Entwicklung und Reproduktion der Labormaus

Biology II

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Summary

Eine erfolgreiche Zucht der Labormaus (Mus musculus) ist entscheidend für die Schaffung und Erhaltung einer produktiven Tierkolonie. Zusätzlich werden Mausembryonen häufig untersucht, um Fragen zu Entwicklungsprozessen zu beantworten. Heutzutage gibt es eine Vielzahl von genetischen Werkzeugen für die Regulation der Genexpression während der embryonalen und postnatale Entwicklung der Maus, die dazu beitragen können, das Wissenschaftler mehr über vererbbare Krankheiten, die die menschliche Entwicklung beeinflusst, verstehen.

Dieses Video bietet eine Einführung in die Fortpflanzung und Entwicklung von Mäusen. Neben der Verdeutlichung der Terminologie die eingesetzt wird um den Entwicklungsfortschritt zu beschreiben, gibt diese Präsentation einen Überblick der wichtigsten Phasen des Lebenszyklus der Maus. Zum einen werden großen Entwicklungsereignisse beschrieben, die in der Gebärmutter stattfinden mit besonderem Augenmerk auf das einzigartige Layout der frühen Nagetierembryonen. Zum Anderen werden Haltungsprotokolle für postnatale Mäuse oder Jungtiere besprochen, einschließlich der Prozess der Entwöhnung oder Entfernen der Jungtiere von dem Käfig der Mutter. Da Männchen und Weibchen in dieser Phase getrennt werden müssen, um ungeplante Paarung zu verhindern, zeigt dieses Video, wie man das Geschlecht der Maus bestimmt. Anschließend wird demonstriert wie eine kontrollierte Mauszüchtung einschließlich des Screenings für den Pfropfen nach der Paarung, für eine zeitgenaue Entwicklung des Embryos, nützlich ist. Schließlich behandelt das Video Strategien, um die komplexen Prozesse in der Mausentwicklung, einschließlich der Erzeugung von genetisch veränderten "Knock-out" Mäusen zu untersuchen.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Grundlagen der Biologie 2:Maus, Zebrabärbling und Küken. Entwicklung und Reproduktion der Labormaus. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Mäuse sind äußerst wertvolle Modellorganismen, die unser Verständnis der menschlichen Entwicklung und Krankheiten weiterführend verbessern. Unter den Säugetieren haben Mäuse eine hohe Fruchtbarkeit und eine schnelle Entwicklung, so dass Kolonien schnell vergrößert werden können.

Da die Entwicklung in der Gebärmutter einige spezialisierte embryonale Strukturen erfordert, ist die Erforschung der Embryogenese in einem Säugetiermodell auch für den Menschen relevant. Dieses Video zeigt die Phasen der Mausfortpflanzung und Entwicklung, wie man Mäuse züchtet und Möglichkeiten Maus Reproduktions- und Entwicklungskenntnisse im Labor anzuwenden.

Zuerst besprechen wir die Maus Reproduktion. Die frühe Mausentwicklung ist wie auch beim Menschen intern mit der Schwangerschaft innerhalb der Uterushörner der Mutter auch Damm genannt. Doch anders als bei den meisten von uns, tragen Mäuse viele Föten auf einmal und erzeugen eine durchschnittliche Wurfgröße von 10 bis 12 Jungtiere.

Bevor wir die Entwicklung der Jungtiere besprechen, wollen wir die Bedingungen zur Identifikation der Entwicklungsstadien behandeln. Das bekannte Stadien-System beginnt am embryonalen Tag Null oder E0, dies ist der Tag der erfolgreichen Befruchtung. Danach ist jedes Stadium durch die Anzahl der Tage nach der Befruchtung bis hin zum Tag der Geburt definiert wobei die Nummerierung mit dem postnatalen Tag Null oder P0 neu beginnt.

Da die Entwicklungszeit selbst zwischen Embryonen aus dem gleichen Wurf variieren kann, können alternative Ansätze auf Basis der Morphologie anstatt der Zeit nach der Befruchtung, wie die Theiler-Stadien, angewandt werden.

Als nächstes werfen wir einen genaueren Blick auf die morphologischen Veränderungen, die in den ersten paar Wochen der Mausentwicklung auftreten.

Nach der Befruchtung der Eizelle beginnt der Embryo sein Leben langsam mit nur 4 Zellteilungsrunden in den ersten 3 Tagen. Jedoch haben sich diese Zellen in der E4-Phase vervielfacht und zu einer verdichteten, hohlen Kugel von Zellen neu organisiert auch bekannt als "Blastocyste". Die Zellen in diesem Stadium, die schließlich den Embryo bilden, befinden sich innerhalb eines Haufens von Stammzellen, bekannt als die innere Zellmasse oder ICM. Die verbleibenden Zellen, auch bekannt als Trophoblastzellen, werden ein Teil der Plazenta und liefern Sauerstoff und Nährstoffe für den Embryo.

Nach diesem Zeitpunkt ändert sich die Nagetier Entwicklung ein wenig. Bei den meisten Säugetieren bilden die Zellen, die den Embryo bilden, eine scheibenartige Struktur. Im Gegensatz dazu bilden Mausembryonen eine schalenförmige Struktur. Die Zellen auf der Außenseite dieser Schale bilden eine Zellschicht bekannt als Endoderm, die sich schließlich zu tieferen Geweben wie des Verdauungstrakts weiterentwickeln. Verwirrenderweise werden die Zellen auf der inneren Oberfläche der Schale zur Ektoderm, die mehr oberflächliche Gewebe bildet, wie Haut und Haare.

Diese umgekehrte Anordnung besteht ungefähr bis zum embryonalen Tag 8, wenn sich der Embryo buchstäblich dreht. Zu diesem Zeitpunkt haben sich auch ein paar andere erkennbare Strukturen entwickelt, einschließlich der Somiten, die sich zu Gewebe, wie die Skelettmuskulatur entwickeln und die Extremitätenknospen, die die vorderen und hinteren Gliedmaßen bilden. Anschließend entwickelt sich alles ziemlich schnell mit der Ausbildung der wichtigsten Organsysteme, wie die Lunge und der Verdauungstrakt, die bereits am embryonalen Tag 12 voll aktiv sind. Bemerkenswerterweise können die Embryonen bereits nach nur 19-21 Tagen nach der Befruchtung außerhalb der Mutter überleben.

Da wir nun ein Gefühl haben, wie die Entwicklung in der Gebärmutter fortschreitet, wollen wir nun besprechen, was passiert, nachdem die Mäuse geboren sind. Die neugeborenen Mäuse oder Jungtiere sind winzig, haarlos und blind. In den ersten Lebenswochen können die Jungtiere Nahrung von allen verfügbaren säugenden Weibchen erhalten. Ungefähr drei Wochen nach der Geburt sind sie bereit für die Entwöhnung, was bedeutet, es ist Zeit von Mamas Käfig in einen eigenen Käfig umzuziehen.

Um zukünftige Fortpflanzungen regulieren zu können, müssen Männchen und Weibchen an dieser Stelle getrennt werden. Um die Geschlechter identifizieren zu können, muss der Abstand zwischen After und äußeren Genitalien überprüft werden. Bei Weibchen wird dieser Abstand kürzer sein als bei Männchen.

Um das neue Zuhause der Jungtiere vorzubereiten muss der Käfig mit einer Schicht aus Streue bedeckt werden. Da sie sich immer noch an das Graben gewöhnen müssen, helfen Futterpellets in Wasser aufgelöst helfen mit Wasser eingeweichte Futterpellets oder Nassfutter in einer Schüssel auf dem Boden des Käfigs mit zusätzlicher Bereitstellung von Wasser. Mäuse werden innerhalb von wenigen Wochen nach der Entwöhnung geschlechtsreif, in der Regel ist die Zucht zwischen dem 2. und 9. Monat am Besten.

Wie verwenden wir diese Informationen um eine Kolonie zu züchten? Erstens ist es wichtig zu bedenken, dass das Verhalten einer Maus maßgeblich durch ihren Tagesrhythmus beeinflusst wird; da sie nachtaktiv sind werden die Mäuse sich in der Nacht fortpflanzen.

Pheromone spielen auch eine große Rolle beim Mausverhalten es ist hilfreich, die potenzielle Partner vorher bekanntzumachen, damit sie sich gegenseitig kennen. Um die Anzahl der Jungtiere während eines Brutzyklus zu maximieren, sollte eine männliche Maus mit bis zu 4 Weibchen kombiniert werden.

Um die Embryonalentwicklung präzise zeitlich festzulegen, sollte man am Morgen jede weibliche Maus auf einen vaginalen Schleimpfropfen untersuchen das vom Männchen während der Paarung hinterlassen wird. Mäuse haben alle 4-5 Tage einen Eisprung, wenn man den Pfropfen nicht nach dem ersten Mal sieht, sollte man die Mäuse zusammen lassen für eine weitere Chance später in der Woche. Sobald man feststellt, dass einige der Weibchen trächtig sind, sollte man das Männchen aus dem Käfig nehmen, da sie eine Bedrohung für die neugeborenen Jungtiere sein können.

Um die komplexen Prozesse, die die Entwicklung von Säugetierembryonen steuert zu untersuchen, haben Wissenschaftler einige sehr coole Techniken entwickelt. Nun wollen wir einen Blick auf einige Beispiele werfen. Das Fate Mapping ist eine Methode, bei dem die Zellen markiert sind und in vivo verfolgt werden, um festzustellen, wie sie bei bestimmten Strukturen in der Entwickelung und in adulten Gewebe beitragen. Hierbei wird die Expression eines Fluoreszenzproteins in einer kleinen Population von Zellen eingeschaltet, um den Beitrag der Proteine dieser Zellen, an fötalen und adulten Hirngeweben zu verfolgen.

Um die Rolle eines bestimmten Gens in der Entwicklung zu testen, ist es hilfreich, das Ergebnis ihrer Überexpression zu untersuchen. In einer Technik, die In-utero-Elektroporation genannt wird, wird DNA durch Mikroinjektion dem Embryo injiziert und dann in die Zellen, durch Anlegen von elektrischem Strom an das Gewebe, eingefügt. Das Ergebnis ist die Induktion der Genexpression in bestimmten Zellen, das durch die rot fluoreszierende Protein-Expression im Zentralnervensystem dieses Embryos gezeigt wird.

Eine dauerhafte Änderung der Genexpression erfolgt mit Knockout-Mäusen, bei denen ein Teil eines Gens entfernt wird. Um diese Mäuse zu erzeugen, werden Stammzellen aus frühen Embryonen isoliert und einer Genom Modifikation unterzogen. Die modifizierten Zellen werden in ein Blastozyst transplantiert, das dann in ein Weibchen zur Ausreife eingepflanzt wird. Die resultierenden Jungtiere sind "Chimären" aus normalen und knockdown Zellen und durch Rückkreuzung können homozygote Knockout-Mäuse erzeugt werden.

Dies war die Übersicht zur Maus Fortpflanzung und Entwicklung von JoVE. Dieses Video behandelt die Reproduktion der Maus, die prä- und postnatalen Entwicklungen und wie man Mäuse züchtet. Des Weiteren wurden einige interessante Anwendungen zur Untersuchung der Mausentwicklung im Labor diskutiert. Danke für das Aufpassen!

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