Sylabus
I. ČÁST - TRVALÉ PREPARÁTYVývojová stadia žáby Drápatky vodní - Xenopus laevisCíl: nakreslit, popsat a určit jednotlivá vývojová stadia Xenopus laevisPředložená stadia:1. oocyty2. stadium 2 buněk3. stadium 4 buněk4. stadium 8 buněk5. stadium 16 buněk6. blastula7. stadium ocasního pupene8. pulec Řezové preparátyvarle - Xenopus laevisfragment ovaria - Xenopus laevisvarle - myšovarium - myšoplozené oocyty Xenopus laevis - pronukleus (pigmentová stopa spermie)spermie:myščolekdešťovkakřečekdrápatkaII. ČÁST - ZRÁNÍ PRASEČÍCH OOCYTŮ A IN VITRO FERTILIZACE Zrání prasečích oocytů a in vitro fertilizace Obecný úvod Oogeneze u savců Samičí pohlavní buňky u savců procházejí 3 důležitými stádii:
1. Dělení - mitotický vznik oogonií (počet založen před narozením)
2. Růst - syntéza proteinů, různých mRNA a dalších důležitých komponent pro časný embryonální vývoj. Společně s rostoucím oocytem dochází ke vzniku folikulu, který svou tekutinou brání zrání oocytu. Oocyt je většinou zastaven v prometafázi I meiotického dělení. (1. meiotický blok). Jádro se nazývá zárodečný váček (GV - Germinal Vesicle).
3. Zrání - po ovulaci se oocyt uvolní z folikulu, čímž dojde k tzv. znovuzahájení meiozy. To se projeví rozpadem zárodečného váčku (GVBD-Germinal Vesicle Break Down) a posléze uspořádáním chromozómů do metafáze I. Po krátké anafázi I - telofázi I oocyt vyčkává na oplození většinou v metafázi II, kdy je možné pozorovat vyloučené
1. pólové tělísko. Přechody mezi jednotlivými fázemi jsou hlavně řízeny CDK1 (Cdc2) a cyklinem B, které dohromady tvoří MPF (Maturation Promoting Factor). Hladina jeho aktivní formy je nejvyšší v metafázi I a hlavně v metafázi II. V období anafáze I - telofáze I je naopak hladina této formy nejnižší. U savců je oocyt až do oplození většinou zastaven v metafázi II (2. meiotický blok). Po uvolnění z prostředí folikulu dochází GVBD do 6-ti hodin. Metafáze I je pozorovatelná mezi 20 - 24 hodinou. Metafáze II pak mezi 42-48 hodinou od izolace. Oplození u savců Spermie v pohlavním traktu samice u savců procházejí procesem kapacitace. Po té jsou schopné oplození. Ke kontaktu spermie a oocytu dochází zhruba v horní třetině vejcovodu. Spermie překoná vrstvy kumulárních buněk a po kontaktu se zónou pellucidou dochází k akrozomální reakci (vylití proteolytických enzymů). Po průniku spermie do oocytu nedochází u savčích oocytů ke klasickému rychlému bloku polyspermie (změna polarity oocytární membrány), který známe od ježovky. Ten nemusí být tolik potřebný vzhledem k relativně malému počtu spermií, které se k oocytu dostanou. Dochází však k vylití tzv. kortikálních granulí z oocytu (ekvivalent pomalého bloku polyspermie) a dlouhodobému zabránění vazby a průniku dalších spermií přes zonu pellucidu. Tento proces proběhne mezi 30-60 minutami po oplození a během této doby dojde i ke změnám na plasmatické membráně, které znemožní průnik spermií do cytoplasmy. Průnikem spermie do oocytu dojde pak k jeho aktivaci oscilacemi Ca2+ iontů a k dokončení meiozi. Vzniká tak postupně samičí prvojádro. Současně hlavička spermie začíná dekondenzovat do podoby samčího prvojádra. U obou prvojader po té dochází k syntéze DNA. U savců, na rozdíl např. od ježovky, nedochází v tomto okamžiku k jejich fúzi ale k oddělené kondenzaci do chromozómů v rámci profáze. Po té jsou samčí a samičí chromozómy promíchány v ekvatoriální rovině a během anafáze a telofáze vznikají dvě pravá somatická jádra. Praktická část Úkol pro
1. den Izolace prasečích oocytů z folikulů aspirační metodou. Folikuly vaječníku nabodneme injekční stříkačkou s jehlou a odsáváme folikulární tekutinu, která obsahuje volné oocyty obalené vrstvami kumulárních buněk. Uděláme si také foto vaječníku pod stereomikroskopem (obr. I). Po té aspirovanou tekutinu přeneseme do víčka 3 cm Petriho misky. Pod stereobinolupou skleněnou kapilárou nasáváme jednotlivé oocyty, které přenášíme do druhé 3 cm Petriho misky se 4 kapkami (4 x 50 µl) manipulačního média (M2) pod olejem. Izolované oocyty prohlížíme pod stereobinolupou. Prasečí oocyty jsou tmavé (lipidová granula) a jsou obaleny několika vrstvami kumulárních buněk. Oocyty si následně vyfotíme pod stereomikroskopem do tabla (obr. A). Oocyty spočítáme a rozdělíme do dvou skupin.
1. skupina by měla odpovídat cca 1/3 z celkového počtu vámi vyizolovaných oocytů a je určena pro fixaci po 24 hodinách kultivace (stádium metafáze I). Ve
2. skupině by měly být zbylé 2/3 oocytů a ty necháme kultivovat 42-48 hodin do stádia metafáze II s následným in vitro oplozením kančími spermiemi.
1. skupinu oocytů přeneseme skleněnou kapilárou do 4-jamkové destičky s 500 ml média M199 se 4 mg/ml GPBoS (růstové proteiny bovinního séra) překrytého 500 µl parafinového oleje.
2. skupinu obdobně přeneseme do druhé 4-jamkové destičky se stejným médiem. Při přenosu dáváme pozor, abychom oocyty přenesli do média na dně jamky, a nevypustili je do oleje nad médiem. Jamky s oocyty si označíme. Poté obě destičky kultivujeme v termostatu při teplotě 38,5 °C a 5% CO2. Úkol pro
2. den Fixace
1. skupiny oocytů po 24 hodinové maturaci Z termostatu vyjmeme 4 jamkovou destičku s oocyty určenými pro fixaci v metafázi (1. skupina oocytů) a rychle vyfotíme pod stereomikroskopem (obr. B). Do každé z jamek napipetujeme á 25 ml 0,1% hyázy (Hyaluridonáza) a zamícháme. Tento enzym rozvolní expandovaný kumulus a umožní odstranění jeho buněk. Asi po 3-5 minutách oocyty přeneseme do kapky manipulačního média (M2) v 3 cm Petriho misce a odstraníme zbylé kumulární buňky protahováním tenkou skleněnou kapilárou. Po očištění si všímáme poměrně silné zóny pellucidy, která je dobře patrná při polovičním zástinu. Oocyty poté přeneseme do 500 µl 4% roztoku formaldehydu v PBS, který budete mít ve 4-jamkové destičce, a zde je fixujeme do dalšího dne při 4 °C. Úkoly pro
3. den
1. In vitro fertilizace Spermie určené pro in vitro fertilizaci označíme vitálním barvením jádra a mitochondrií (Hoechst 33258 + Mitotracker Red CMX Ros) následujícím způsobem. Odpipetujeme 3 ml spermií do 10 ml zkumavky s modrým uzávěrem. Zkumavku centrifugujeme při 700G (2.650 ot/min – centrifuga MPW-340) po dobu 5 minut. Pasteurovou pipetou odebereme supernatant a přidáme 7 ml sterilního PBS + 0,01% PVA (polyvinylalkohol) z lahvičky. Vše důkladně zamícháme a centrifugujeme 5 minut při 700 G. Tento krok opakujeme ještě jednou. Na závěr odsajeme supernatant a spermie velmi důkladně resuspendujeme ve 2 ml PBS + 0,01% PVA. Z této suspenze si co nejdříve přeneseme 500 µl do 1,5 ml ependorfky a přidáme 5 µl Mitotrackeru (1 mM roztok v DMSO) a 2 µl Hoechst 33258 (1 mg/ml). Důkladně zamícháme a necháme inkubovat při 17 °C. Tyto spermie budeme po používat na umělé oplození (po alespoň 30 minutách inkubace) a pro pozorování samotných spermií (po 1-2 hodinách inkubace). Do další 1,5 ml ependorfky napipetujeme 990 µl destilované vody. Z původní suspenze ve zkumavce odebereme 10 µl, které přidáme do ependorfky s vodou a důkladně promícháme (spermie jsou nyní 100 x ředěné a jsou znehybněné). Takto vzniklá suspenze je určená pro počítání spermií. Zbytek původní suspenze odložíme do boxu s teplotou 17 °C. Zjištění koncentrace spermií na mililitr provedeme následujícím způsobem. Ze 100x ředěné suspenze (v ependorfce s vodou) odebereme 10 µl a aplikujeme je mezi krycí a podložní sklo Burkerovy komůrky. Komůrku umístíme do mikroskopu a spočítáme spermie, které se nacházejí v 16 velkých čtvercových polích (oblast je ohraničena trojitou rýhou). Nepočítáme ty spermie, které leží mezi velkými čtverci. Postup opakujeme ještě 3 x, vždy na jiných místech Burkerovy komůrky. Výsledné čtyři hodnoty zprůměrujeme. Koncentraci spermií na ml vypočteme podle následujícího vzorečku: X = (průměrný počet spermií v 16 velkých polích) x 15 625 x 100 Vysvětlení výpočtu: Plocha jednoho velkého čtverce = 0,04 mm2 , hloubka komůrky = 0,1 mm Objem tekutiny nad jedním velkým čtvercem = 0,04 x 0,1 = 0,004 mm3 (µl) Objem tekutiny nad 16 velkými čtverci = 0,004 x 16 = 0,064 mm3 (µl) Přepočet na 1 cm3 (ml) = 1000 / 0,064 = 15 625 (koeficient ve vzorečku) Suspenzi jsme 100 x ředili. Proto je nutné výslednou hodnotu vynásobit. Zatímco část skupiny počítá spermie, zbylí členové si vyndají 4-jamkovou destičku s oocyty maturovanými do metafáze 2, vyfotí je (obr. C) a očistí tyto oocyty maturované
Anotace
Praktická cvičení jsou zaměřena na prohloubení znalostí získaných na přednáškovém kurzu z vývojové biologie. Hlavní důraz je kladen na pohlavní rozmnožování a embryonální vývoj u vybraných modelových organismů.
Praktická cvičení jsou 3 denní. Během této doby mají studenti možnost pracovat s mikroskopickými trvalými preparáty.
Prakticky si dále vyzkouší mikromanipulační techniky při izolaci prasečích oocytů z vaječníků. Část izolovaných oocytů je fixována po 24 hodinách maturace (stádium metafáze I) a část je kultivována dalších 20 hodin v maturačním médiu do stádia metafáze II. Po té následuje oplození kančími spermiemi (in vitro fertilizace - IVF) a pozorování kontaktu obou gamet.
V rámci studia embryonálního vývoje mají studenti možnost stanovit expresní domény vybraných Hox genů na modelu C. elegens.