Этот протокол описывает модифицированную процедуру быстрого выделения чистых ооцитов стадии I у рыбок данио, лишенных гранулезных клеток, тем самым обеспечивая удобный метод для исследования, специфичного для ооцитов.
Методическая статья
Этот протокол описывает модифицированную процедуру быстрого выделения чистых ооцитов стадии I у рыбок данио, лишенных гранулезных клеток, тем самым обеспечивая удобный метод для исследования, специфичного для ооцитов.
Изучение развития ооцитов имеет важное значение для биологии развития. Данио рерио (Danio rerio) широко использовалась в качестве модельного организма для исследования ранних процессов развития от ооцита до эмбриона. У рыбок данио ооциты окружены одним слоем соматических гранулезных клеток. Тем не менее, отделение гранулезных клеток от ооцитов представляет собой сложную задачу, поскольку получение чистых ооцитов имеет решающее значение для точного анализа. Несмотря на то, что были предложены различные методы выделения ооцитов данио-рерио на разных стадиях развития, современные методы не позволяют полностью удалить гранулезные клетки, что ограничивает точность анализа генома, сосредоточенного исключительно на ооцитах. В этом исследовании мы успешно разработали быстрый и эффективный процесс выделения чистых ооцитов I стадии у рыбок данио-рерио с одновременным устранением загрязнения гранулезных клеток. Этот метод облегчает биохимический и молекулярный анализ, особенно при изучении эпигенетических аспектов и структуры генома, специфичных для ооцитов. Примечательно, что метод удобен в использовании, сводит к минимуму повреждение ооцитов и обеспечивает практическое решение для последующих исследований и анализов.
Рыбки данио рерио являются одной из наиболее важных модельных систем в биологии развития. В последние годы в многочисленных исследованиях рыбки данио использовались в качестве модели для изучения важных биологических событий и регуляторных процессов от ооцита до эмбриона. Они охватывают сложные процессы развития исозревания ооцитов1, функциональность материнскихгенов2, регуляцию материнско-зиготическихпереходов3, а также обширный омиксныйанализ4.
Гранулезные клетки, соматические клетки, обволакивающие и питающие развивающийся ооцит в фолликуле яичника 5,6, играют ключевую роль в этом процессе развития. По мере того, как первичные половые клетки (ПГК) эволюционируют в оогонию, они оказываются окружены монослоем гранулезных клеток7. Вместе с внешними текальными клетками ооцит и окружающие его гранулезные клетки образуют зрелый фолликул8. Учитывая фундаментальное различие между половыми клетками и соматическими клетками, получение чистого образца ооцитов является обязательным условием, особенно для анализов, связанных с геномом.
В фолликулярной структуре рыбок данио гранулеза обычно имеют диаметр всего внесколько микрон8, что подчеркивает тесную взаимосвязь между гранулезными клетками и ооцитами9. Эта тесная связь представляет собой проблему для достижения полного разделения из-за значительной разницы как в количестве, так и в объеме гранулезных клеток по сравнению с ооцитами (сотни гранулезных клеток по сравнению с одним ооцитом)10,11. Даже минимальное загрязнение одной гранулезной клеткой может препятствовать последующему анализу, специально нацеленному на ооциты. Поэтому для исследований, посвященных геномным и эпигенетическим характеристикам, элиминация гранулезных клеток имеет важное значение.
Благодаря хорошо охарактеризованным морфологическим критериям ооциты на каждой стадии могут быть различимы на основе диаметра11. Процесс оогенеза у рыбок данио делится на пять стадий в соответствии с морфологией и кариотипом11. Ооциты I стадии (диаметр 7-140 мкм) охватывают ооциты с начала мейоза до ранней стадии мейоза I. Важно отметить, что эти ооциты прозрачны, что позволяет наблюдать центральное ядро через проходящий свет (рис. 1Ai). Ооциты II стадии (диаметр 140-340 мкм) постепенно становятся пенистыми и полупрозрачными. При увеличении фолликулов и разрастании кортикальных альвеол зародышевые пузырьки в центре становится трудно различить12 (рисунок 1Aii). Ооциты III стадии (диаметр 340-690 мкм) постепенно накапливают вителлогенин, и свежие фолликулы становятся все более непрозрачными (рисунок 1Aiii). Мейоз продолжается в ооцитах IV стадии (690-730 мкм в диаметре), поскольку хромосомы входят в середину мейоза II, где они застаиваются (Рисунок 1Aiv). Ооциты стадии V (диаметр 730-750 мкм) созрели и готовы к овуляции 7,11 (рис. 1Av).
Основываясь на уникальных характеристиках каждой из вышеупомянутых стадий, был предложен способ выделения ооцитов от стадий I до III путем переваривания яичников данио рерио с использованием пищеварительного раствора, содержащего коллагеназу I, коллагеназу II и гиалуронидазу, с последующей фильтрацией через клеточное сетчатое фильтр определенного размера13. Однако, несмотря на то, что этот метод позволяет получить ооциты на разных стадиях развития, он не позволяет полностью разделить ооциты и гранулезные клетки. Другие исследователи также предложили методы отделения гранулезных клеток от ооцитов. Тем не менее, эти методы в первую очередь основаны на механических подходах, которые могут привести к повреждению ооцитов, требуют много времени и недостаточны для получения значительного количества ооцитов для анализа14,15.
Учитывая ограничения существующих методов и специфические требования к исследованиям, данное исследование направлено на установление процедуры тщательного разделения ооцитов и гранулезных клеток и получение достаточного количества чистых ооцитов I стадии для анализа. Развивая упомянутый способ13, мы используем улучшенный буфер для пищеварения (см. Таблицу материалов), который является более щадящим и способствует диспергированию ооцитов и диссоциации гранулезных клеток. Затем ооциты пропускают через клеточное сетчатое фильтр, после чего проводят промывку и дальнейший микроскопический отбор, что позволяет получить большое количество чистых ооцитов I стадии.
Все рыбки данио содержались в соответствии со строгими рекомендациями по уходу за животными, изложенными соответствующими национальными и/или местными органами защиты животных. Содержание и обращение с рыбой получило одобрение как местных властей, так и комитета по этике животных Западно-Китайской больницы Сычуаньского университета (разрешение No 20220422003). Яичники данио-рерио содержат смесь многоступенчатых ооцитов, причем каждая стадия развития присутствует в яичниках взрослых данио-рерио. Тем не менее, молодые рыбки данио были отобраны для этого исследования из-за доминирования ооцитов поздней стадии (стадия II-III) в яичниках взрослых рыб, которые являются крупными и непрозрачными. Напротив, молодые особи имеют плоские и удлиненные яичники, состоящие в основном из ооцитов стадии I (Рисунок 1B) (Рисунок 1B). Предыдущие исследования показали, что морфологические особенности раннего оогенеза у взрослых и молодых рыбок данио очень последовательны, что подтверждает возможность использования молоди данио-рерио13. Описанные ниже процедуры, представленные на рисунке 2, содержат подробное описание процесса выделения, от вскрытия до получения чистых ооцитов I стадии. Для справки реагенты, буферы и оборудование, использованные в исследовании, перечислены в Таблице материалов.
1. Диссекция яичников
2. Пищеварение
3. Фильтрация
4. Стирка
5. Отбор для контроля качества
6. Подтверждение ядерным окрашиванием
Примечание: Для дальнейшей доработки выделенных ооцитов было использовано окрашивание препаратом Hoechst 33342 для идентификации и удаления отдельных ооцитов, прикрепленных к гранулезным клеткам, которые могли быть пропущены на предыдущем этапе.
На рисунке 1 показана морфология яичников, наблюдаемая как у взрослых, так и у молодых рыбок данио, демонстрируя ооциты на разных стадиях развития, которые служат в качестве ориентира. На рисунке 1А представлено графическое представление морфологии и размера ооцитов на каждой стадии развития, начиная с первичной стадии роста (стадия I) и заканчивая овулированной яйцеклеткой (стадия V). На рисунках 1Ai-v показаны диаметры, соответствующие стадиям от I до V ооцитов. На рисунке 1B (левая панель) показаны изображения яичников у молоди рыб (6 wpf при SL = 1,5 см). Примечательно, что ювенильный яичник демонстрирует отчетливый дольчатый вид, в первую очередь характеризующийся обилием прозрачных яйцеклеток I стадии, сопровождаемым меньшей популяцией ооцитов II стадии. Такая распространенность ооцитов I стадии значительно облегчает их наблюдение и извлечение. На правой панели изображена морфология яичника взрослой рыбы (6 месяцев), где можно наблюдать ооциты на различных стадиях развития. Тем не менее, в яичниках преобладают непрозрачные ооциты поздней стадии (стадии II-III).
На рисунке 2 показаны репрезентативные процессы от диссекции до получения чистых ооцитов I стадии. На рисунке 3 представлены ооциты I стадии, полученные как референсным, так и модифицированным методом. После окрашивания по методу Хёхста ядра клеток ооцитов и гранулезы демонстрировали синюю флуоресценцию под действием ультрафиолетового света. На изображениях, полученных референсным методом (рис. 3А), поверхность ооцитов была плотно окружена многочисленными окрашенными гранулезными ядрами клеток. Напротив, ооциты I стадии, разделенные модифицированным методом (рис. 3В), демонстрируют полную экспозицию и чистоту, без окрашивания гранулезных ядр клеток.
Полученные нами результаты продемонстрировали эффективность предложенного метода выделения ооцитов I стадии. Процесс развития ооцитов у костистых рыб имеет несколько общих характеристик7. Чтобы оценить его межвидовую применимость, был проведен дальнейший анализ других видов рыб. Самки прудовых гольцов были приобретены на местном рынке, и ооциты ранних стадий (диаметр <100 мкм) были выделены с помощью той же процедуры. В составе яичников прудового гольца также наблюдалась смесь ооцитов на нескольких стадиях развития, характеризующаяся поразительным сходством морфологии и размера ооцитов с таковой у рыбок данио на той же стадии. Как показано на рисунке 4А, в яичниках взрослых самок прудового гольца преобладали непрозрачные поздние ооциты, перемежающиеся с прозрачными ранними ооцитами. На поверхности ооцитов наблюдался четкий монослой гранулезных клеток. В соответствии с нашими наблюдениями у рыбок данио, ооциты вьюна размером менее 100 мкм в диаметре соответствовали стадии, предшествующей стадии диплотена. На рисунке 4В изображены ооциты чистого прудового гольца (Misgurnus anguillicaudatus), полученные модифицированным методом. По сравнению с яичниками данио-рерио, яичники прудового вьюна сложнее диссоциировать. После 6-7 ч пищеварения происходит диссоциация более ранних стадий ооцитов. Тем не менее, этот скорректированный подход позволил получить желаемые чистые и голые ооциты. Данио-рерио относятся к семейству карповых, в то время как прудовые гольцы относятся к семейству Cobitidae. Эти два семейства демонстрируют отдаленное таксономическое родство, но их стадия развития яичников и морфология удивительно схожи, что указывает на то, что этот метод в целом может быть использован для анализа ооцитов различных видов рыб.

Рисунок 1: Репрезентативные изображения яичников и ооцитов рыбок данио на разных стадиях. (A) Морфология и размер ооцитов на каждой стадии развития (St). i-v представляет изображения и диаметр ооцитов от стадии I до V. Масштабная линейка = 200 мкм. (B) Морфология яичников взрослых и молодых рыбок данио. Масштабные линейки = 500 μм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2: Репрезентативные изображения процедуры выделения, от вскрытия до получения чистых ооцитов I стадии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Ооциты I стадии, полученные двумя методами. (A) Ооциты I стадии (St), выделенные указанным методом. (B) Ооциты I стадии выделены модифицированным методом. Ядра клеток ооцитов и гранулезы окрашивали методом Хёхста и возбуждали ультрафиолетовым светом. Масштабные линейки = 100 мкм. BF = светлое поле. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 4: Ооциты ранних стадий из прудового гольца, полученные модифицированным методом. (А) Репрезентативные изображения яичников и ооцитов прудового гольца. I, II представляют собой яичники прудовых гольцов при различных увеличениях, а III-IV — ооциты прудовых гольцов на ранних стадиях. Масштабные линейки: i (500 μм); ii (200 мкм); III, IV (100 мкм). (B) Ооциты ранних стадий, выделенные из прудового вьюна. Ядра ооцитов и гранулезных клеток окрашивали методом Хёхста и возбуждали ультрафиолетовым светом. Масштабные линейки = 100 мкм. BF = светлое поле. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
В этом исследовании мы разработали метод выделения чистых и чистых ооцитов I стадии, за исключением гранулезных клеток, для последующего анализа (в частности, геномного анализа). Сравнивая этот модифицированный метод с упомянутым методом13, можно отметить, что ооциты I стадии, полученные с помощью этого метода, морфологически интактны, многочисленны и свободны от контаминации другими соматическими клетками, что делает их пригодными для различных последующих исследований и анализов. Кроме того, по сравнению с другими методами механического разделения14,15, усовершенствованный способ более прост в эксплуатации, облегчает получение большего количества ооцитов и предотвращает повреждение ооцитов.
Более того, в дополнение к эффективному выделению ооцитов рыбок данио I, этот метод также может быть применен к прудовым гольцам, что указывает на его широкую применимость среди различных видов рыб. Для изучения влияния контаминации гранулезных клеток на экспрессию генов и эпигенетический анализ мы провели секвенирование РНК (RNA-seq) и анализ CUT&Tag на ооцитах, полученных референтным и модифицированным методами. Несмотря на то, что несколько дифференциально экспрессируемых генов были идентифицированы с помощью РНК-секвенирования, некоторые гены, которые были специфически экспрессированы в гранулезных клетках, все же были идентифицированы (данные не показаны). Анализ также выявил существенные различия в модификациях гистонов между ооцитами, выделенными разными методами (данные не показаны). Эти результаты подчеркивают важность этого метода в полном разделении ооцитов и гранулезных клеток для точной экспрессии генов и эпигенетического анализа.
Несколько аспектов требуют внимания при реализации предложенного метода: (1) Выбор подходящего размера рыбок данио имеет решающее значение. Это обеспечивает получение достаточного количества ооцитов и сокращает количество последующих этапов промывания. Яичники рыбок данио-рерио с SL <10 мм не обеспечивают достаточного количества ооцитов, что требует большего количества рыб для удовлетворения требований к отбору проб и увеличения давления размножения. И наоборот, у рыбок данио рерио с SL более 15 мм наблюдается постепенное образование ооцитов II-III стадии, мембраны которых легко разрываются в ходе реакции пищеварения. (2) При использовании более крупной рыбы утечка содержимого клеток в результате повреждения ооцитов может привести к загрязнению, тем самым в некоторой степени ингибируя реакцию пищеварения. В таких случаях рекомендуется удалить старый пищеварительный буфер, промыть его L-15, а затем добавить новый раствор для диссоциации клеток Кингера для дальнейшего пищеварения. (3) При наличии соответствующего оборудования, встряхивание во время сбраживания может усилить сепарацию.
На шаге 3.1 более мелкие гранулезные клетки могут сопровождать ооциты через клеточный фильтр. Однако практические наблюдения показывают, что окончательный собранный образец ооцитов не содержит гранулезных клеток. За исключением случаев, когда неполное переваривание приводило к присутствию остаточных гранулезных клеток в некоторых ооцитах, другие гранулезные клетки, меченные Хёхстом, не были обнаружены в системе. Здесь мы предположили, что гранулезные клетки, будучи меньше и легче, могут оставаться во взвешенном состоянии в культуральной среде и впоследствии удаляться во время нескольких этапов промывки. Эффективность выделения также количественно оценивали путем расчета доли ооцитов с прикреплением гранулезных клеток и чистых ооцитов после окрашивания по методу Хёхста. Уровень чистых ооцитов до 98% наблюдался в образцах, содержащих 1000 ооцитов.
Несмотря на свои многочисленные преимущества, предложенный подход имел и некоторые заслуживающие внимания ограничения. Во-первых, этот метод был валидирован для экстракции ДНК или РНК, секвенирования и немедленного обнаружения интактных живых клеток, но возможность и надежность его распространения на другие области анализа еще предстоит подтвердить. Еще одним ограничением является то, что предложенный метод может быть применен только для выделения ооцитов I стадии, так как эффективность выделения для других стадий неудовлетворительна. Поэтому требуются дополнительные усилия для повышения эффективности и применимости предложенного метода. Кроме того, будущие исследования должны быть сосредоточены на изучении того, может ли предложенный метод быть применен для эффективной изоляции ооцитов от других стадий, тем самым расширяя его применимость.
Авторам нечего раскрывать.
Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (32170813 и 31871449) и Департаментом науки и технологий провинции Сычуань (2024NSFSC0651), а также проектом 1·3·5 для дисциплин передового опыта – Фондом клинических исследований, Западно-Китайская больница, Сычуаньский университет (2024HXFH035). Авторы хотели бы поблагодарить Чжао Вана и Яньцю Гао из лаборатории детской хирургии за разведение рыбок данио, связанных с этой работой. Авторы также хотели бы поблагодарить всех рецензентов, принимавших участие в рецензировании, а также MJEditor (www.mjeditor.com) за предоставление услуг по редактированию на английском языке во время подготовки данной рукописи.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Раствор для диссоциации клеток Кингера | PlantChemMed | PC-33689 | Раствор для диссоциации клеток Кингера можно стабильно хранить при температуре -20 °°; C после упаковки и может использоваться после размораживания при низкой температуре (4° В). Его можно использовать непосредственно для диссоциации яичников данио-рерио. Оптимальная температура – 28,5°; С, примерно на 2-3 часа. Продолжительность может быть скорректирована в соответствии с конкретными условиями диссоциации, сокращена или увеличена (https://www.plantchemmed.com/chanpin?productNo=PC-33689). |
| Клеточные сетчатые фильтры (100 μ m ) | Falcon | 352360 | |
| Флуоресцентный микроскоп | Zeiss | Axio Zoom.V16 | |
| Щипцы | Dumont | #5 | |
| Стеклянная капиллярная игла | / | / | Затупленный при прижигании зажигалкой |
| Hoechst | Yesen | 40732ES03 | |
| Наконечники пипеток с низкой адсорбцией (10 μ l ) | Labsellect | T-0010-LR-R-S | |
| Leibovitz' s L-15 средний средний (с L-глутамином) | Hyclone | SH30525.01 | |
| Ведро для льда | / | / | Ледяная вода используется для эвтаназии рыбок данио-рерио |
| Инкубатор | WIGGENS | WH-01 | |
| Молодь рыб | / | / | 5– 6 недель после оплодотворения, стандартная продолжительность [SL] 10– |
| Пластиковая тарелка 15 мм (35 мм) | SORFA | 230101 | |
| Стереомикроскоп | Motic | SMZ-161 | |
| Тарелка для культуры тканей (6 лунок) | Пружинные ножницы SORFA | 0110006 | |
| Vannas | Fine Science Toosl | #15000-00 |
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение