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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
É apresentado aqui um protocolo para enriquecer spermatocytes do paquíteno, espermátides redondos, e espermátides alongando dos testículos adultos do rato usando um inclinação bovino descontínuo da densidade da albumina do soro com equipamento de laboratório padrão.
Para caracterizar cada etapa da espermatogênese, os pesquisadores devem separar diferentes subpopulações de células germinativas dos testículos. Entretanto, isolar populações discretas é desafiador, porque o testis adulto contem uma mistura complexa de pilhas de germe de todas as etapas da espermatogênese junto com determinadas populações de pilhas somáticas. Sobre as últimas décadas, as técnicas diferentes tais como o elutriation centrífugo, a classificação fluorescência-ativada da pilha (FACS), e o STA-PUT foram aplicados com sucesso ao isolamento de pilhas de germe. Uma desvantagem é que todos eles exigem dispositivos dedicados e treinamento especializado. Seguindo os princípios subjacentes ao método STA-put, foi desenvolvido um protocolo simples para o isolamento de espermatócitos de paquíteno, espermátides redondos e espermatócitos alongadores de testículos de rato. Após a preparação de uma única célula de suspensão das células testiculares, populações de células específicas são enriquecidas por sedimentação por gravidade através de um gradiente de densidade de albumina sérica bovina (BSA) descontínua. As frações celulares são então coletadas manualmente e analisadas microscopicamente. Este gradiente de densidade modificada para espermátides redondos (MDR) protocolo de sedimentação pode ser amplamente aplicado, porque requer apenas equipamento de laboratório padrão. Além disso, o protocolo requer materiais iniciais mínimos, reduzindo seu custo e uso de animais de laboratório.
Muito ainda é desconhecido sobre os eventos moleculares e biológicos que acontecem durante a espermatogênese dos mamíferos, um processo complexo em que as células-tronco espermatogonianas se transformam em espermatozóides altamente especializados1,2. A espermatogênese ocorre dentro dos túbulos seminíferos do testis. Os túbulos contêm uma mistura de células germinativas de cada etapa de diferenciação, incluindo células-tronco espermatogoniais, mitticamente dividindo a espermatogonia, espermatócitos meióticos e espermatócitos pós-meióticos (que se submetem à diferenciação haploide da rodada espermátides para alongando espermátides, e, finalmente, para amadurecer espermatozóides). As pilhas somáticas do testis incluem as pilhas de Sertoli que são misturadas com as pilhas de germe dentro dos tubules seminíferos, as pilhas myoid peritubular que formam paredes dos tubules, e as pilhas de Leydig deprodução no espaço intersticial entre túbulos.
O estudo de processos moleculares e bioquímicos durante a espermatogênese geralmente requer a separação de populações de células germinativas distintas de uma complexa mistura de células testiculares. Muitas estratégias diferentes foram desenvolvidas para o enriquecimento da pilha. Os métodos mais bem-sucedidos são a sedimentação da velocidade de Sta-Put porunidade de gravidade3,4,5,6,elutriation centrífugo com base na centrifugação de contrarfluxo7,8, e triagem de células ativadas por fluorescência (FACS) que separa as células de acordo com o conteúdo de DNA e/ou marcadores específicos. Estes métodos são comumente usados entre os pesquisadores de espermatogênese e permitem o enriquecimento eficiente de tipos específicos de células germinativas. No entanto, uma limitação dessas técnicas é que eles exigem hardware especializado e caro que exigem especialização.
Apresentado aqui é um protocolo simples e barato para isolar populações enriquecidas das três populações de células mais abundantes de testículos de rato: spermatids redondos, espermatócitos de paquíteno, e espermátides alongando. Este protocolo é referido como o Gradient modificado da densidade para espermátides redondos (MDR), porque trabalha particularmente bem para enriquecer espermátides redondos. O método de MDR é baseado nos mesmos princípios que o sedimentation da velocidade de STA-PUT, contudo exige somente o equipamento de laboratório padrão. As células vivas são permitidas para sedimento através de um gradiente de densidade de Albumina bovina (BSA) descontínua preparado manualmente dentro de um tubo padrão de 50 mL o campo gravitacional da terra. Células maiores movem-se mais rapidamente através do gradiente, que separa diferentes populações de células germinativas. Após a sedimentação, as frações enriquecidas dos três tipos de células são coletadas manualmente. A pureza dessas populações de células enriquecidas é comparável àquelas obtidas por STA-PUT e elutriation centrífugo.
Além de cobrir a construção e o uso do gradiente de BSA para a sedimentação da velocidade, o protocolo também descreve um método de digestão para liberar células testiculares de túbulos seminíferos. O protocolo foi modificado a partir do desenvolvido por romrell et al.9 e inclui digestões sequenciais com colagenase IV e tripsina. As digestões sequenciais combinadas com o uso de um tampão do bicarbonato (isto é, a solução de Krebs) foram mostradas para realçar extremamente a separação e a viabilidade das pilhas de germe9.
Durante o enriquecimento de MDR, as células gastam em torno de 4 h juntas fora do ambiente dos túbulos seminíferos e não são submetidas a forças mecânicas estressantes, o que permite a coleta de frações celulares altamente viáveis para análise a jusante. Além disso, semelhante ao elutriation centrífugo e STA-PUT, o protocolo MDR não requer qualquer tratamento químico ou rotulagem de células, o que também ajuda a manter a sua viabilidade. Importante, tão pouco como dois testes de rato adultos são suficientes para o isolamento de MDR e, portanto, um rato adulto fornece suficiente células enriquecidas para análise de RNA e proteína. O protocolo padrão de STA-PUT recomenda o uso de tanto quanto como 12 ratos adultos para o isolamento6da pilha; embora, com base na experiência prévia, sabe-se que o isolamento bem-sucedido pode ser feito de três a quatro camundongos adultos. A menor quantidade de material de partida relatada como suficiente para a elutriação centrífuga é de seis testículos de camundongo (três camundongos)8. Conseqüentemente, além de eliminar a necessidade para o equipamento especializado caro, o protocolo de MDR reduz o número de animais do laboratório exigidos.
A manutenção de camundongos laboratoriais e todos os experimentos foram realizados de acordo com as diretrizes e regulamentações pertinentes para o cuidado e uso de animais de laboratório.
1. equipamento e conjunto de reagentes
2. dissecção animal e preparação da suspensão de células germinativas
Nota: Isso leva aproximadamente 1 h para ser concluído.
3. separação de células germinativas através do gradiente de BSA descontínuo
Nota: Esta seção demora aproximadamente 2 h para ser concluída. Comece a preparar o gradiente de BSA descontínuo durante as etapas de lavagem (etapas 2.10 − 2.14) para carregar as células assim que o pré-tratamento estiver pronto.
4. coleção de frações enriquecidas da célula germinal
Nota: Esta seção demora aproximadamente 30 min para ser concluída.
5. análise de frações celulares
Nota: A análise demora 2 h para ser concluída.
6. processando as amostras restantes para armazenamento
Nota: A seção 6 demora aproximadamente 20 min para ser concluída.
O enriquecimento suficiente de um tipo de célula germinativa é geralmente considerado acima de 80%6. O protocolo MDR funciona particularmente bem para enriquecer spermatids redondos. Um número elevado de espermátides redondos puros de > 90% pode rotineiramente ser obtido usando esta técnica. As frações óptimas de espermatócitos do paquíteno e de espermátides alongando são enriquecidas a ~ 75% e ~ 80%, respectivamente. Espermátides alongando tendem a ficar em cima do gradiente e são recolhidos com a primeira fração. No exemplo mostrado, a fração 1 continha ~ 80% das espermátides alongadas (Figura 2B). A maioria das espermátides alongadas obtidas com esta técnica tem núcleos condensados, enquanto as espermátides alongando-se não condensada precoce são escassas (Figura 2A). As seguintes frações contêm spermatids redondos enriquecidos. No exemplo, o enriquecimento das espermátides redondas foi superior a 90% nas frações 2, 3 e 4, e o enriquecimento acima de 80% foi observado completamente em sete frações (2 − 8) (Figura 2B). Devido a seu tamanho grande, os espermatócitos do paquíteno sedimento mais rapidamente e são recolhidos por último. No exemplo de purificação, o enriquecimento foi de cerca de 75% nas frações 14 e 15 (Figura 2B).
Enquanto a morfologia nuclear, visualizada pela coloração DAPI, geralmente é suficiente para o reconhecimento das células, a análise de imunofluorescência pode ser realizada para suportar a análise. PNA mancha os acrosomas tornando-se de espermátides redondos e alongando, e a aparência acrossômica pode ser explorada para categorizar mais mais espermátides redondos em etapas 1 − 8 da diferenciação10. Distinguir espermátides alongados e redondos com coloração de PNA depende das diferenças em sua forma nuclear (Figura 2C, painel esquerdo). O anticorpo anti-DDX4 é um marcador útil para as frações redondas do spermatid desde que visualiza um único grânulo perinuclear de DDX4-positive, o corpo cromatoid (CB), no citoplasma de cada spermatid redondo. Esta coloração CB-específica é fácil de distinguir da mancha cytoplasmic mais extensamente distribuída nos espermatócitos (Figura 2C, painel médio). Os espermatócitos de paquíteno podem ser reconhecidos pelo anticorpo anti-γh2ax que rotula o corpo de sexo nuclear que aparece especificamente na fase de paquíteno da primeira divisão meiótica (Figura 2C, painel direito). Nesta purificação, a mancha de PNA revelou que as frações redondas enriquecidas MDR do spermatid continham uma mistura de espermátides redondos em várias etapas da diferenciação, toda contendo sua estrutura da assinatura, o CB DDX4-positive (Figura 2D, Fração RS). O anti-γh2ax validou ainda mais os espermatócitos do paquíteno do enriquecimento na fração 16 (Figura 2D, fração de PSPC).
A contagem da pilha revelou que o número de pilhas no spermatid redondo e em frações do spermatocyte do paquíteno é adequado para várias análises a jusante. Frações spermatid redondas (5 − 8) cada uma continha cerca de 2,5 x 106 células. Portanto, ao agrupar essas frações, é possível obter mais de 10 milhões células. As frações de espermatócitos de pachytene (14 e 15) geralmente continham um pouco menos de células. Neste isolamento, foram contados cerca de 1,5 − 2,0 x 106 células por fração. A primeira fração continha 0,75 x 106 espermátides alongando.
Como mostrado na Figura 3a, aquantidade total de RNA obtida da maioria das frações variou de 0,5 a 2,5 μg, o que é suficiente para análises de RNA a jusante, como PCR de transcrição reversa, sequenciamento de RNA ou RNA de visualização em um gel. A quantidade de proteína Obtida de cada fração normalmente varia de 20 − 140 μg (Figura 3B), o que é suficiente para várias manchas ocidentais. Os lysates inteiros da pilha foram preparados das frações coletadas, e a análise ocidental do borrão foi executada usando os anticorpos que detectam DDX4, PIWIL1, e PIWIL2, que são todos expressados altamente em espermatócitos do paquíteno e em espermátides redondos assim como o ubiquitously gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase (GAPDH).
Neste protocolo, 10% dos lisados protéicos derivados de frações simples foram suficientes para detectar claramente todas essas proteínas em um padrão de mancha ocidental (Figura 3C). A quantidade de proteína em uma fração também mostrou-se suficiente para a imunoprecipitação usando um anticorpo contra PIWIL1, bem como para a detecção de PIWIL2 coimunoprecipitada (Figura 3D). Além disso, este protocolo foi usado com sucesso para obter frações enriquecidas de espermatócitos do paquíteno e de espermátides redondos do controle e de ratos genetically modificados para aplicações a jusante tais como a transcrição reversa quantitativa PCR11 e sequenciamento de RNA de alta taxa de transferência12.

Figura 1: preparação de um gradiente de BSA descontínuo. (A) uma ponta de pipeta sorológicos de 5 ml para a preparação do inclinação. (B) uma ponta da pipeta de 1 ml para a preparação do inclinação e da coleção das frações da célula germinal após o sedimentation. (C) o equipamento necessário para a preparação do gradiente. (D) vista lateral do gradiente de densidade de BSA descontínuo de 5% (inferior) para a solução de BSA de 1% (superior); as soluções de BSA de 2% e 4% são de cor azul para melhor visualização. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: imagens representativas das frações celulares coletadas e análise de enriquecimento. (A) células testiculares manchadas DAPI. A fileira superior mostra as células testiculares no epitélio seminífero intacto de uma seção de testículo de PFA-fixo, parafina-encaixada (esquerda) ou em suspensão (direita). A linha inferior mostra frações de espermátides alongadas enriquecidas (es), espermátides redondas (RS) ou espermatócitos de paquíteno (PSPC). Barras de escala = 20 μm para a linha superior e 10 μm para entradas da linha inferior. (B) quantificação relativa dos diferentes tipos de células germinativas em cada fração. As células foram contadas manualmente usando o software ImageJ e classificadas em RS, ES, PSpc, células de Sertoli e outras células. Os números de fração e respectivas porcentagens de BSA no gradiente são indicados no eixo x. (C) análise de imunofluorescência de células testiculares. Painel esquerdo: o PNA rotulado com rodamina mancha o acrossoma em ambos es (seta amarela) e RS (seta branca). Painel médio: o anticorpo DDX4 mancha um único grânulo perinuclear no RS, que é fácil distinguir do sinal cytoplasmic mais difuso nos espermatócitos (seta azul). Nenhum sinal DDX4 é detectado no ES (seta laranja). Painel direito: o anticorpo γh2ax reconhece o corpo de sexo nuclear característico presente apenas nos espermatócitos de paquíteno (células γh2ax-negativas marcadas por um asterisco branco). Barras de escala = 10 μm. (D) MDR as frações de células enriquecidas foram rotuladas com PNA (fração RS), DDX4 (fração RS) e anti-γH2AX (fração PSPC) para validar ainda mais o enriquecimento celular em cada fração. Barras de escala = 10 μm. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: análise a jusante após enriquecimento de células MDR. (A) o RNA foi extraído de cada fração após um enriquecimento representativo da pilha de MDR e quantificado. Os números de fração e respectivas porcentagens de BSA no gradiente são indicados no eixo x. (B) as proteínas foram extraídas de cada fração por lise a pelota da pilha na reserva do ensaio da radioimunoprecipitação (Ripa) então quantificada. (C) os extratos da proteína da pilha inteira foram preparados e analisados pelo western blotting usando anticorpos de encontro a DDX4, a PIWIL1, a PIWIL2, e a GAPDH. 10% do lisado foi carregado de cada fração indicada. (D) a imunoprecipitação foi realizada a partir de frações indicadas utilizando PIWIL1 seguida de western blotting com anticorpos PIWIL1 e anti-PIWIL2. A amostra de entrada inclui uma mistura de proteínas lisados de diferentes frações, e a imunoprecipitação de controle (IP) usando IgG de coelho também foi realizada a partir de um lisado misto. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: representação esquemática do protocolo MDR e tempo necessário para a conclusão de cada etapa. O material de partida é compor de dois testículos de um rato adulto. O número médio de células e a quantidade de RNA e proteína obtidas de uma fração são indicados. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Buffer | Reagentes | Preparação | Armazenamento |
| Tampão de Krebs (10x) | 3,26 g KH2po4 | Levar para 2 L com H2O, filtrar 0,22 μm e autoclave. | Pode ser armazenado a 4 ° c durante vários meses |
| 139,5 g NaCl | |||
| 5,89 g MgSO4 •7h2O | |||
| 50 g dextrose | |||
| 3,78 g CAcl2•2h2O | |||
| 7,12 g KCl | |||
| Tampão de Krebs (1x) | 4,24 g NaHCO3 | Dissolver NaHCO3 a 100 ml de h2o, adicionar 200 ml de 10x Krebs buffer, e trazer para 2 L com h2o. | Para ser preparado fresco |
| 200 mL 10x Krebs tampão |
Tabela 1: preparação do tampão de Krebs.
| Concentração de BSA (w/v) | 10% de solução de BSA | 1x tampão de Krebs |
| 0,50% de | 0,5 mL | 9,5 mL |
| 1 | 1 mL de | de 9 mL |
| 2 | 2 mL de | 8 mL de |
| 3 | 3 mL de | 7 mL de |
| 4 | 4 mL de | 6 mL de |
| 5 | 5 mL de | 5 mL de |
Tabela 2: preparação de soluções de BSA.
| Solução de digestão | Concentração de trabalho | Reagentes | Preparação |
| Colagenase | 1 mg/mL | Collagenase IV | Pesar 2 mg de colagenase IV a um tubo cônico de 50 ml e adicionar 2 ml de tampão quente de 1x Krebs à direita antes da digestão (passo 2,3). |
| Tripsina | 0,6 mg/mL | Tripsina | Pesar 15 mg de tripsina para um tubo cônico 50 mL, e adicionar 25 mL de tampão quente 1x KREBS e 40 μL de DNase I direito antes da digestão (passo 2,6). |
| > 3.2 ku/mL | DNase I |
Tabela 3: preparação das enzimas de digestão.
Os autores não têm nada a revelar.
É apresentado aqui um protocolo para enriquecer spermatocytes do paquíteno, espermátides redondos, e espermátides alongando dos testículos adultos do rato usando um inclinação bovino descontínuo da densidade da albumina do soro com equipamento de laboratório padrão.
Gostaríamos de agradecer a todos os membros do laboratório Kotaja por suas contribuições durante o desenvolvimento do protocolo, e o uso ativo e testes do protocolo em seus projetos de pesquisa. Particularmente Agradecemos a contribuição de Jan Lindström para a ajuda na otimização do protocolo. Este estudo foi apoiado pela Academia da Finlândia, Fundação Sigrid Jusélius, e programa de doutorado Turku de medicina molecular.
| 4% Paraformaldeído | Preferência do pesquisador | ||
| AlexaFluor488 burro anti-coelho IgG | Thermo Fisher Scientific | A-21206 | |
| AlexaFluor647 burro anti-rato IgG | Thermo Fisher Scientific | A-31571 | |
| Albumina de soro bovino (BSA) | Sigma | A9647 | |
| CaCl2· 2H2O | Preferência do pesquisador | ||
| Colagenase IV | Sigma | C5138 | |
| Coquetel completo de inibidores de protease | Anticorpo Roche | 11836145001 | |
| DDX4 | Abcam | ab13840 | |
| Dextrose | Preferência do pesquisador | ||
| DNase I | Worthington | LS006355 | |
| GAPDH | HyTest | 5G4 | |
| IgG anti-rato ligado a HRP GE | Healthcare Life Sciences | NA931 | |
| IgG anti-coelho ligado a HRP | GE Healthcare Life Sciences | NA934 | |
| KCl | Preferência do pesquisador | ||
| KH2PO4 | Preferência do pesquisador | ||
| MgSO4· 7H2O | Preferência do pesquisador | ||
| NaCl | Preferência do pesquisador | ||
| NaHCO3 | Preferência do pesquisador | ||
| NH4Cl | Preferência do pesquisador | ||
| Pierce Kit de ensaio de proteína BCA | Life Technologies | 23227 | |
| Tecnologia de sinalização celular | PIWIL1G82 | ||
| PIWIL2, clone 13E-3 | Millipore | MABE363 | |
| Prolongar Mountant Antidafe de diamante com DAPI | Thermo Fisher Scientific | P36962 | para imunocolorações Alexa Fluor |
| Neomarcadores | IgG de coelho | NC-100-P | |
| Aglutinina de amendoim marcada com rodamina (PNA) | Vector Laboratories | RL-1072 | |
| Tampão | RIPA | 50 mM Tris-HCl, pH 7,5, 1% NP-40, 0,5% p/v desoxicolato de sódio, 0,05% p/v SDS, 1 mM EDTA, 150 mM NaCl, 1x coquetel inibidor de protease, 0,2 mM PMSF e 1 mM DTT | |
| TRIsure | Bioline | BIO-38033 | |
| Triton X-100 | Preferência do pesquisador | surfactante não iônico | |
| Trypsin | Worthington | LS003703 | |
| Meio de Montagem Antifade VECTASHIELD com DAPI | Vector Laboratories | H-1200 | para análise padrão DAPI de frações celulares |
| &gama; Anticorpo H2AX | Millipore | 05-636 | |
| 0,22 µ filtro m | Sartorius | Sartolab BT 180C6 | ou equivalente |
| 1 mL pipeta mecânica | Preferência do pesquisador | ||
| Tubos de 1,5 mL ou 2 mL | Preferência do pesquisador | ||
| 40 µ peneiras de células m para tubos de 50 mL | Greiner Bio-One | 542040 | ou filtro de células equivalente |
| Pipetas sorológicas de 5 mL | Sarstedt | 86.1254.001 | ou tubos |
| cônicos equivalentes de 50 mL | Preferência do pesquisador | ||
| Placas de Petri de 6 cm | Preferência do pesquisador | ||
| Incubadora de cultura de células | Preferência do pesquisador | ||
| Centrífuga para tubos de 50 mL | Preferência do pesquisador | ||
| Caneta de graxa para lâminas de vidro de microscopia | Preferência do pesquisador | ||
| HulaMixer Misturador de amostras | Thermo Fisher Scientific | 15920D | ou rotador de células equivalente |
| Fóruns de microdissecção | Preferência do pesquisador | ||
| Tesoura de microdissecção | Preferência do pesquisador | ||
| Microscopia lâminas de vidro e lamínulas | Preferência do pesquisador | ||
| Nanodrop 1000 | Thermo Scientific | ||
| Pipetboy Acu 2 | Integra | 155 000 | ou controlador de pipeta equivalente |
| Centrífuga refrigerada para tubos de 1,5 mL | Preferência do pesquisador | ||
| Dicas para pipeta mecânica de 1 mL | Preferência do pesquisador | ||
| Banho-maria | Preferência do pesquisador | ||
| Microscópio de fluorescência de campo amplo | Preferência do pesquisador |