Laboratuvar faresinin gelişimi ve üremesi

Fareler, insan gelişimi ve hastalıkları konusundaki anlayışımızı geliştirmeye devam eden son derece değerli model organizmalardır. Memeliler arasında fareler, yüksek doğurganlığa ve hızlı gelişime sahiptir; bu da kolonilerin hızla genişletilebileceği anlamına gelir.

Rahim içi gelişim bazı özelleşmiş embriyonik yapılar gerektirdiğinden, memeli bir modelde embriyogenez çalışması insanlarla da daha ilişkilidir. Bu videoda, fare üremesi ve gelişiminin evrelerini, farelerin nasıl yetiştirileceğini ve fare üreme ile gelişim bilgisinin laboratuvarda uygulanma yollarını tartışacağız.

Öncelikle fare üremesi hakkında biraz konuşalım. İnsanlarda olduğu gibi, farelerin erken gelişimi de içseldir ve gebelik, "dam" (ana) olarak adlandırılan annenin uterus boynuzlarında gerçekleşir. Ancak çoğumuzun aksine fareler, bir gebelik döneminde ortalama 10 - 12 yavrudan oluşan bir batın üreterek aynı anda birçok fetüs taşırlar.

Bu yavruların gelişimini daha detaylı tartışmadan önce, gelişim evrelerini tanımlamak için kullanılan terimleri gözden geçirelim. En yaygın evreleme sistemi, başarılı çiftleşmenin gerçekleştiği gün olan embriyonik sıfırıncı gün veya E0 ile başlar. Bundan sonra her evre, döllenmeden itibaren geçen gün sayısı ile tanımlanır ve numaralandırmanın postnatal sıfırıncı gün veya P0 olarak yeniden başladığı doğum gününe kadar devam eder.

Gelişim zamanlaması aynı batındaki embriyolar arasında bile hafifçe farklılık gösterebileceğinden, döllenme sonrası süreden ziyade morfolojiye dayalı Theiler evrelemesi gibi alternatif yaklaşımlar da kullanılabilir.

Şimdi, fare gelişiminin ilk birkaç haftasında meydana gelen morfolojik değişikliklere daha yakından bakalım.

Oositin döllenmesinden sonra embriyo hayatına yavaşça başlar ve ilk 3 gününde yalnızca 4 tur hücre bölünmesi tamamlar. Ancak E4'e gelindiğinde, bu hücreler çoğalarak ve yeniden organize olarak "blastokist" olarak bilinen sıkışmış, içi boş bir hücre kümesi oluşturur. Bu aşamada, nihayetinde embriyonun kendisini oluşturacak olan hücrelerin tamamı, iç hücre kütlesi veya ICM olarak bilinen bir kök hücre kümesi içinde bulunur. Trofoblast hücreleri olarak bilinen geri kalan hücreler ise embriyoya oksijen ve besin sağlayan plasentanın bir parçası haline gelecektir.

Bu noktadan sonra, kemirgen gelişimi biraz karmaşık bir hal alır. Çoğu memelide embriyoyu oluşturan hücreler disk benzeri bir yapı oluşturur. Buna karşılık, fare embriyosu fincan şeklinde bir konfigürasyona sahiptir. Bu fincanın dış kısmındaki hücreler, nihayetinde sindirim kanalı astarı gibi derin dokuları oluşturan endoderm olarak bilinen bir hücre tabakası oluşturur. Şaşırtıcı bir şekilde, fincanın iç yüzeyindeki hücreler ise kıl ve deri gibi daha yüzeysel dokuları oluşturan ektodermi temsil eder.

Bu ters yerleşim, embriyonun kelimenin tam anlamıyla kendi etrafında döndüğü embriyonik 8. güne kadar devam eder. Bu noktaya gelindiğinde, iskelet kası gibi dokuları oluşturan somitler ve ön ve arka ekstremiteleri oluşturacak olan ekstremite tomurcukları dahil olmak üzere tanınabilir birkaç yapı daha gelişmiş olur.

Buradan sonrası oldukça hızlı ilerler; akciğerler ve sindirim kanalı gibi ana organ sistemlerinin gelişimi embriyonik 12. güne gelindiğinde iyice yol almıştır. Dikkat çekici bir şekilde, embriyolar yalnızca 19 -21 günlük bir gestasyon süresinden sonra annenin dışında hayatta kalmaya hazır hale gelirler.

Rahim içindeki gelişimin nasıl ilerlediğine dair bir fikir edindiğinize göre, fareler doğum yaptıktan sonra neler olduğuna bakalım. Yeni doğan fareler veya yavrular; çok küçük, tüysüz ve kördür.

Yaşamlarının ilk birkaç haftasında yavrular, mevcut herhangi bir laktasyon halindeki dişiden beslenebilirler. Ardından, doğumdan yaklaşık üç hafta sonra sütten kesilmeye hazır hale gelirler; yani artık annelerinin yanından ayrılıp kendi kafeslerine geçme vakti gelmiştir!

Gelecekteki çiftleşmeyi kontrol altına almak için bu noktada erkekleri ve dişileri ayırmanız gerekecektir. Cinsiyetleri belirlemek için anüs ile dış genital organlar arasındaki mesafeyi inceleyin. Dişilerde bu mesafe, erkeklere göre daha kısadır.

Yavruların yeni yuvasını hazırlamak için bir kafesin tabanına bir kat altlık serin. Yeni ortamlarına hâlâ alışma sürecinde oldukları için, su sağlamanın yanı sıra kafesin tabanına suyla yumuşatılmış yem peletleri veya bir kap yaş mama ekleyin.

Fareler, sütten kesildikten sonra birkaç hafta içinde cinsel olgunluğa erişirler ve en yüksek üreme dönemleri genellikle 2 ile 9 aylık yaş arasındadır.

Peki, bir üretim kolonisi başlatmak için bu bilgileri nasıl kullanırız? İlk olarak, bir farenin davranışının sirkadiyen ritminden önemli ölçüde etkilendiğini hatırlamak gerekir; gececil oldukları için fareleriniz gece çiftleşecektir.

Feromonlar da fare davranışlarında büyük rol oynar, bu nedenle potansiyel eşleri birbirlerini tanımaları için "tanıştırmak" faydalıdır. Bir üretim döngüsünde doğan yavru sayısını maksimize etmek için, bir erkek fareyi 4 taneye kadar dişi fareyle birleştirin.

Embriyo gelişimini kesin olarak zamanlamak için, sabahları geri dönüp her dişi farede, çiftleşme sırasında erkek tarafından bırakılan vajinal mukus tıkacı olup olmadığını kontrol edin. Fareler her 4 - 5 günde bir yumurtlar; bu nedenle hemen bir tıkaç görmezseniz, haftanın ilerleyen günlerinde başka bir şans için fareleri birlikte tutmaya devam edin. Bazı dişilerin hamile olduğunu belirlediğinizde, yeni doğan yavrular için tehdit oluşturabilecekleri için erkek fareyi kafesten çıkarın.

Memeli embriyolarının gelişimini kontrol eden karmaşık süreçleri incelemek amacıyla bilim insanları oldukça etkileyici teknikler geliştirmişlerdir. Bazı örneklere göz atalım.

Başlangıç olarak, kader haritalama (fate mapping), hücrelerin gelişmekte olan ve yetişkin dokulardaki belirli yapılara nasıl katkıda bulunduklarını belirlemek için in vivo olarak işaretlendiği ve takip edildiği bir yaklaşımdır.

Burada, proteini eksprese eden hücrelerin fetal ve yetişkin beyin dokusuna katkısını takip etmek için küçük bir hücre popülasyonunda floresan bir proteinin ekspresyonu aktive edilmektedir.

Belirli bir genin gelişimdeki rolünü test etmek için, bu genin aşırı ekspresyonunun (overexpression) sonucunu incelemek faydalıdır. Utero elektroporasyon adı verilen bir teknikte, DNA mikroenjeksiyon yoluyla embriyoya iletilir ve ardından dokuya elektrik akımı uygulanarak hücrelerin içine sürülür. Bunun sonucu, bu embriyonun merkezi sinir sistemindeki kırmızı floresan protein ekspresyonu ile gösterildiği gibi, belirli hücrelerde gen ekspresyonunun indüklenmesidir.

Gen ekspresyonundaki daha kalıcı değişiklikler, bir genin bir kısmının çıkarıldığı nakavt (knockout) fareler şeklinde gerçekleşir. Bu fareleri üretmek için, erken embriyolardan kök hücreler izole edilir ve genom modifikasyonuna tabi tutulur. Modifiye edilen hücreler, daha sonra gestasyon için bir dişiye implante edilen bir blastokiste nakledilir. Ortaya çıkan yavru, hem normal hem de knockdown hücrelerden oluşan bir "kimera" olacaktır ve homozigot nakavt fareler üretmek için yetiştirilebilir.

JoVE'nin fare üremesi ve gelişimi hakkındaki genel bakış videosunu izlediniz. Bu videoda fare üremesini, prenatal ve postnatal gelişimi ve farelerin nasıl yetiştirileceğini ele aldık. Ayrıca laboratuvarda fare gelişimini incelemeye yönelik bazı heyecan verici uygulamaları tartıştık. İzlediğiniz için teşekkürler!