
Rysunek 1: Ramy end-to-end. Rysunek ilustruje kompleksowe ramy wiedzy multimodalnej Graf VISHAM-KG. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny

Rysunek 1: Ramy end-to-end. Rysunek ilustruje kompleksowe ramy wiedzy multimodalnej Graf VISHAM-KG. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.
Trzy kluczowe i współzależne procesy definiują profazę mejotyczną I: chromosomy homologiczne muszą się ze sobą sparować, białkowa struktura zwana kompleksem synaptonemalnym tworzy się, aby łączyć homologi (synapsis), a homologi przechodzą rekombinację, wzajemnie wymieniając materiał genetyczny w celu powstania krzyżowań (CO). Błędy w tych procesach mogą prowadzić do przedwczesnej niewydolności jajnika, aneuploidii, a ostatecznie do utraty ciąży i niepłodności. Rekombinacja meiotyczna jest szczególnie podatna na błędy w oocytach, gdzie ponad 7% ludzkich oocytów zawiera co najmniej jedną parę chromosomów bez krzyżowania, a od 20%-80% komórek jajowych do 2,5%-7% plemników to aneuploidy. Jednak nadal nie jest jasne, dlaczego błędy chromosomalne wykazują tak uderzające różnice płciowe. Niniejszy protokół opisuje metody przygotowania i analizy rozprzestrzeniania się chromosomów oocytu profazy I i metafazy I odpowiednio u myszy płodowych i młodocianych. Aby śledzić krytyczną dynamikę chromosomów w całej profazie meiotycznej I, protokół ten wykorzystuje barwienie immunofluorescencyjne typowych markerów dla rekombinacji mejotycznej (RAD51 dla przerw podwójnych nici, MSH4 dla pośrednich CO oraz MLH1/MLH3 do identyfikacji większości CO) i synapsy (SYCP3 dla osi chromosomów, SYCP1 dla obszarów synapsycznych oraz HORMAD1 dla obszarów asynaptycznych). Ponadto protokół ten wykorzystuje dojrzewanie in vitro pobranych oocytów do oceny liczby parowanych chromosomów (biwalentów) oraz całkowitej liczby krzyżowań (chiasmata) w metafazie I. Razem te techniki stanowią kompleksowe i ilościowe ramy do badania mechanizmów regulujących wczesną dynamikę chromosomów u mejozy żeńskiej.
Mejoza to wyspecjalizowany podział komórkowy niezbędny do produkcji haploidalnych gamet. Podczas profazy I chromosomy homologiczne (każdy składający się z siostrzanych chromatyd połączonych przez kohezynę) muszą wykonywać trzy kluczowe zadania: 1) rozpoznać i sparować się nawzajem, 2) łączyć się poprzez utworzenie kompleksu synaptonemalnego (SC) między ich osiami bocznymi oraz 3) wymieniać DNA poprzez homologiczną rekombinację, co skutkuje krzyżowaniem (CO) między niesiostrzanymi chromatydami 1,2. Fizyczne połączenie wynikające z powstania crossovera, utrzymywane przez kohezynę, zapewnia prawidłową orientację i segregację chromosomów podczas metafazy I 3,4,5.
Profaza meiotyczna I składa się z pięciu etapów, z których każdy definiuje status synapsy6. W leptonemacie (greckie słowo na cienką nici) chromosomy kondensują się, gdy element osiowy (oznaczony SYCP3) formuje się wzdłuż osi chromosomów. Podczas zygonemy (połączonych nici) homologi zaczynają synaptyczne, gdy element poprzeczny SC (SYCP1) tworzy się między osiami7. W pachynemacie (grubej nici) chromosomy są synapsowane na całej swojej długości. SC następnie rozpada się podczas diplonemy (dwa wątki), pozostawiając homologi połączone tylko w miejscach przejścia (chiasmata). Chiasmaty są produktem homolognej rekombinacji, procesu zapoczątkowanego przez zaprogramowaną indukcję podwójnych przerw DNA (DSB). Spośród setek DSB tylko ~10% zostaje CO (CO). U myszy większość (90%-95%) tworzy się przez szlak CO klasy I ułatwiony przez MutLγ (MLH1-MLH3), a pozostałe CO powstają przez MUS81-EME1 przez szlak CO klasy II 8,9,10,11.
Parowanie, synapsa i rekombinacja to procesy ściśle regulowane i współzależne. Błędy zazwyczaj uruchamiają mechanizmy punktów kontrolnych, prowadząc do śmierci komórki. U kobiet utrata komórek rozrodczych spowodowana wczesnymi błędami profazy I może powodować przedwczesną niewydolność jajnika12,13, natomiast późne błędy (np. homologi nie tworzące CO, nieprawidłowe umiejscowienie COs lub przedwczesna utrata kohezyny) mogą prowadzić do błędnej segregacji chromosomów i aneuploidii. U ludzi błędy mejotyczne są główną przyczyną utraty ciąży i niepłodności. Samica mejoza jest szczególnie podatna na błędy. Około 20%-80% ludzkich komórek jajowych (w porównaniu do 2,5%-7% plemników) ma nieprawidłowe liczby chromosomów, z których większość wynika z błędów w pierwszym podziale meiotycznym 14,15,16,17. Chociaż wiek został uznany za największą przyczynę aneuploidii u matki, powód, dla którego oocyty są tak podatne na błędy, pozostaje niejasny.
Pomimo znaczenia zrozumienia czynników leżących u podstaw wysokich błędów w oocytach, większość naszej wiedzy na temat regulacji zdarzeń profazy I pochodzi z badań nad męską mejozą. Ponieważ niewielki fragment dorosłego materiału jądrowego dostarcza wystarczającej ilości materiału do oceny wszystkich stadiów komórek rozrodczych mejotów i postmejotycznych, mejoza męska od dawna jest łatwiej dostępna dla badaczy. Natomiast mejoza żeńska występuje w sposób nieciągły. U myszy profaza I postępuje półsynchronicznie w jajniku płodu, zaczynając około 14 dni po stosunku (DPC; Rysunek 1A), krótko po określeniu płci gonadalnej18, 19, 20. Około czasu narodzin oocyty wchodzą w zatrzymanie dyktyatu aż do owulacji po miesiącach (u myszy) lub dekadach (u ludzi)21, 22, 23 roku. W związku z tym specyficzne stadia profazy I są dostępne tylko w ograniczonych oknach rozwojowych (rysunek 1A), przy czym zdarzenia po profazie I występują tylko w kilku oocytach jednocześnie u młodocianych i dorosłych. Chociaż postęp techniczny poprawił badania nad mejozą jajek ssaków, metody te pozostają wymagające i czasochłonne w porównaniu z porównywalnymi metodami stosowanymi w badaniach mężczyzn.
Analiza mejotyczna żeńska jest dodatkowo skomplikowana przez ograniczenia w podetapowaniu oocytów pachytenowych – co jest kluczowe dla badania oznaczania i dojrzewania crossoverów. Badania u mężczyzn korzystają z dobrze scharakteryzowanej dynamiki parowania chromosomów płciowych oraz obecności wariantu histonowego, H1t, który służy jako markery dla wczesnej, średniej i późnej pachynema, 24,25,26. Jednak nie sformalizowano wiarygodnej metody subsetapowania oocytów pachytenowych w stadium.
Przedstawione protokoły ułatwiają kompleksową analizę synapsy i rekombinacji w jajkach myszy od wczesnej profazy I do metafazy I. Praca ta opiera się na klasycznych technikach rozprzestrzeniania chromosomów opracowanych przez Petersa i in.27 i Tarkowskiego28 oraz wcześniejszych udoskonaleniach tych metod przez Hunta29 oraz Suna i Cohena30. Protokół ten został opracowany, aby podkreślić: 1) wzbogacenie i identyfikację konkretnych podetapów profazy I, 2) maksymalizację liczby zastosowań na parę jajników płodu oraz 3) dokładne, dostępne metryki oceny defektów synaptycznych i rekombinacji od ognisk do skrzyżów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury i obsługa zwierząt zostały wykonane po zatwierdzeniu przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Uniwersytetu Cornella (IACUC) zgodnie z protokołem 2004-0063.
1. Przygotowanie preparatu rozprzestrzeniającego się na chromosomie profazy I oocytu
2. Barwienie immunofluorescencyjne rozprzestrzeniania się chromosomu profazy I
3. Przygotowania diakinezy/prometafazy do obserwacji chiasmatów
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ocena defektów synaptycznych w komórkach podobnych do pachytenu
Eksperyment ten ocenia defekty synaptyczne w oocytach pachytenowych oraz monitoruje postęp profazy I (Rysunek 3A). Immunobarwienie dla SYCP3 (osiowo/boczne elementy SC), SYCP1 (centralny element SC) oraz HORMAD1 (osie chromosomów niesynaptycznych/odsynapsowanych) umożliwiają zaawansowanie i ocenę synapsis. HORMAD1 współlokalizuje się z SYCP3 podczas zygonemy i diplonemy (prz...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oocyty ssaków są szczególnie podatne na błędy w porównaniu do plemników. Chociaż mniej wydajny punkt kontrolny zespołu wrzeciona (SAC) oocytu przyczynia się do tej podatności 14,52,53, Hassold i Hunt sugerują, że wielokrotne trafienia prowadzą do aneuploidii, przy czym defektowa rekombinacja jest głównym czynnikiem 54. Badania na ludziach łączą aneuploidię z niewystarczającą pewnością przejścia i nieoptym...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autor nie ma żadnych konfliktów do ujawnienia.
Finansowanie tego projektu zapewniono z nagrody K99 od Eunice Kennedy Shriver National Institute for Child Health and Development (HD112986 do TH).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 0,45 μ m Filtr Strzykawkowy | Millipore Sigma | SLHAR33SB | do produkcji pipety sterowanej ustami |
| 0,5 M EDTA, pH 8,0 | Corning | 46-034-CI | dla HEB |
| 1 mL sterylna strzykawka z igłą 25 gauge 16 mm | Fisher Scientific | 14-817-125 | Za pęknięcie jajników |
| Szalka Petriego 100 x 15 mm | VWR | 25384-302 | |
| Jednorazowe pipety Pasteur z jednorazowego szkła borosilikatowego o rozmiarze 14,6 cm | Fisher Scientific | 13-678-20B | do produkcji pipety sterowanej ustami |
| 35 x 10 mm szalka Petriego | Corning | 351008 | |
| 40 mm x 0,45 mm #3 stalowe kołki do entomologii | Amazon | B0CSSPW5S7 | do przypinania myszy płodowych do sekcji |
| Kwas octowy, lodowiec | Fisher Scientific | A38-212 | dla fiksatora Carnoya |
| Zespoły rurek aspiratorowych do skalibrowanych mikrokapilarnych pipet | Millipore Sigma | A5177-5EA | do produkcji pipety sterowanej ustami |
| B.P.I. Watch Glass | NDS Technologies | 1580-00 | Alternatywnie można użyć talerza zarodka o wymiarach 30 mm x głębokości 12 mm (Electron Microscopy Sciences SKU: 70543-30) |
| Kwas borowy | Fisher Scientific | BP168-1 | do regulacji pH HEB, PFA |
| Albumina surowicy bydlęcej | Millipore Sigma | A7906-100G | dla ADB |
| Zbiornik CO2 | dla inkubatora | ||
| Szkiełka mikroskopowe Corninga | Millipore Sigma | CLS294875X25 | Długość x Szerokość 75 mm x 25 mm, matowa strona |
| Szkiełka mikroskopu Corning, z jedną stroną matową, z drugiej strony | VWR | 294875X25 | |
| Pokrywa szkło prostokątne. 60 x 24 mm, #1,5 | VWR | 48393-251 | |
| Misa do rozcinania | Nauki o mikroskopii elektronowej | 70540 | |
| Mikroskop sekcjonujący | Każdy model standardowy | ||
| Nożyczki do sekcji, ostry końcówka, 4,5" | VWR | 82027-578 | |
| Bardzo drobne, ostre szczypce | VWR | 76548-836 | |
| Giemsa Stain | Millipore Sigma | GS500-500 | do barwienia rozprzestrzenień chiasmata |
| ImmEdge Hydrofobowy Barierowy Długopis PAP | Laboratoria Vector | H-4000 | |
| Inkubator | Każdy standardowy model z technologią CO2 i wodnym szalem | ||
| Stacja robocza IVF | K-Systems | Każdy model z podgrzewanym blatem stołowym | |
| Rozwiązanie Kodak Photo-Flo 200 | Zdjęcie BH & Wideo | 1464510 | dla washów ślizgowych |
| Metanol | Fisher Scientific | A412-4 | dla fiksatora Carnoya |
| Słoik do barwienia Coplin MP Biomedicals | Fisher Scientific | ICN17006201 | |
| Normalne surowiczki kozy | Gibco | 16210-072 | dla ADB |
| Paraformaldehyd, EM Grade, oczyszczony Prill | Nauki o mikroskopii elektronowej | 19200 | |
| Permount | Fisher Scientific | SP15-100 | for Do montażu slajdów do rozkładów chiasmata |
| ProLong szklany uchwyt antyfade z bejcą NucBlue | Thermo Scientific | P36985 | do montażu preparatów immunobarwnych |
| Rurka silikonowa, średnica wewnętrzna: 0,125", średnica zewnętrzna: 0,25" | VWR | 89068-474 | do produkcji pipety sterowanej ustami |
| Cytrynian sodu dwuwęglanu | Fisher Scientific | S279-500 | dla HEB, roztwór hipotoniczny |
| System barwienia na wysuwakach StainTray | Nauki o mikroskopii elektronowej | 71396-B | Do użytku jako komora nawilżająca. Trzeba używać czarnej pokrywki do barwienia immunofluorescencyjnego. Alternatywnie można wyłożyć dno nieprzezroczystego pudełka na slajdy lub naczynia z wilgociami papierowymi do użytku jako nawilżona komora |
| Końcówki do striptizerów - 100 | Cooper Surgical | MXL3-100 | dla pipety sterowanej ustami |
| Końcówki do striptizerów - 150 | Cooper Surgical | MXL3-150 | dla pipety sterowanej ustami |
| Sacharoza | Millipore Sigma | S-8501 | dla HEB, hipotoniczny roztwór sacharozy |
| Baza Tris | Fisher Scientific | BP152-5 | dla HEB |
| Triton X-100 | Fisher Scientific | BP151-100 | dla PFA, ADB i Triton-PBS |
| Słoik do barwienia Coplin United Scientific | Fisher Scientific | S17495A | Nieprzezroczysty biały plastik do mycia i blokowania szkiełek po dodaniu światłoczułych przeciwciał wtórnych |
| Szkiełka wklęsłe United Scientific | Fisher Scientific | S139533 | 1,3 mm grubości, 2 odwierty |
| Vannas Microdissection Scissors 5mm proste | VWR | 76457-358 | |
| Zeiss Axio Imager.Z2, Colibri 7 | Carl Zeiss | 000000-2624-307 | |
| Oprogramowanie Zen Blue 3.11 | Carl Zeiss | Oprogramowanie do akwizycji i analizy obrazów | |
| Przeciwciała | |||
| Alexa Fluor 488 AffiniPure F(ab')? Fragment kozy anty-myszy IgG, specyficzny dla fragmentów Fc | Jackson ImmunoResearch Laboratories Inc. | 115-546-071 | zastosowano rozcieńczenie 1:1 000 |
| Alexa Fluor 488 AffiniPure F(ab')? Fragment kozy antykróliczy IgG, specyficzny dla fragmentów Fc | Jackson ImmunoResearch Laboratories Inc. | 111-546-046 | zastosowano rozcieńczenie 1:1 000 |
| Alexa Fluor 647 AffiniPure F(ab')? Fragment kozy antyludzki IgG, Fcγ specyficzne dla fragmentów | Jackson ImmunoResearch Laboratories Inc. | 109-606-170 | zastosowano rozcieńczenie 1:1 000 |
| Alexa Fluor 647 AffiniPure Goat Anti-Guinea Pig IgG, fragment Fc Specific | Jackson ImmunoResearch Laboratories Inc. | 106-605-008 | zastosowano rozcieńczenie 1:1 000 |
| Świnka morska anty-MLH3 pAb | Wykonany na zamówienie z użyciem Thermo-Fishera, stosowany rozcieńczenie 1:500 | ||
| Świnka morska anty-SYCP1 pAb | od Christer Hö ö g (Kouznetsova i in. 2005), zastosowano rozcieńczenie 1:200 | ||
| Ludzki antycentromerowy protein pAb | Antibodies Inc. | 15-234 | zastosowano rozcieńczenie 1:1 000 |
| Mysz anty-MLH1 mAb | BD Biosciences | 550838 | zastosowano rozcieńczenie 1:100 |
| Mysz anty-SYCP3 mAb | Abcam | ab97672 | zastosowano rozcieńczenie 1:1 000 |
| Królik anty-HORMAD1 pAb | Proteintech | 13917-1-AP | Zastosowano rozcieńczenie 1:500 |
| Rabbit anty-MSH4 pAb | Abclonal | A8556 | zastosowano rozcieńczenie 1:100 |
| Rabbit anty-RAD51 pAb | Millipore | PC130 | Zastosowano rozcieńczenie 1:500 |
| Rabbit anty-SYCP3 pAb | Abcam | ab15093 | zastosowano rozcieńczenie 1:1 000 |
| Rhodamine Red-X (RRX) AffiniPure F(ab')? Fragment kozy anty-myszy IgG, specyficzny dla fragmentów Fc | Jackson ImmunoResearch Laboratories Inc. | 115-296-071 | zastosowano rozcieńczenie 1:1 000 |
| Rhodamine Red-X (RRX) AffiniPure F(ab')? Fragment kozy antykróliczy IgG, specyficzny dla fragmentów Fc | Jackson ImmunoResearch Laboratories Inc. | 111-296-046 | zastosowano rozcieńczenie 1:1 000 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.