Artykuł opisuje szybki protokół gonadektomii i pobierania próbek krwi od małych ryb teleost, używając japońskiej medaki (Oryzias latipes) jako modelu, w celu zbadania roli sterydów płciowych w fizjologii zwierząt.
Artykuł metodologiczny
Artykuł opisuje szybki protokół gonadektomii i pobierania próbek krwi od małych ryb teleost, używając japońskiej medaki (Oryzias latipes) jako modelu, w celu zbadania roli sterydów płciowych w fizjologii zwierząt.
Steroidy płciowe, wytwarzane przez gonady, odgrywają istotną rolę w plastyczności tkanki mózgu i przysadki mózgowej oraz w neuroendokrynnej kontroli reprodukcji u wszystkich kręgowców, dostarczając informacji zwrotnych do mózgu i przysadki mózgowej. Ryby teleost mają wyższy stopień plastyczności tkanek i zmienności strategii reprodukcyjnych w porównaniu ze ssakami i wydają się być użytecznymi modelami do badania roli steroidów płciowych i mechanizmów, za pomocą których działają. Usunięcie głównego źródła produkcji sterydów płciowych za pomocą gonadektomii wraz z próbkowaniem krwi w celu pomiaru poziomu sterydów jest dobrze ugruntowane i dość wykonalne u większych ryb i jest potężną techniką do badania roli i skutków sterydów płciowych. Jednak te techniki stwarzają wyzwania w przypadku implementacji w modelach teleostów o małych rozmiarach. Tutaj opisujemy krok po kroku procedury gonadektomii zarówno u mężczyzn, jak i kobiet japońskiej medaki, po której następuje pobranie krwi. Wykazano, że protokoły te są wysoce wykonalne w medaka, co wskazuje na wysoki wskaźnik przeżycia, bezpieczeństwo dla długości życia i fenotypu ryb oraz odtwarzalność pod względem klirensu steroidów płciowych. Zastosowanie tych procedur w połączeniu z innymi zaletami korzystania z tego małego modelu teleostu znacznie poprawi zrozumienie mechanizmów sprzężenia zwrotnego w neuroendokrynnej kontroli rozrodczości i plastyczności tkanek zapewnianej przez steroidy płciowe u kręgowców.
U kręgowców steroidy płciowe, które są głównie wytwarzane przez gonady, odgrywają ważną rolę w regulacji osi mózg-przysadka-gonady (BPG) poprzez różne mechanizmy sprzężenia zwrotnego1,2,3,4,5. Ponadto steroidy płciowe wpływają na proliferację i aktywność neuronów w mózgu6,7,8 oraz komórki endokrynne, w tym gonadotropy, w przysadce mózgowej9,10, a tym samym pełnią kluczową rolę w plastyczności mózgu i przysadki. Pomimo stosunkowo dobrej wiedzy na temat ssaków, mechanizm regulacji osi BPG, w której pośredniczą steroidy płciowe, jest daleki od zrozumienia u gatunków innych niż ssaki, co prowadzi do słabego zrozumienia ewolucyjnie zachowanych zasad11. Nadal istnieje ograniczona liczba badań dokumentujących rolę steroidów płciowych na plastyczność mózgu i przysadki mózgowej, co rodzi potrzebę dalszych badań nad rolą i wpływem steroidów płciowych na różne gatunki kręgowców.
Wśród kręgowców teleosty stały się potężnymi zwierzętami modelowymi w rozwiązywaniu licznych problemów biologicznych i fizjologicznych, w tym reakcji na stres12,13, growth14,15, fizjologia żywieniowa16,17 i reprodukcja2. Teleosty, w których steroidy płciowe są głównie reprezentowane przez estradiol (E2) u samic i 11-ketotestosteron (11-KT) u samców18,19, od dawna są wiarygodnymi modelami eksperymentalnymi do badania ogólnej zasady rozmnażania między gatunkami. Teleosty wykazują wyjątkowość w swoim połączeniu podwzgórze-przysadka20,21 i odrębne komórki gonadotropowe22, które są czasami wygodne do wyjaśnienia mechanizmów regulacyjnych. Co więcej, ze względu na ich przydatność zarówno do eksperymentów laboratoryjnych, jak i terenowych, teleosty oferują wiele zalet w porównaniu z innymi organizmami. Są stosunkowo tanie w zakupie i utrzymaniu23,24. W szczególności małe modele teleostowe, takie jak danio pręgowany (Danio rerio) i medaka japońska (Oryzias latipes), są gatunkami o bardzo wysokiej płodności i stosunkowo krótkim cyklu życiowym umożliwiającym szybką analizę funkcji genów i mechanizmów chorobowych23, zapewniając w ten sposób jeszcze większe korzyści w rozwiązywaniu wielu problemów biologicznych i fizjologicznych, biorąc pod uwagę liczne dobrze opracowane protokoły i zestaw narzędzi genetycznych dostępnych dla tych gatunków25.
W licznych badaniach, usuwanie gonad (gonadektomia) wraz z technikami pobierania krwi było wykorzystywane jako metoda do badania wielu kwestii fizjologicznych, w tym jego wpływu na fizjologię rozrodu kręgowców u ssaków26,27,28, birds29 i30. Chociaż wpływ gonadektomii na fizjologię rozrodu może być alternatywnie naśladowany przez antagonistów steroidów płciowych, takich jak tamoksyfen i klomifen, działanie leków wydaje się być niespójne ze względu na efekty bimodalne31,32. Przewlekła ekspozycja na antagonistę steroidów płciowych może prowadzić do powiększenia jajników33,34, co może uniemożliwić obserwację jego działania w celach długoterminowych ze względu na niezdrowy fenotyp. Ponadto, niemożliwe jest przeprowadzenie eksperymentu regeneracyjnego po leczeniu antagonistami steroidów płciowych, aby zagwarantować specyficzny efekt niektórych steroidów płciowych. Wraz z tymi wyżej wymienionymi punktami, inne kompromisy stosowania antagonistów steroidów płciowych zostały szeroko przeanalizowane31,32. W związku z tym, gonadektomia nadal pojawia się dzisiaj jako potężna technika badania roli sterydów płciowych.
Podczas gdy techniki gonadektomii i pobierania krwi są stosunkowo łatwe do wykonania u większych gatunków, takich jak labraks (Dicentrarchus labrax)35, wargacz błękitnogłowy (Thalassoma bifasciatum)36, koleń (Scyliorhinus canicula)37 i sum (Heteropneustes fossilis i Clarias bathracus)38,39, stanowią wyzwanie, gdy są stosowane u małych ryb, takich jak medaka. Na przykład, użycie Fish Anesthesia Delivery System (FADS)40 jest mniej wykonalne i wydaje się być podatne na nadmierne uszkodzenia fizyczne u małych ryb. Ponadto procedura gonadektomii, która jest powszechnie stosowana u większych ryb40, nie jest odpowiednia dla małych ryb, które wymagają dużej precyzji, aby uniknąć nadmiernych uszkodzeń. Wreszcie, pobieranie próbek krwi jest trudne ze względu na ograniczony dostęp do naczyń krwionośnych i niewielką ilość krwi u tych zwierząt. Dlatego ważny jest jasny protokół demonstrujący każdy etap gonadektomii i pobierania krwi w małym teleostu.
Ten protokół demonstruje krok po kroku procedury gonadektomii, po której następuje pobieranie krwi u japońskiej medaki, małej słodkowodnej ryby pochodzącej z Azji Wschodniej. Japońska medaka posiada zsekwencjonowany genom, kilka dostępnych narzędzi molekularnych i genetycznych25, oraz genetyczny system determinacji płci pozwalający na badanie różnic płciowych, zanim drugorzędowe cechy płciowe lub gonady zostaną dobrze rozwinięte41. Co ciekawe, japońska medaka posiada zrośnięte gonady w przeciwieństwie do wielu innych gatunków teleostów42. Te dwie techniki w połączeniu zajmują w sumie tylko 8 minut i uzupełnią listę już istniejących protokołów wideo dla tego gatunku, które obejmowały znakowanie naczyń krwionośnych43, patch-clamp na odcinkach przysadki mózgowej44 i brain neurons45, oraz primary cell culture46. Techniki te pozwolą społeczności badawczej na zbadanie i lepsze zrozumienie roli sterydów płciowych w mechanizmach sprzężenia zwrotnego, a także plastyczności mózgu i przysadki w przyszłości.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie eksperymenty i obchodzenie się ze zwierzętami zostały przeprowadzone zgodnie z zaleceniami dotyczącymi dobrostanu zwierząt doświadczalnych na Norweskim Uniwersytecie Nauk Przyrodniczych. Eksperymenty z użyciem gonadektomii zostały zatwierdzone przez Norweski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (FOTS ID 24305).
UWAGA: Eksperymenty zostały przeprowadzone na dorosłych mężczyznach i samicach (6-7 miesięcy, waga ok. 0,35 g, długość ok. 2,7 cm) japońskiej medaki. Płeć została określona poprzez rozróżnienie drugorzędowych cech płciowych, takich jak rozmiar i kształt płetwy grzbietowej i odbytowej, zgodnie z opisem w42,47.
1. Przygotowanie instrumentów i roztworów
2. Procedura gonadektomii
3. Procedura pobierania próbek krwi
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ten protokół opisuje każdy krok do wykonania gonadektomii i pobierania próbek krwi w małym modelu teleost, japońskim medaka. Wskaźnik przeżycia ryb po owariektomii (OVX) u samic wynosi 100% (10 z 10 ryb), podczas gdy 94% (17 z 18 ryb) samców przeżyło po orchidektomii. Tymczasem, po wykonaniu procedury pobierania krwi, wszystkie (38 ryb) ryb przeżyły.
Fikcyjne samice wykazują składanie jaj (Ryc. 6A) i wszystki...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Jak donoszono w poprzedniej literaturze, gonadektomia i pobieranie próbek krwi są od dawna stosowane u innych gatunków modelowych w celu zbadania kwestii związanych z rolą steroidów płciowych w regulacji osi BPG. Jednak techniki te wydają się być możliwe tylko dla większych zwierząt. Biorąc pod uwagę niewielki rozmiar powszechnie używanego modelu teleostu, japońskiej medaki, zapewniamy szczegółowy protokół gonadektomii i pobierania krwi, który jest wykonalny dla tego gatunku.
Fakt, że wskaźnik...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Autorzy dziękują Pani Lourdes Carreon G Tan za pomoc w hodowli ryb. Praca ta została sfinansowana przez NMBU, Grants-in-Aid od Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) (numer grantu 18H04881 i 18K19323) oraz grant na projekty badawcze w zakresie nauk podstawowych od Fundacji Sumitomo dla S.K.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Kapilara szklana | GD1 | szklana z żarnikiem GD-1; Sól | |
| sodowa heparyny | H4784-1G | Sigma-aldrich | |
| Ściągacz | P97 | Ściągacz do mikropipet płonący/brązowy Model P-97; Sutter Instrument | |
| Nić | N45VL | Szew poliamidowy, 0,2 metryczny; Crownjun | |
| Plastikowa tubka | T9661 | Eppendorf Bezpieczna tubka mikrocentyfugowa 1,5 ml, Sigma-aldrich | |
| Żyletka-Astra | Superior Platinum Double Edge Żyletka Zielona, salonwholesale.com | ||
| Kapilara silikonowa | a16090800ux0403 | Rurka silikonowa Uxcell 1 mm ID x 2 mm OD, amazon.com | |
| Trikaina | WXBC9102V | Aldrich chemia |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie