd przedstawia komórki jądra w nienaruszonym nabłonku kanalików nasiennych w przekroju jądra utrwalonego w PFA i zatopionego w parafinie (lewo) lub w zawiesinie (prawo). Dolny rząd przedstawia frakcje wzbogacone w elongujące spermatydy (ES), okrągłe spermatydy (RS) lub spermatocyty pachytenowe (PSpc). Paski skali = 20 µm dla górnego rzędu i 10 µm dla powiększeń w dolnym rzędzie. (B) Względna kwantyfikacja różnych typów komórek płciowych w każdej frakcji. Komórki policzono ręcznie przy użyciu oprogramowania ImageJ i sklasyfikowano jako RS, ES, PSpc, komórki Sertolego oraz inne komórki. Numery frakcji i odpowiadające im wartości procentowe BSA w gradiencie są zaznaczone na osi x. (C) Analiza immunofluorescencyjna komórek jądra. Panel lewy: PNA znakowane rhodaminą barwi akrosom zarówno w ES (żółta strzałka), jak i w RS (biała strzałka). Panel środkowy: przeciwciało DDX4 barwi pojedynczy granulek okojądrowy w RS, który jest łatwy do odróżnienia od bardziej rozproszonego sygnału cytoplazmatycznego w spermatocytach (niebieska strzałka). W ES nie wykryto sygnału DDX4 (pomarańczowa strzałka). Panel prawy: przeciwciało γH2AX rozpoznaje charakterystyczne jądrowe ciałko płci występujące tylko w spermatocytach pachytenowych (komórki γH2AX-ujemne zaznaczono białym asteryskiem). Paski skali = 10 µm. (D) Frakcje komórkowe wzbogacone metodą MDR zostały znakowane PNA (frakcja RS), przeciwciałem anty-DDX4 (frakcja RS) i przeciwciałem anty-γH2AX (frakcja PSpc) w celu dalszej walidacji wzbogacenia komórek w każdej frakcji. Paski skali = 10 µm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Analizy następcze po wzbogaceniu komórek MDR. (A) RNA wyekstrahowano z każdej frakcji po reprezentatywnym wzbogaceniu komórek MDR, a następnie poddano kwantyfikacji. Numery frakcji oraz odpowiadające im procentowe stężenia BSA w gradiencie zaznaczono na osi x. (B) Białka wyekstrahowano z każdej frakcji poprzez lizę osadu komórkowego w buforze do testu immunoprecypitacji radiologicznej (RIPA), a następnie poddano kwantyfikacji. (C) Przygotowano ekstrakty białek całkowitych z komórek i przeanalizowano je metodą western blottingu przy użyciu przeciwciał przeciwko DDX4, PIWIL1, PIWIL2 i GAPDH. Z każdej wskazanej frakcji naniesiono 10% lizatu. (D) Przeprowadzono immunoprecypitację ze wskazanych frakcji przy użyciu przeciwciał anty-PIWIL1, a następnie wykonano western blotting z przeciwciałami anty-PIWIL1 i anty-PIWIL2. Próbka wejściowa (input) zawiera mieszaninę lizatów białkowych z różnych frakcji; kontrolną immunoprecypitację (IP) z użyciem króliczego IgG przeprowadzono również z mieszanego lizatu. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 4: Schematyczny przedstawienie protokołu MDR oraz czasu wymaganego do ukończenia każdego etapu. Materiał wyjściowy składa się z dwóch jąder z dorosłej myszy. Podano średnią liczbę komórek oraz ilość RNA i białka otrzymanych z jednej frakcji. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
| Bufor | Odczynniki | Przygotowanie | Przechowywanie |
| bufor Krebsa (10x) | 3,26 g KH2PO4 | Dopełnić do 2 L wodą destylowaną2O, filtr 0.22 µm oraz autoklaw. | Można przechowywać w temperaturze 4 °C przez kilka miesięcy |
| 139,5 g NaCl |
| 5,89 g MgSO44•7H2O |
| 50 g dekstrozy |
| 3,78 g CaCl22•2H2O |
| 7,12 g KCl |
| bufor Krebsa (1x) | 4,24 g NaHCO33 | Rozpuścić NaHCO₃3 do 100 ml H2O, dodać 200 ml buforu Krebsa 10x i dopełnić do 2 l wodą H2O2O. | Należy przygotować bezpośrednio przed użyciem |
| 200 ml 10x buforu Krebsa |
Tabela 1: Przygotowanie buforu Krebsa.
| stężenie BSA (m/v) | roztwór 10% BSA | bufor Krebsa 1x |
| 0.50% | 0,5 ml | 9,5 ml |
| 1% | 1 ml | 9 ml |
| 2% | 2 ml | 8 ml |
| 3% | 3 ml | 7 ml |
| 4% | 4 ml | 6 ml |
| 5% | 5 ml | 5 ml |
Tabela 2: Przygotowanie roztworów BSA.
| Roztwór do trawienia | Stężenie robocze | Odczynniki | Przygotowanie |
| Kolagenaza | 1 mg/ml | Kolagenaza IV | Odważyć 2 mg kolagenazy IV do probówki stożkowej o pojemności 50 mL i dodać 2 mL podgrzanego 1x buforu Krebsa bezpośrednio przed trawieniem (krok 2.3). |
| Trypsyna | 0,6 mg/ml | Trypsyna | Odważ 15 mg trypsyny do probówki stożkowej o pojemności 50 ml, dodaj 25 ml podgrzanego 1x buforu KREBS i 40 µL DNazy I bezpośrednio przed trawieniem (krok 2.6). |
| >3,2 ku/ml | DNaza I |
Tabela 3: Przygotowanie enzymów trawiennych.