Een gewijzigde protocol voor ploïdie manipulatie maakt gebruik van een heat shock naar een één-cyclus kraam in cytokinese induceren in de vroege embryo. Dit protocol wordt gedemonstreerd in de zebravis, maar kan voor andere soorten.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Een gewijzigde protocol voor ploïdie manipulatie maakt gebruik van een heat shock naar een één-cyclus kraam in cytokinese induceren in de vroege embryo. Dit protocol wordt gedemonstreerd in de zebravis, maar kan voor andere soorten.
Manipulatie van ploïdie zorgt voor nuttige transformaties, zoals diploïde te tetraploïden of haploïden te diploïde. In de zebravis Danio rerio bijzonder de productie van homozygote gynogenetic diploïde nuttig in genetische analyse omdat het de directe productie van homozygoten van een heterozygote moeder. Dit artikel beschrijft een gemodificeerd protocol voor ploïdie duplicatie op basis van warmte puls tijdens de eerste celcyclus, Heat Shock 2 (HS2). Door remming van centriole duplicatie deze werkwijze resulteert in een precieze celdeling stall tijdens de tweede celcyclus. De precieze één cyclus divisie stal, gekoppeld aan onaangetast DNA duplicatie, resulteert in een hele genoom duplicatie. Protocollen in verband met deze methode zijn ei en sperma inzameling, UV-behandeling van sperma, in vitro fertilisatie en warmte puls naar een one-celcyclus divisie vertraging en ploïdie duplicatie veroorzaken. Een aangepaste versie van dit protocol kunnen worden toegepastom ploïdie veranderingen in andere diersoorten induceren.
Dit protocol maakt de manipulatie van ploïdie in zebravisembryo's, bijvoorbeeld bij het genereren van homozygote diploïde gynogenetic van gynogenetic haploïden (figuur 1) of de productie van tetraploïden. Dit wordt bereikt door het induceren van een vertraging in cytokinese overeenkomt met precies een celcyclus (Figuur 2A, 2B). De sleutel van één cyclus vertraging cytokinese wordt bereikt door behandeling met hitteschok. Het standaardprotocol van hitteschok (HS) zoals oorspronkelijk beschreven door Streisinger en collega betrokken temperatuur puls gedurende de periode 13-15 MPF, resulterend in één cyclus celdeling stall tijdens de eerste celcyclus 1. De efficiëntie van dit protocol is onlangs verbeterd door het scannen van de eerste celdelingen met een glijdende vensterfuncties van hitteshockbehandeling. Deze scan identificeerde een later tijdstip voor een warmteschok, nog binnen de eerste celcyclus (22-24 MPF), wat resulteert in een hoger embryos met één cyclus celdeling box, die in dit geval beïnvloedt de tweede celcyclus 2. De waarneming dat experimentele manipulaties in de eerste celcyclus verstoren celdeling tijdens de tweede celcyclus en leiden tot DNA-inhoud duplicatie is eveneens beschreven in andere vissoorten 3,4. We noemen dit gemodificeerde protocol Heat Shock 2 (HS2 - de term "2" geeft de warmte puls plaats op een later tijdstip dan de standaard HS methode, en dat de celcyclus vertraging veroorzaakt door HS2 optreedt in de tweede celcyclus ). Deze studies toonden aan dat de basis voor cytokinese arrestatie na hitteschok de remming van centriole overlapping tijdens de hitte puls, welke spil vorming en groef inductie in de volgende celcyclus beïnvloedt. HS2 resultaten in opbrengsten van de celcyclus bijna 100%, en de tarieven van ploïdie duplicatie tot 4 keer hoger dan standaard HS 2.
Embryo's behandeld witha heat shock tijdens blastomere celdeling vertonen veel schadelijke effecten, wat erop wijst dat heat shock invloed op meerdere processen die nodig zijn voor de celdeling 2. Anderzijds, indien de heat shock voorafgaand aan de initiatie van celdeling (tijdsperiode 0-30 MPF) wordt toegepast, blijkt het effect consistent met specifieke interferentie met centriole overlapping hebben en lijkt geen andere essentiële cellulaire processen beïnvloeden 2 . Deze studies toonden aan dat de tijd voorafgaand aan de inleiding van blastomere divisie lijkt een ontwikkelingsperiode vatbaar is voor het gebruik van Heat Shock als een instrument om specifiek te manipuleren door middel van ploïdie centriole remming zijn. De onderliggende oorzaak van de schijnbare selectiviteit voor warmteschok op centriole duplicatie is niet bekend, maar kan verband houden met een selectieve afbraak van centrosoom substructuren waargenomen onder hittestress in bepaalde celtypen, zoals leukocyten 5.
Tijdelijke synchronisatie van de embryonalekeling wordt bereikt door in vitro fertilisatie (IVF). Het gebruik van onbehandelde sperma tijdens de bevruchting resulteert in diploïde embryo's dat bij HS2-geïnduceerde één cyclus cytokinese kraam tetraploïde geworden. Het gebruik van UV-behandelde sperma, die verknopingen dat zijn DNA inactiveren, leidt gynogenetic haploïde embryo 6, dat bij HSII geïnduceerde één cyclus cytokinese stall worden gynogenetic diploïde 2 draagt. Door het resulterende gehele genoom duplicatie deze gynogenetic diploïden homozygoot bij elke locus in het genoom. Beknoptheid wordt verwezen naar haploïde embryo gynogenetic als "haploïden" en homozygote gynogenetic diploïde embryo's "homozygote diploïde". Als levensvatbaar en vruchtbaar, kunnen homozygote diploïde worden gebruikt om steriele en dodelijke-vrije lijnen te starten. Direct homozygosity geïnduceerd door HS2 moet ook gemakkelijk worden opgenomen in genetische analyse of genetische screens, omdat homozygote diploïde zijn van koeien die heterozygote dragers van mut zijnaties vertonen tarieven van homozygotie bij hoge en vaste (50%) verhoudingen 2.
Het volgende protocol beschrijft de stappen om HS2 presteren en induceren ploïdie overlapping met de volledige homozygosity. Voor tetraploïde productie moet sperma oplossing onbehandeld zijn. Voor homozygote diploïde productie moet sperma worden geïnactiveerd door UV-behandeling. Bovendien, zoals beschreven in de discussie, zichtbaar pigment markers kunnen ook worden gebruikt om identificatie van homozygote diploïde vergemakkelijken. Zebravis mate in de eerste plaats tijdens de eerste 3 uur na de opening van hun licht cyclus 7, en zowel volwassenen en eieren zijn gevoelig voor circadiaanse ritmes 8, dus voor het beste resultaat van de IVF-procedure moet plaatsvinden binnen deze periode.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Alle dierlijke experimenten werden uitgevoerd volgens de Universiteit van Wisconsin - Madison en Institutional Animal Care en gebruik Comite (IACUC) richtlijnen (University of Wisconsin - Madison Assurance nummer A3368-01).
1. Keuze Vrouwtjes Egg Collection via Onderbroken Mating
LET OP:-IVF gebaseerde protocollen rekenen op de extrusie van rijpe eicellen van koeien door middel van handmatige druk 9. Eerdere protocollen vrouwtjes rechtstreeks gebruik van tanks of in combinatie paringen zonder vrouwtjes ondergaan ei afgiftegedrag, maar slechts een klein deel van deze vrouwen (ongeveer 20% of minder, afhankelijk van de zebravis lijn) werd verkregen geëxtrudeerde en competente eieren op manuele druk. In een verbeterde procedure, vrouwtjes zijn pre-gesorteerd voor het leggen van eieren door directe visuele waarneming, gevolgd door onmiddellijke onderbreking van de paring. Deze procedure is zeer effectief, aangezien bijna alle vrouwelijke voorgeselecteerd door deze onderbroken paring stap opbrengst geëxtrudeerd en competente eierenop manuele druk.
2. Het voorbereiden van een Sperm Solution
LET OP: IVF relies over de blootstelling van rijpe eicellen van een sperma-oplossing. Deze oplossing kan onbehandeld zijn, diploïde zygoten genereren (dat bij HS2 behandeling worden tetraploïde embryo) of UV-behandelde, op haploïde zygoten (HS2 die na behandeling worden homozygote diploïde embryo's) te genereren. Previous sperma preparaat protocollen suggestie voor het gebruik van capillaire buizen milt verzamelen van de anale regio levende mannetjes, maar dit was niet effectief Werkwijze slechts een klein deel van de mannen gaf hom 9. Het protocol hieronder vertrouwt in plaats daarvan op het sperma voorbereiding van geschoren ontleed testes, die meer betrouwbare resultaten oplevert.
3. UV-behandeling
OPMERKING: UV behandeling wordt gebruikt om sperma DNA verknopen om het inactief in het embryo maken. Deze stap wordt alleen gebruikt bij de productie van gynogenetic haploïde of homozygote diploïde gynogenetic embryo's. Sperma oplossing UV behandeling moet worden gescheiden van stukjes testes (stap 2,4), als grote stukken kunnen zaadcellen te beschermen tegen de UV-behandeling.
4. Manual Extrusie van rijpe eicellen
LET OP: De wijfjes verkregen door onderbreking van de natuurlijke paringen zal gemakkelijk eieren opleveren onder verdoving en manuele druk. Tijdens deze procedure moet tricaïne behandeling zorgvuldig gecontroleerd worden om overbelichting dat het herstel van de vrouwtjes kunnen voorkomen dat te voorkomen.
5. In Vitro Fertilisatie
LET OP: zebravis bemesting in natuurlijke kruisingen extern is, afhankelijk van de gelijktijdige release en activering door water van de eieren en sperma tijdens het paren. In vitro fertilisatie bootst dit proces de eieren bloot te stellen aan sperma oplossing in de aanwezigheid van water. waterdruk oorspronkelijk klein (1 ml) om de effectieve spermaconcentratie verhogen. Binding door sperma plaatsvindt binnen 15-20 sec 10 </ Sup> en watervolume kan dan worden verhoogd. Chorion het opheffen verder bij aan de nauwe synchronisatie van de koppeling bij het raam te beperken voor de bevoegdheid voor het sperma binden 11,12. De resulterende embryo's vertonen derhalve grotendeels gelijktijdige celdeelcycli tijdens de vroege stadia splitsing.
6. Heat Shock Treatment
OPMERKING: Een heat shock toegepast in het vroege embryo remt centriole overlapping resulteert in een incomplete complement van centrioles spindel formatie rijden tijdens de daaropvolgende celcyclus 2. Aangezien spil op zijn beurt resulteert in het ontbreken van groef 13 vormen.
7. Selectie voor embryo's met een One-cyclus Cytokinese Stall
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Ondanks de één celcyclus cytokinese stal, DNA replicatie plaatsvindt normaliter in dergelijke embryo, wat resulteert in de verdubbeling van de DNA inhoud van de embryo (figuur 1). De Streisinger Heat Shock-protocol (standaard HS) betreft een warmte puls in de periode 13-15 minuten na de bevruchting (MPF) en induceert voornamelijk cytokinese arrestatie tijdens de eerste embryonale celdeling op 35 mpf 1,2, terwijl de afgeleide hier beschreven methode, aangeduid ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
kritische stappen
Het is essentieel om te werken voor daadwerkelijke in vitro fertilisatie. Om een goed aanbod van rijpe eicellen (stap 1) te verzekeren, het opzetten van de vrouwtjes te paren mag niet zijn opgezet in paring kruizen gedurende minstens 5 dagen en moeten zwangere verschijnen. Tijdens de onderbreking van de fokkerij, kan een waarnemer adequaat toezicht 15-30 tanks voor de eerste verschijning van de natuurlijke ei extrusie. Onderbreking van de paring moet zo snel optreden mogelij...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben geen concurrerende financiële belangen.
Dit werk werd ondersteund door NIH-subsidies R21 HD068949-01 en RO1 GM065303.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Zebrafish mating boxes | Aqua Schwarz | SpawningBox1 | |
| NaCl | Sigma | S5886 | |
| KCl | Sigma | P5405 | |
| Na2HPO4 | Sigma | S3264 | |
| KH2PO4 | Sigma | P9791 | |
| CaCl2 | Sigma | C7902 | |
| MgSO4-7H2O | Sigma | 63138 | |
| NaHCO3 | Sigma | S5761 | |
| Tricaine | Western Chemical | Tricaine-D (MS 222) | FDA approved (ANADA 200-226) |
| Tris base | Sigma | 77-86-1 | om 1 M Tris pH 9.0 te bereiden |
| HCl | Sigma | 920-1 | om 1 M Tris pH 9.0 te bereiden |
| Visnet (fijn maas) (4-5 inch) | PennPlax | (ThatFishThatPlace # 212370) | beschikbaar in ThatFishThatPlace |
| Kunststoflepel | beschikbaar in de meeste standaard winkels | ||
| Dissectie schaar | Fine Science Tools | 14091-09 | |
| Dissectie pincet | Dumont | SS | beschikbaar bij Fine Science Tools |
| Dissectie stereoscoop (met doorgelaten lichtbron) | Nikon | SMZ645 | of equivalent |
| Reflecterende lichtbron (LED-armen) | Fostec | KL1600 LED | of equivalent |
| Petrischalen 10 cm diameter | elke fabrikant | ||
| Eppendorf buisjes 1,5 ml | elke fabrikant | ||
| IJsemmer | elke fabrikant | ||
| Pipetteman P-1000 | elke fabrikant | ||
| Pipettipjes 1.000 µl | elke fabrikant | ||
| Smal spatel | Fisher | 14-374 | |
| Depressie glasplaat | Corning Inc | 722085 (Fisher cat. Nr 13-748B) | beschikbaar bij Fisher Scientific |
| UV-lamp | UVP | Model XX-15 (cat. Nr. UVP18006201) | beschikbaar bij Fisher Scientific. Hoewel dit bij ons niet is waargenomen met dit model, is bij sommige UV-bronnen waargenomen dat de intensiteit na verloop van tijd afneemt (zie indien dit het geval is, Aanpassingen en probleemoplossing) |
| UV-bril | elke fabrikant | ||
| Papieren handdoeken | elke fabrikant | ||
| Kimwipes | Kimberly-Clark | 06-666-11 | beschikbaar bij Fisher Scientific |
| Timer stopwatch | elke fabrikant | ||
| Wasfles | Thermo Scientific | 24020500 | beschikbaar bij Fisher Scientific |
| Theezeef | beschikbaar in keukenwinkels | ||
| Bekers, 250 ml (2) | Corning Inc. | 1000250 | beschikbaar bij Fisher Scientific |
| Waterbad (2) | elke fabrikant, met nauwkeurigheid tot 0,1 C (bijv. Shel Lab H2O Bath Series) | ||
| Hanks’ oplossing 1 | zie hierboven | zie hierboven | 8,0 g NaCl, 0,4 g KCl in 100 ml ddH2O. Bewaren bij 4°C. |
| Hanks’ oplossing 2 | zie hierboven | zie hierboven | 0,358 g Watervrij Na2HPO4, 0,6 g KH2PO4 in 100 ml ddH2O. Bewaren bij 4 °C. |
| Hanks’ oplossing 4 | zie hierboven | zie hierboven | 0,72 g CaCl2 in 50 ml ddH2O. Bewaren bij 4 °C. |
| Hank's Premix | zie hierboven | zie hierboven | voeg toe, in de volgende volgorde: 10,0 ml oplossing 1; 1,0 ml oplossing 2; 1,0 ml oplossing 4; 86,0 ml ddH2O; 1,0 ml oplossing 5. Bewaren bij 4 °C |
| Hanks’ oplossing 6 | zie hierboven | zie hierboven | 0,33 g NaHCO3 in 10 ml ddH2O. Vers bereiden op de ochtend van de IVF-procedure. |
| Hank's oplossing (uiteindelijke oplossing) | zie hierboven | zie hierboven | Combineer 990 μl van Hank’s Premix en 10 μl van vers bereide oplossing 6 (NaHCO3 oplossing) |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.