تأثیر شرایط محیطی و پارامترهای اسپرم در ترانسفکشن اسپرم گوسفند با DNA خارجی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار پژوهشکده بیوتکنولوژی، سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی، تهران، ایران

2 استاد گروه گروه مامایی و بیماریهای تولید مثل دام، دانشکده دامپزشکی دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

    انتقال ژن به واسطه­ی اسپرم (SMGT) برای اولین بار در سال 1989 معرفی شد و از همان زمان موضوعی چالش­انگیز بوده است.  از جمله چالش­های جدی آن عدم تحرک اسپرم‌های حاوی DNA خارجی و در نتیجه قابلیت لقاح این اسپرم‌ها بوده است.  هدف از این مطالعه بررسی اثر شرایط محیطی گرمخانه­گذاری اسپرم با DNA خارجی و محیط ترانسفکشن و همچنین تأثیر پارامترهای اسپرم در میزان ترانسفکشن اسپرم گوسفند است.  در این تحقیق اثر دمای مختلف انکوباسیون (5، 20 و ºC 37)، سه محیط مختلف (PBS، TCM و DMEM)، حضور FBS در محیط، زنده­مانی و تحرک اسپرم و ظرفیت­پذیری اسپرم در میزان و شدت جذب DNA با استفاده از پلاسمید EGFP نشان­دار شده با رودامین ارزیابی شد.  نتایج نشان دادند که گرمخانه­گذاری اسپرم‌ها با پلاسمید در 37 درجه­ی سانتی­گراد میزان جذب بیشتری به دنبال داشت اما محیط­های مختلف مورد بررسی و حضور یا عدم حضور FBS اثر معنی‌داری در میزان ترانسفکشن اسپرم نداشتند.  همچنین میزان تحرک اسپرم و ظرفیت­گیری اسپرم‌ها نیز اثر معنی‌داری در میزان جذب نداشتند.  در همه­ی آزمایشات انجام شده تمام اسپرم‌های داری جذب واقعی DNA خارجی (جذب در ناحیه­ی پشت آکروزوم) غیرمتحرک بودند و تغییر فاکتورهای مورد آزمایش نتوانست اسپرم ترانسفکت شده متحرک به دست بدهد.  با توجه به نتایج مطالعه­ی حاضر به نظر می­رسد که می­توان از اسپرم‌های با غشای آسیب دیده همراه با تزریق داخل سیتوپلاسمی این اسپرم‌ها جهت انتقال ژن به واسطه­ی اسپرم (SMGT-ICSI) برای تولید حیوانات ترانس ژنیک استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها


Anzar, M., & Buhr, M. (2006). Spontaneous uptake of exogenous DNA by bull spermatozoa. Theriogenology, 65(4), 683-690.
Arias, M. E., Sanchez-Villalba, E., Delgado, A., & Felmer, R. (2017). Effect of transfection and co-incubation of bovine sperm with exogenous DNA on sperm quality and functional parameters for its use in sperm-mediated gene transfer. Zygote, 25(1), 85-97. doi:10.1017/s096719941600037x
Atkinson, P. W., Hines, E. R., Beaton, S., Matthaei, K. I., Reed, K. C., & Bradley, M. P. (1991). Association of exogenous DNA with cattle and insect spermatozoa in vitro. Molecular Reproduction and Development, 29(1), 1-5.
Blash, S., Melican, D., & Gavin, W. (2000). Cryopreservation of epididymal sperm obtained at necropsy from goats. Theriogenology, 54(6), 899-905.
Buhr, M. M., Canvin, A. T., & Bailey, J. L. (1989). Effects of semen preservation on boar spermatozoa head membranes. Gamete Research, 23(4), 441-449. doi:10.1002/mrd.1120230409
Cabrera, M., Chan, P., Kalugdan, T., & King, A. (1997). Transfection of the inner cell mass and lack of a unique DNA sequence affecting the uptake of exogenous DNA by sperm as shown by dideoxy sequencing analogues. Journal of Assisted Reproduction and Genetics, 14(2), 120-124. doi:10.1007/bf02765781
Camaioni, A., Russo, M., Odorisio, T., Gandolfi, F., Fazio, V., & Siracusa, G. (1992). Uptake of exogenous DNA by mammalian spermatozoa: specific localization of DNA on sperm heads. Reproduction, 96(1), 203-212.
Canovas, S., Gutierrez-Adan, A., & Gadea, J. (2010). Effect of exogenous DNA on bovine sperm functionality using the sperm mediated gene transfer (SMGT) technique. Molecular Reproduction and Development, 77(8), 687-698. doi:10.1002/mrd.21205
Eghbalsaied, S., Ghaedi, K., Hosseini, S., Tanhaie, S., Forouzanfar, M., Hajian, M., . . . Nasr Esfahani, M. (2009). Selection of the Most Appropriate Medium for Assessing Motility and DNA Uptake of Bovine Spermatozoa. Yakhteh Medical Journal,, 10( 4), 266-271.
Eghbalsaied, S., Nasr-esfahani, M. H., Ghaedi, K., & Mozafari, N. (2008). Lipofectamine Does Not Enhance Bovine Sperm Transfection Efficiency  Yakhteh Medical Journal, 10(1),48
Gandolfi, F. (1998). Spermatozoa, DNA binding and transgenic animals. Transgenic Res, 7(3), 147-155.
García-Vázquez, F., Gutiérrez-Adán, A., & Gadea, J. (2009). Evaluation of binding sperm-exogenous DNA in ejaculate and epididimary porcine spermatozoa. Archivos de Medicina Veterinaria, 41(2), 131-138.
García-Vázquez, F. A., García-Roselló, E., Gutiérrez-Adán, A., & Gadea, J. (2009). Effect of sperm treatment on efficiency of EGFP-expressing porcine embryos produced by ICSI-SMGT. Theriogenology, 72(4), 506-518.
Gordon, J. W., & Ruddle, F. H. (1981). Integration and stable germ line transformation of genes injected into mouse pronuclei. Science, 214, 1244-1246.
Hassanane, M. S., El Makawy, A. I., Helalia, S. M., Abdoon, A. S., Khalil, K. M. A., Ghanem, T. A., . . . Shen, W. (2017). First study of sperm mediated gene transfer in Egyptian river buffalo. Journal of Genetic Engineering and Biotechnology, 15(2), 475-482.
Holt, W. V., & North, R. D. (1984). Partially irreversible cold-induced lipid phase transitions in mammalian sperm plasma membrane domains: Freeze-fracture study. Journal of Experimental Zoology, 230(3), 473-483.
Horan, R., Powell, R., McQuaid, S., & al., e. (1991). Archives of Andrology, 26, 83-92.
Hoseini pajooh, K., Tajik, P., Karimi poor, M., & Behdani, M. (2014). Tranfection of ram spermatozoa with pEGFP carrying human  lysozyme gene. Journal of Veterinary Resarch, 69(3), 245-254.
Hoseini Pajooh, K., Tajik, P., Karimipoor, M., & Behdani, M. (2016). Techniques for augmentation of exogenous DNA uptake by ovine spermatozoa. Iranian Journal of Veterinary Research, 17(1), 25-30.
Hoseini Pajooh, K., Tajik, P., & Karimipour, M. (2014). Dynamics of interaction between ram sperm with plasmid carrying human lysozyme gene in SMGT. Journal of Comparative Pathobiology, 11,(3), 1331-1344.
Kadze, R., Chan, P. J., Jacobson, J. D., Corselli, J. U., & King, A. (2002). Temperature variable and the efficiency of sperm mediated transfection of HPV16 DNA into cells. Asian journal of andrology, 4(3), 169-173.
Lavitrano, M., Camaioni, A., Fazio, V. M., Dolci, S., Farace, M. G., & Spadafora, C. (1989). Sperm cells as vectors for introducing foreign DNA into eggs: genetic transformation of mice. Cell, 57(5), 717-723.
Lavitrano, M., Forni, M., Bacci, M. L., Di Stefano, C., Varzi, V., Wang, H., & Seren, E. (2003). Sperm mediated gene transfer in pig: Selection of donor boars and optimization of DNA uptake. Molecular Reproduction and Development, 64(3), 284-291.
Lavitrano, M., French, D., Zani, M., Frati, L., & Spadafora, C. (1992). The interaction between exogenous DNA and sperm cells. Molecular Reproduction and Development, 31(3), 161-169.
Li, L., Shen, W., Min, L., Dong, H., Sun, Y., & Pan, Q. (2006). Human lactoferrin transgenic rabbits produced efficiently using dimethylsulfoxide-sperm-mediated gene transfer. Reprod Fertil Dev, 18(6), 689-695.
Pereyra-Bonnet, F., Fernández-Martín, R., Olivera, R., Jarazo, J., Vichera, G., Gibbons, A., & Salamone, D. (2008). A unique method to produce transgenic embryos in ovine, porcine, feline, bovine and equine species. Reproduction, Fertility and Development, 20(7), 741-749.
Pereyra-Bonnet, F., Gibbons, A., Cueto, M., Sipowicz, P., Fernandez-Martin, R., & Salamone, D. (2011). Efficiency of Sperm-Mediated Gene Transfer in the Ovine by Laparoscopic Insemination, In Vitro Fertilization and ICSI. Journal of Reproduction and Development, 57, 188-196.
Perry, A. C. F., Wakayama, T., Kishikawa, H., Kasai, T., Okabe, M., Toyoda, Y., & Yanagimachi, R. (1999). Mammalian Transgenesis by Intracytoplasmic Sperm Injection. Science, 284(5417), 1180-1183. doi:10.1126/science.284.5417.1180
Rubessa, M., Lotti, S. N., Kandel, M. E., Popescu, G., & Wheeler, M. B. (2019). SLIM microscopy allows for visualization of DNA-containing liposomes designed for sperm-mediated gene transfer in cattle. Molecular Biology Reports, 46(1), 695-703.
Sanchez-Villalba, E., Arias, M. E., Loren, P., Fuentes, F., Pereyra-Bonnet, F., Salamone, D., & Felmer, R. (2018). Improved expression of green fluorescent protein in cattle embryos produced by ICSI-mediated gene transfer with spermatozoa treated with streptolysin-O. Anim Reprod Sci, 196, 130-137. doi:10.1016/j.anireprosci.2018.07.005
Sciamanna, I., Piccoli, S., Barberi, L., Zaccagnini, G., Magnano, A. R., Giordano, R., . . . Spadafora, C. (2000). DNA dose and sequence dependence in sperm-mediated gene transfer. Molecular Reproduction and Development, 56(2 Suppl), 301-305.
Shadanloo, F., Najafi, M. H., Hosseini, S. M., Hajian, M., Forouzanfar, M., Ghaedi, K., . . . Esfahani, M. H. N. (2010). Sperm status and DNA dose play key roles in sperm/ICSI-mediated gene transfer in caprine. Molecular Reproduction and Development, 77(10), 868-875.
Shannon, P., & Vishwanath, R. (1995). The effect of optimal and suboptimal concentrations of sperm on the fertility of fresh and frozen bovine semen and a theoretical model to explain the fertility differences. Animal Reproduction Science, 39(1), 1-10.
Simões, R., Binelli, M., Nicacio, A. C., Milazzotto, M. P., Feitosa, W. B., Visintin, J. A., & Assumpção, M. E. O. A. (2007). Use of spermatozoa as vectors of exogenous dna for in vitro production of bovine transgenic embryos. Reproduction, Fertility and Development, 19(1), 320-321.
Vasicek, D., Vasickova, K., Parkanyi, V., Rafay, J., & Ondruska, L. (2010). Effective generation of genetically modified rabbits by sperm mediated gene transfer. World Rabbit Science, 15(3), p. 161-166.
Wang, H. J., Lin, A. X., & Chen, Y. F. (2003). Association of rabbit sperm cells with exogenous DNA. Animal Biotechnology, 14(2), 155-165.
Wu, Y., Liu, C. J., Wan, P. C., Hao, Z. D., & Zeng, S. M. (2009). Factors affecting the efficiency of producing porcine embryos expressing enhanced green fluorescence protein by ICSI-mediated gene transfer method. Animal Reproduction Science, 113(1-4), 156-166
Zelphati, O., & F C Szoka, J. (1996). Mechanism of oligonucleotide release from cationic liposomes. PNAS, 93(21), 11493-11498.
Zhao, Y., Yu, M., Wang, L., Li, Y., Fan, J., Yang, Q., & Jin, Y. (2012). Spontaneous uptake of exogenous DNA by goat spermatozoa and selection of donor bucks for sperm-mediated gene transfer. Molecular Biology Reports., 39(3), 2659-2664.