Развитие и размножение лабораторной мыши

Мыши являются чрезвычайно ценными модельными организмами, которые позволяют углублять наше понимание развития и заболеваний человека. Среди млекопитающих мыши отличаются высокой плодовитостью и быстрым развитием, что позволяет оперативно расширять колонии.

Поскольку развитие внутриутробно требует наличия специализированных эмбриональных структур, изучение эмбриогенеза на модели млекопитающих более релевантно для человека. В этом видео мы обсудим стадии размножения и развития мышей, методы их разведения, а также способы применения знаний о репродукции и развитии мышей в лабораторной практике.

Сначала давайте немного поговорим о репродукции мышей. Как и у людей, раннее развитие мыши происходит внутри организма: гестация протекает в рогах матки матери, которую называют «самкой-матерью». Однако, в отличие от людей, мыши вынашивают сразу много плодов, при этом средний размер помета составляет 10–12 детенышей за один период беременности.

Прежде чем более подробно обсудить развитие этих детенышей, давайте разберем термины, используемые для обозначения стадий развития. Наиболее распространенная система стадирования начинается с нулевого эмбрионального дня, или E0, в день успешного спаривания. После этого каждая стадия определяется количеством дней с момента оплодотворения вплоть до дня рождения, когда нумерация начинается заново с нулевого постнатального дня, или P0.

Поскольку сроки развития могут немного варьироваться даже между эмбрионами одного помета, могут также использоваться альтернативные подходы, основанные на морфологии, а не на времени после оплодотворения, такие как стадирование по Тайлеру.

Теперь давайте более детально рассмотрим морфологические изменения, которые происходят в течение первых нескольких недель развития мыши.

После оплодотворения ооцита эмбрион начинает развитие медленно, совершая всего 4 цикла деления клеток за первые 3 дня. Однако к E4 эти клетки размножаются и реорганизуются, образуя компактный полый шар из клеток, известный как «бластоциста». На этом этапе клетки, из которых впоследствии разовьется сам эмбрион, сосредоточены в группе стволовых клеток, называемой внутренней клеточной массой (ICM). Остальные клетки, называемые клетками трофобласта, станут частью плаценты, обеспечивающей эмбрион кислородом и питательными веществами.

После этого этапа развитие грызунов принимает несколько необычный оборот. У большинства млекопитающих клетки, дающие начало эмбриону, образуют дископодобную структуру. Напротив, эмбрион мыши имеет чашеобразную конфигурацию. Клетки на внешней стороне этой «чаши» формируют клеточный слой, называемый энтодермой, из которой впоследствии развиваются глубокие ткани, такие как слизистая оболочка пищеварительного тракта. Парадоксально, но клетки на внутренней поверхности чаши представляют собой эктодерму, которая формирует более поверхностные ткани, например волосы и кожу.

Такое инвертированное расположение сохраняется примерно до 8-го эмбрионального дня, когда эмбрион в буквальном смысле разворачивается. К этому моменту развиваются и другие узнаваемые структуры, включая сомиты, из которых образуются такие ткани, как скелетная мускулатура, и зачатки конечностей, из которых сформируются передние и задние конечности.

Далее процессы протекают довольно быстро: к 12-му эмбриональному дню развитие основных систем органов, таких как легкие и пищеварительный тракт, уже находится в активной фазе. Примечательно, что эмбрионы становятся способны выживать вне организма матери всего через 19–21 день гестации.

Теперь, когда вы получили представление о том, как протекает развитие плода в матке, давайте обсудим, что происходит после рождения мышей. Новорожденные мыши, или детеныши, очень малы, не имеют шерсти и слепы.

В течение первых нескольких недель жизни детеныши могут получать питание от любой доступной лактирующей самки. Затем, примерно через три недели после рождения, они становятся готовы к отъему, а значит, пришло время переехать из «маминого гнезда» в собственную клетку!

Чтобы контролировать последующее разведение, на этом этапе вам потребуется разделить самцов и самок. Для определения пола изучите расстояние между анусом и наружными половыми органами. У самок это расстояние будет короче, чем у самцов.

Чтобы подготовить новый дом для детенышей, застелите клетку слоем подстилки. Поскольку они все еще привыкают к новым условиям, помимо воды, положите на дно клетки немного пищевых гранул, размоченных водой, или миску с влажным кормом.

Мыши достигают половой зрелости через несколько недель после отъема, при этом пик их репродуктивной активности обычно приходится на возраст от 2 до 9 месяцев.

Как же использовать эту информацию для создания племенной колонии? Прежде всего, важно помнить, что на поведение мышей значительное влияние оказывают циркадные ритмы; поскольку они ночные животные, спаривание будет происходить ночью.

Феромоны также играют важную роль в поведении мышей, поэтому полезно «познакомить» потенциальных партнеров, чтобы они привыкли друг к другу. Чтобы максимизировать количество потомства за один цикл разведения, поместите одного самца с группой до 4 самок.

Для точного определения сроков развития эмбрионов утром следует осмотреть каждую самку на наличие вагинальной слизистой пробки, которая остается после копуляции с самцом. Овуляция у мышей происходит каждые 4 - 5 дней; поэтому, если пробка не обнаружена сразу, держите мышей вместе, чтобы предоставить им еще одну возможность для спаривания позже на этой неделе. Как только будет подтверждена беременность некоторых самок, удалите самца из клетки, так как он может представлять угрозу для новорожденных детенышей.

Для изучения сложных процессов, контролирующих развитие эмбрионов млекопитающих, ученые разработали ряд высокоэффективных методов. Рассмотрим некоторые из них.

Для начала отметим, что картирование судеб клеток (fate mapping) представляет собой подход, при котором клетки маркируются и отслеживаются in vivo, чтобы определить их вклад в формирование конкретных структур в развивающихся и взрослых тканях.

В данном примере экспрессия флуоресцентного белка включается в небольшой популяции клеток, что позволяет проследить вклад клеток, экспрессирующих этот белок, в ткани мозга плода и взрослого организма.

Чтобы проверить роль конкретного гена в развитии, полезно изучить результат его гиперэкспрессии. При использовании метода, называемого электропорацией in utero, ДНК доставляется в эмбрион путем микроинъекции, а затем вводится в клетки посредством подачи электрического тока через ткань. Результатом является индуцированная экспрессия гена в определенных клетках, что демонстрируется экспрессией красного флуоресцентного белка в центральной нервной системе данного эмбриона.

Более стойкие изменения экспрессии генов достигаются путем создания нокаутных мышей, у которых удалена часть гена. Для получения таких мышей из ранних эмбрионов выделяют стволовые клетки и подвергают их модификации генома. Модифицированные клетки трансплантируют в бластоцисту, которую затем имплантируют самке для вынашивания. Получившийся детеныш будет «химерой», состоящей как из нормальных, так и из нокаут-клеток; таких особей можно использовать для скрещивания с целью получения гомозиготных нокаутных мышей.

Вы только что посмотрели обзор JoVE по репродукции и развитию мышей. В этом видео мы рассмотрели размножение мышей, их пренатальное и постнатальное развитие, а также методы разведения мышей. Мы также обсудили некоторые перспективные области применения изучения развития мышей в лабораторных условиях. Спасибо за просмотр!