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開発初期段階で卵巣卵胞から卵母細胞を分離する手順と、完全に成長した段階までの成長と分化をサポートできるインビトロ培養システムのセットアップについて説明する。
成熟した肥沃な卵母細胞の限られた予備は、哺乳類における補助生殖の成功のための主要な障壁を表す。生殖寿命期間中、卵巣成熟および排卵体の卵母細胞の約1%しか存在しない場合、卵巣予備の利用を非排卵卵胞の増加集団に増加させるいくつかの技術が開発されてきた。このような技術は、不妊治療の保存、家畜の選択プログラム、および絶滅危惧種の保全の介入を可能にしました。しかし、卵巣予備軍の広大な可能性はまだほとんど利用されていない。例えば、牛では、特定の発達段階で卵母細胞の体外培養をサポートするいくつかの試みがなされているが、効率的で信頼性の高いプロトコルはまだ開発されていない。ここでは、インビボ中腹葉に対応して、牛初期のアンタル卵胞から完全に成長したステージに集められた生体外成長卵母細胞を開発するために定義された、対応する濾胞期の生理学的条件を再現する培養系について説明する。ホルモンとホスホジエステラーゼ3阻害剤の組み合わせは、タイムリーなmeiotic再開を防ぎ、卵母細胞の分化を導くために使用されました。
生殖寿命期間中、卵巣成熟に存在する卵母細胞のほんの一部は、排卵時に卵管内で放出され、受精して生存可能な胚1に発展するために利用可能である。一方、卵巣内の卵母細胞のほとんどは閉鎖を受け、排卵することはありません。インビトロ胚生産(IVP)技術は、卵巣予備軍22、33の搾取を増加させようとしている。これまでのところ、このような技術は、不妊治療の保存、家畜の選択プログラム、および絶滅危惧種の保全の介入を可能にしてきました。それにもかかわらず、ほとんどのプロトコルは、基本的にアンタル卵巣卵胞内の成長段階を完了した卵母細胞を使用し、したがって完全に成長した卵母細胞と呼ばれる。IVP技術が広く使用されている牛では、完全に成長した卵母細胞は約120μmの最終直径に達し、直径2〜8mm(中角毛)1に及ぶ卵胞から採取される。卵胞から分離すると、そのような卵母細胞は体外成熟し、受精する。その後、ジゴテは胚盤胞期まで培養され、レシピエントまたは凍結保存に移される。牛は、他の多くの種だけでなく、IVPによって提供される可能性にもかかわらず、牛1頭当たりのインビトロ産生胚の数は、過去40年間ほとんど改善されなかった。これは、一定の時間に卵巣を取り出し、標準的なIVP,技術4、5、6に供することができる、完全に成長した卵母細胞の数が4限られているためです。56
初期の角包の中に含まれる卵母細胞、すなわち、直径2mm未満の卵胞は、不妊治療保存プログラム7で使用される潜在的な供給源を表し、卵巣は中型角質8よりも約10倍多い初期のアンタル卵胞を含む。しかし、これらの卵母細胞はまだ成長段階にあり、まだ完全に成長した段階9に達していない。したがって、それらはまだ転写活性であり、後の発達段階のために保存されるmRNAを産生し、そして私がかつて濾胞室10、11,11から隔離された明視を自発的に再開して完了させる能力を母細胞に与えるために必要なすべての分化プロセスをまだ受けていない。したがって、標準の in vitro 成熟 (IVM) プロトコルに直接提出することはできませんが、成長フェーズを完了し、適切に区別できる追加の培養期間が必要です。
成長から完全に成長した段階への移行は、牛で卵胞が初期の角質から中型の角質段階に発達したときに起こる、卵母細胞の発達中の重要なステップの一つである。牛では、いくつかの研究は、vitro,,2、12、13、14、15、16、17、18、1912,13,14,15,16でこれらの出来事18を19再現しようとしました。217しかし、現在までに信頼性の高いプロトコルは開発されておらず、限られた成功しか報告されていません。これまでの研究20によると、これらの成長する卵母細胞は均質な集団を構成する。転写活性であることに加えて、それらのクロマチンは、GV0,2,21という名前の構成で、胚性小胞(GV)に分散される。21逆に、中型の卵胞から得られる完全に成長した卵母細胞の集団は、より不均一であり、クロマチン圧縮の様々な程度(GV1、GV2およびGV3)によってミラーリングされる状態である20を観察することができる。これらの中で、以前のデータは、GV2およびGV3卵母細胞がより良い品質およびより高い胚発生能力20、21、22、23、24によって全体的に特徴付けられることを示している。20,21,22,23,24
上記の観察から始めて、初期の角胞から積雲卵母細胞複合体(COC)として分離された卵母細胞の分化を可能にする卵母細胞(L-IVCO)の5日間の長い培養システムについて説明する。この文化戦略は、私たちの研究室で行われた10年の長い研究から進化し、以前に開発された24-48時間の体外卵母細胞培養(IVCO)2、卵母細胞培養中の準備システム23、25および25卵子培養中の亜鉛補充に基づいて根付いています。卵胞刺激ホルモン(FSH)とホスホジエステラーゼ-3(PDE3)阻害剤の組み合わせにより、積雲-卵母細胞通信2を増強することができ、不時の起血再開2を防止し、かつ支持卵母細胞成長2を使用した。
卵巣は、地元のアバトワール(INALCA S.p.A.、オスペダレット・ロディジアーノ、LO、IT 2270M CE、イタリア)で回収された4〜8歳のホルスタイン乳牛から採取された。
1. メディアの準備
注: すべてのメディアは、使用の少なくとも4時間前に準備する必要があります。炭酸水素ナトリウム緩衝培地は、空気中で38.5°C及び5%CO2、 最大湿度でインキュベートされる。HEPES緩衝媒体はサーモスタットオーブンの38.5 °Cで維持される。
2. 卵巣の収集と処理
注:特に明記されていない限り、すべての手順は室温(26°C)で行われます。
3. 卵胞の選択と分離とCOCsの検索
4. インビトロ培養に供するCOCの選定
5. 卵母細胞の長いインビトロ培養(L-IVCO)
6. 文化後のCOC分類
7. 培養後の大動脈進展の評価
L-IVCOの終わりに、図2に示すように、COCの総形態が変化し、4つのクラスが積雲細胞の外観に基づいて同定された。健康なCOCs11、26、27を選択するために11,26,27一般的に採用された形態学的基準に基づいて、クラス1、2、3は健康であると判断され、卵母細胞を取り巻く積雲細胞の完全な層が存在しないなどの変性の明確な徴候を示したクラス4は、重度に重度におよび将来のIVP設定で下流手順を受けるのに不適当と考えられていた。全体として、5つの生物学的複製物中の74個の卵母細胞が分析され、そのうち9.45%がクラス4にあり、さらなる評価から廃棄された。
図3と図4に示すように、L-IVCOの終わりにのmeioticステージの評価は、卵母細胞の有意に高い割合(78.57±4.43%)を示した未成熟な段階で逮捕されたままで、クロマチンは退化することなくGV内に留まり(したがって、GVステージとも呼ばれる)。その中でも、GV2/3構成の59.43%が占められていた。微分Iステージに到達したわずかな割合の微減期が再開された(13.76±5.85%)または退化(7.67±4.61%)。全体として、5つの生物学的複製物中の67個の卵母細胞が分析された。これらのデータは、L-IVCO培養が5日間のmeiotic再開を防止しながら卵母細胞の生存率をサポートしていることを示しています。
図1:卵母細胞の直径とCOCの代表的な画像を測定するために使用される皿の概要。(A)M199-Dの20 μLの16滴で、それぞれ単一のCOCを含む60 mmペトリ皿の模式図表。(B)直径の測定に使用する軸を持つCOCの代表的な画像。透明帯は含まれていないことに注意してください。スケールバー50 μm.この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図2:収集時およびL-IVCO後のCOCの代表的な画像。(A、B、C、D)上の行 (コレクション) は、検索時の COC を表します。(A', B', C', D')同じCOCは、5日後、L-IVCOの終わりに描かれ、ステップ6.1で報告されたように分類される。下段(5日)は、クラス1に分類されるCOCを表し、膨張および細胞変性の兆候のないコンパクトな積雲セル投資を示す(A');クラス2は、膨張および細胞変性の兆候がなく、積雲塊(B')中のアントルム様形成(矢印)を有するコンパクトな積雲細胞投資を示す。クラス3は、積雲細胞の外層に積雲膨張の兆候がなく、いくつかの分解細胞を有する積雲細胞のいくつかの層を示す(C');クラス4は、卵母細胞表面の50%以上の上に積雲細胞の豊富な損失を示し、細胞変性および細胞デブリの徴候(D')を示す。スケールバー 40 μm.この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図3:大動脈進行の代表的な画像。上段(DNA染色)は、代表卵母細胞のDNA(青色)を示し、GV0段階および(B)GV2様構成、(C)MIステージおよびC(D)脱退卵細胞、(A)を回収時に(B、C、D)L-IVCOの5日後に示す。A下段は、上段の卵母細胞の明るいフィールドの対応する画像です。矢印は GV を示します。スケールバー20 μm.この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図4:培養終了時における卵母細胞のMの大動脈進行。棒グラフは、L-IVCOの終わりにGVおよびMI段階および退化卵子での卵母細胞の分布を表す。クラス4で以前に分類された卵母細胞は除外された。データは一方向のANOVAによって分析され、続いてTukeyの多重比較検定が行われ、値はSEM±意味である(N=5;P<0.05)。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
ここでは、卵母細胞の生存率をサポートし、そして、meiotic再開を防止することによって、5日間の卵母細胞の発達を促進する培養システムについて説明する。この後者の側面は、大腸分裂の早期再開によって妨げられる、大腸および胚発生能力22、2020と卵母細胞を与えるために必要な継続的な成長と分化を可能にするために最も重要である。
この培養系を開発する際に、卵胞に生じる生理的成長と分化のいくつかの特徴を考慮に入れた。このセクションでは、この戦略を開発する際に考慮した主な側面の概要を説明します。
まず、ウシ初期の角質卵胞で卵母細胞を成長させると、成長から完全に成長したステージin vivo88,1919への移行を受けるのに約5日かかる。したがって、卵母細胞が24時間2まで培養された私たちの研究室で行われた以前の試みとは対照的に、培養の長さは5日に増加しました。
L-IVCOに含まれるもう一つの要因は、CCSが濾胞液の生理学的粘度を模倣するように培養される培地の粘度の増加であった。これは4%PVPを添加して再現し、コラーゲンIコーティング培養表面を用いて、従来の研究13によって報告されたように、培養物のような3Dの形成を促進した。
シロスターミドは、PDE3阻害剤であり、GV段階で軟膏的に逮捕された卵母細胞を維持するために添加され、卵母,細胞2、19、25、28、2919,内に高レベルの環状ヌクレオチドを保持することによって、起血性の軟骨再開を防28,29ぐ。225我々の結果は、シロスターミドによる5日間の治療がCOCsの健康に大きな影響を及ぼさないことを示し、複合体のほんの一部のみが退化し、またAlamららが得た結果と一致している。
Zn硫酸塩の含み、およびその濃度は、この微量元素が培養30で成長するウシの分化および転写活性を支持する役割を有することを示す最近の結果によって実証される。
最後に、初期のアンタル卵胞31、32、33,32の典型的な生理的ホルモンミリューを密接に模倣するためにホルモンの組み合わせが33導入された。例えばエストラジオールは、卵母細胞の成長を支援する活動を知っています16,,17,,19と顆粒球細胞間の接続17,また、meiotic能力の獲得を促進しながら34.同様に、テストステロンは、エストラジオールの前駆体であることに加えて、濾胞の成長および発達35を刺激する一方、プロゲステロンは主にその抗アポトーシス活性36のために添加された。
重要であり、我々の以前の研究2と一致して、FSHの濃度は、成長期のために生理学的である濃度に保たれた。実際、低いFSH濃度は、卵母細胞と交付された積雲細胞との間のギャップ接合媒介通信を維持することによって卵母細胞の発達を促進し、そして、大動脈再開を誘発することなく転写活性および卵母細胞分化を促進する2。
私たちの経験では、L-IVCOの成功のための鍵の1つは、初期の角胞から来る健康なCOCの均質な集団の選択です。文献中のデータによると、初期の角胞から採取された卵母細胞の80%は、GV020と呼ぶ構成で組織されたクロマチンによって特徴付けられる。この均質性は、原則として培養環境に曝露された場合に細胞が同様に動作することを保証するように、インビトロ培養の利点を表します。このことを念頭に置いて、COCsの収集は、より少ないまたはより高度な分化段階から来るCOCの「汚染」を最小限に抑えるために実行されなければなりません。しかし、皮質スライスの処理は非常に時間がかかり、比較的短時間で行われるべきであるという事実のために、収集/選択ステップはおそらくL-IVCOの最も重要な通路を表す。そのためには、いくつかの重要な考慮事項を念頭に置いておくべきです。
例えば、研究者/技術者は、濾胞閉鎖症の徴候を伴う卵胞を認識して廃棄するように訓練される必要があります。この段階では、非常に明確な半透明の外観や内部の暗いCOCの存在など、不全卵胞を認識するために形態学的パラメータのみを使用できます。食毒の徴候が明確に識別できない他のすべての卵胞は開かれ、そして、孤立したCOCsの形態に基づいてさらに選択を行うべきである22、3、37、38、39。,3,37,38,39これは、積雲細胞の少なくとも4層の存在のような形態学的観察によって再び達成される、グロス球形、無傷のオーレンマおよび均質で細かく粒状の卵母斑11、26、27。11,26,27
COCの分離と操作は、実体顕微鏡下でのマイクロ解剖のための熟練した人員と適切な機器と卵母細胞径の正確な決定を必要とする追加の技術的課題を表しています。この最後のステップは、卵母細胞の均一な集団を選択するために不可欠であり、したがって、他の濾胞段階から来るCOCとの汚染の可能な原因を除外する。このため、取得したCOCsに囲まれた卵母細胞の直径が100~110μm22,4040であることを確認することが重要です。
L-IVCOは卵母細胞の生存率をサポートし、meiotic再開を防ぐだけでなく、卵母細胞の59%でGV0から徐々に凝縮されたGV2およびGV3へのクロマチン構成の移行を促進した。特にGV内のクロマチン縮合は、これまで研究した基本的にすべての哺乳類卵母細胞における、大腸および発達能力の「ゲイン」のマーカーである20。この結果は、特に過去24時間のIVCOシステムと比較した場合、非常に有望です。その研究では、GV内のクロマチン圧縮の最高度に達しておらず、卵母細胞の22%がGV1構成2、完全な大腸能力に関連する段階であるが、まだ発達能力が乏しい20と見なされた。これらの条件であっても、それ以外の無能な成長卵母細胞は、限られた量ではあるが、成熟し、胚を産生することができた。したがって、L-IVCOで観察されたGV2/3段階の一貫した増加は、生存可能な胚を産生する高い可能性と互換性がある。我々は、L-IVCOに由来するCOCSをIVP(体外成熟、受精、胚培養から胚盤胞期まで)に提出することによって、この仮説を実験的に検証中である。確認されれば、L-IVCOは卵巣予備軍のまだ未利用の可能性の一部を解き放ち、女性の生殖能力保存に関心のあるいくつかの分野に重要な意味を持つ。例えば、それは高い遺伝的メリットブリーダーの保存プログラムで使用される受精可能な配偶子の供給源を増加させる。私たちが予見するもう一つのアプリケーションは、ボビッドファミリーの絶滅危惧種の遺伝的救済のためだけでなく、宇宙失礼な品種の広範な拡散のために絶滅の危機に瀕しているか、遺伝的侵食の危険にさらされている地元の品種の遺伝的救済のためである。最後に、L-IVCOは、有能な製液の形成を調節する細胞および分子プロセスを解剖することに興味を持っているすべての科学者のためのツールを表しています。
著者らは開示するものは何もない。
この作業は、リージョンロンバルディア PSR INNOVA n.201801061529 および UNIMI n.PSR 2019_DIP_027_ALUCI_01によってサポートされました。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
4-well dishes | Nunclon | 179830 | |
96-well dish | Becton Dickinson Biosciences | 356649 | BioCoat™ Collagen I |
Bovine Serum Albumin (Fatty acid free) | Sigma | A8806 | |
Bovine Serum Albumin (Fraction V) | Sigma | A3311 | |
Cell culture water | Sigma | W3500 | |
Cilostamide | Sigma | C7971 | |
Cysteamine | Sigma | M9768 | |
Digital camera | Nikon Corp | Camera DS-5M | |
Disodium phosphate | Sigma | S5136 | |
Estradiol | Sigma | E2758 | |
Glutamax Supplement | Thermo Fisher Scientific | 35050061 | |
Gonal F | Merck Serono | ||
Heparin | Sigma | H3149 | |
HEPES | Sigma | H3784 | |
Vacuum pump | Cook-IVF | KMAR-5100 | |
Incubator | Sanyo | ||
Kanamycin sulfate from Streptomyces kanamyceticus | Sigma | K1377 | |
Medium 199 | Sigma | M3769 | Powder for bicarbonate-buffered media |
Medium 199 | Sigma | M2520 | Powder for HEPES-buffered media |
Microscope | Nikon Corp | Nikon Diaphot | |
Microscope | Nikon Corp | Eclipse E 600 | |
Monopotassium phosphate | Sigma | P5655 | |
Paraformaldehyde | Sigma | 158127 | |
Penicilin | Sigma | P3032 | |
Phenol Red | Sigma | P5530 | |
Polyvinyl alcohol | Sigma | P8137 | |
Polyvinylpyrrolidone | Sigma | P5288 | 360k molecular weight |
Potassium chloride | Sigma | P5405 | |
Progesterone | Sigma | P8783 | |
Sodium bicarbonate | Sigma | S5761 | |
Sodium choride | Sigma | P5886 | |
Sodium pyruvate | Sigma | P4562 | |
Streptomycin | Sigma | S9137 | |
Testosterone | Sigma | 86500 | |
Triton X | Sigma | T9284 | |
Vectashield with DAPI | Vector Laboratories | H1200 | |
Water | Sigma | W3500 | |
Zinc sulfate heptahydrate | Sigma | Z0251 |
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