استفاده از لیپوفکتامین به منظور ترانسفکشن اسپرم گاو نژاد هلشتاین

پژوهشهای علوم دامی ایران

مقاله 2، دوره 8، شماره 4 - شماره پیاپی 28، دی 1396، صفحه 656-666   

نوع مقاله: علمی پژوهشی- ژنتیک و اصلاح دام و طیور

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ijasr.v8i4.55609

نویسندگان

اکرم تیمورنژاد¹؛ محمد زندی^{* 2}؛ محمد رضا سنجابی¹؛ خسرو حسینی پژوه¹؛ حمیده افقی¹

¹سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران

²سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران

چکیده

اساس انتقال ژن از طریق اسپرم بر مبنای توانایی سلول‌های اسپرم برای اتصال به ملکول DNA خارجی و انتقال آن به اووسیت در موقع لقاح است. از مزایای عمده این روش نسبت به سایر روش‌ها می‌توان به بهره‌وری بالا، هزینه کم و سهولت استفاده اشاره کرد. هدف از این مطالعه بررسی امکان انتقال ژن به اسپرم گاو بود. برای این منظور، اسپرم از ناحیه اپیدیدم بیضه گاوهای نژاد هلشتاین استحصال شد. با استفاده از روش لیپوفکشن، حامل حاوی ژن GFP به سلول‌های اسپرم انتقال داده شد. به منظور بررسی انتقال DNA به اسپرم و همچنین زنده مانی اسپرم‌های ترانسفکت به ترتیب از رودامین و رنگ‌آمیزی آکریدین اورنج استفاده شد. نتایج نشان داد، در حدود 19 درصد از اسپرم‌های حاصل از ناحیه اپیدیدیم بیضه قادر به جذب DNA خارجی بودند و افزایش مدت زمان انکوباسیون کمپلکس DNA- لیپوفکتامین با اسپرم از 30 تا 120 دقیقه اثر معنی‌داری بر روی جذب DNA خارجی نداشت. همچنین نتایج نشان داد، انتقال ژن به اسپرم گاو تأثیر معنی‌داری بر روی زنده مانی و تعداد اسپرم‌های پیش‌رونده در مقایسه با اسپرم‌های طبیعی، 120 دقیقه پس از ترانسفکشن نداشت، اگرچه در 30 الی 60 دقیقه اول از ترانسفکشن اختلاف معنی‌داری در تحرک اسپرم‌های ترانسفکت مشاهده شد. به منظور بهینه‌سازی جذب DNA توسط اسپرم پیشنهاد می‌شود علاوه بر استفاده از ترکیباتی مانند EDTA به منظور حذف DNase، استفاده از سایر حامل‌ها مانند توربوفکت و FuGene 6 نیز بررسی گردد.

کلیدواژه‌ها

اسپرم،؛ انتقال ژن به واسطه اسپرم؛ ترانسفکشن؛ گاو؛ لیپوفکتامین

مراجع

1- Ahmadi, A., R. A. Sader khanlou., S. Salami, and A. Ahmadi. 2012. Evaluation of sperm quality, maturation and DNA integrity in adult mice treated with sulpiride. Tehran University Medical Journal, 70(4): 205-211. (In Persian).

2- Alderson, J., B. Wilson., G. Laible., P. Pfeffer, and P. L’Huillier. 2006. Protamine sulfate protects exogenous DNA against nuclease degradation but is unable to improve the efficiency of bovine sperm mediated transgenesis. Animal Reproduction Science, 91(1): 23-30.

3- Anzar, M. and M. M. Buhr. 2006. Spontaneous uptake of exogenous DNA by bull spermatozoa. Theriogenology, 65(4): 683-690.

4- Bacci, M. L., A. Zannoni., M. De Cecco., P. Fantinati., C. Bernardini., G. Galeati, and E. Seren. 2009. Sperm-mediated gene transfer–treated spermatozoa maintain good quality parameters and in vitro fertilization ability in swine. Theriogenology, 72(9): 1163-1170.

5- Bondioli, K. R., K. A. Biery., K. G. Hill., K. B. Jones, and F. J. De Mayo. 1990. Production of transgenic cattle by pronuclear injection. Biotechnology Reading, Mass, 16: 265-273.

6- Brophy, B., G. Smolenski., T. Wheeler., D. Wells., P. L'Huillier, and G. Laible. 2003. Cloned transgenic cattle produce milk with higher levels of β-casein and κ-casein. Nature Biotechnology, 21(2): 157-162.

7- Canovas, S., A. Gutierrez‐Adan, and J. Gadea. 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.

8- Cappello, F., G. Stassi., D. Lazzereschi., L. Renzi., C. Di Stefano., G. Marfe, and M. Forni. 2000. hDAF expression in hearts of transgenic pigs obtained by sperm-mediated gene transfer. Transplantation proceedings, 32 (5): 395-396.

9- Cho, H. Y., K. H. Chung, and J. H. Kim. 2002. Follow-up of exogenous DNA by sperm-mediated gene transfer via liposome. Asian Australasian Journal of Animal Sciences, 15(10): 1412-1421.

10- Damak, S., H. Su., N. P. Jay, and D. W. Bullock. 1996. Improved wool production in transgenic sheep expressing insulin-like growth factor 1. Nature Biotechnology, 14(2): 185-188.

11- Eghbalsaied, S. h., K. Ghaedi., S. M. Hosseini., S. Tanhaie., M. Forouzanfar., M. Hajian, and M. H. Nasr Esfahani. 2009. Selection of the most appropriate medium for assessing motility and DNA uptake of bovine spermatozoa. Yakhteh Medical Journal, 10(4): 266-271.

12- Epperly, J. M. 2007. Linker-based sperm mediated gene transfer method for the production of transgenic rat. MSc Thesis. University of Akron.

13- Francolini, M., M. Lavitrano., C. L. Lamia., D. French., L. Frati., F. Cotelli, and C. Spadafora. 1993. Evidence for nuclear internalization of exogenous DNA into mammalian sperm cells. Molecular Reproduction and Development, 34(2): 133-139.

14- Garcia-Vazquez, F., D. Gumbao., A. Gutierrez-Adan, and J. Gadea. 2006. Use of flow cytometry to evaluate the capacity of boar sperm to bind to exogenous DNA of different sizes. Reproduction, Fertility and Development, 19(1): 316-316.

15- Hammer, R. E., V. G. Pursel., C. E. Rexroad., R. J. Wall., D. J. Bolt., K. M. Ebert, and R. L. Brinster. 1985. Production of transgenic rabbits, sheep and pigs by microinjection. Nature, 315(6021): 680-683.

16- Hoelker, M., S. Mekchay., H. Schneider., B. Bracket., T. Gaylord., J. Dawit, and G. J. Danyel. 2007. Quantification of DNA binding, uptake, transmission and expression in bovine sperm mediated gene transfer by RT-PCR: effect of transfection reagent and DNA architecture. Theriogenology, 67(6): 1097-1107.

17- Hoseini Pajooh, K., P. Tajik., and M. Karimipour. 2014. Dynamics of interaction between ram sperm with plasmid carrying human lysozyme gene in smgt. Iranian Journal of Comparative Pathobiology, 11(46): 1331-1344. (In Persian).

18- Houdebine, L. M. 2002. Animal transgenesis: recent data and perspectives. Biochimie, 84(11): 1137-1141.

19- Houdebine, L. M. 2003. Animal Transgenesis and cloning. Wiley Online Library.

20- Kang, J., H. Hyoun., R. Hatam., F. Arturo., M. Robert., M. Buhr, and S. P. Golovan. 2008. The negative effects of exogenous DNA binding on porcine spermatozoa are caused by removal of seminal fluid. Theriogenology, 70(8): 1288-1296.

21- Khoo, H. W., L. H. Ang., H. B. Lim, and Wong, K. Y. 1992. Sperm cells as vectors for introducing foreign DNA into zebrafish. Aquaculture, 107(1): 1-19.

22- Kim, J. H., H. Jung., S. Hae., H. T. Lee, and K. S. Chung. 1997. Development of a positive method for male stem cell‐mediated gene transfer in mouse and pig. Molecular Reproduction and Development, 46(4): 515-526.

23- Kuznetsov, A.V., I. V. Kuznetsova, and I. Y. Schit. 2000. DNA interaction with rabbit sperm cells and its transfer into ova in vitro and in vivo. Molecular Reproduction and Development, 56(2): 292-297.

24- Lavitrano, M., M. Busnelli., M. G. Cerrito., R. Giovannoni., S. Manzini, and A.Vargiolu. 2005. Sperm-mediated gene transfer. Reproduction, Fertility and Development, 18(2): 19-23.

25- Lavitrano, M., M. Forni., M. Bacci., D. S. Laura., V. Carla., W. H. Vincenzo, and E. Seren. 2003. Sperm mediated gene transfer in pig: Selection of donor boars and optimization of DNA uptake. Molecular Reproduction and Development, 64(3): 284-291.

26- Maione, B., C. Pittoggi., L. Achene., R. Lorenzini, and C. Spadafora. 1997. Activation of endogenous nucleases in mature sperm cells upon interaction with exogenous DNA. DNA and Cell Biology, 16(9): 1087-1097.

27- Niu, Y. and S. Liang. 2008. Progress in gene transfer by germ cells in mammals. Journal of Genetics and Genomics, 35(12): 701-714.

28- Perry, A. C. F., T. Wakayama., H. Kishikawa., T. Kasai., M. Okabe., Y. Toyoda, and R. Yanagimachi. 1999. Mammalian transgenesis by intracytoplasmic sperm injection. Science, 284(5417): 1180-1183.

29- Rexroad, C. E., R. E. Hammer., D. J. Bolt., K. E. Mayo., L. A. Frohman., R. D. Palmiter, and R. L. Brinster. 1989. Production of transgenic sheep with growth‐regulating genes. Molecular Reproduction and Development, 1(3):164-169.

30- Rieth, A., F. Pothier, and M. A. Sirard. 2000. Electroporation of bovine spermatozoa to carry DNA containing highly repetitive sequences into oocytes and detection of homologous recombination events. Molecular Reproduction and Development, 57(4): 338-345.

31- Rottmann, O. J., R. Antes., P. Hoefer, and G. Maierhofer. 1992. Liposome mediated gene transfer via spermatozoa into avian egg cells. Journal of Animal Breeding and Genetics, 109(1‐6): 64-70.

32- Sciamanna, I. P., B. Simona., Z. Laura., M. Germana., R. Anna., R. Giordano, and C. Spadafora. 2000. DNA dose and sequence dependence in sperm-mediated gene transfer. Molecular Reproduction and Development, 56(2):301-305.

33- Shen, W., L. Li., Q. Pan., L. Min., H. Dong, and J. Deng. 2006. Efficient and simple production of transgenic mice and rabbits using the new DMSO‐sperm mediated exogenous DNA transfer method. Molecular Reproduction and Development, 73(5): 589-594.

34- Wall, R. J., R. K. Paleyanda., J. A. Foster., A, Powell., C. Rexroad, and H. Lubon. 2000. DNA preparation method can influence outcome of transgenic animal experiments. Animal Biotechnology, 11(1):19-32.

35- Webster, N. L., M. Forni., M. L. Bacci., R. Giovannoni., R. Razzini., P. Fantinati, and M. R. Bianco. 2005. Multi‐transgenic pigs expressing three fluorescent proteins produced with high efficiency by sperm mediated gene transfer. Molecular Reproduction and Development, 72(1): 68-76.

36- Zhao, Y., H. Wei., Y. Wang., L. Wang., M. Yu., J. Fan., and C. Zhao. 2010. Production of Transgenic Goats by Sperm-mediated Exogenous DNA Transfer Method. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 23(1):33-40.

37- Zoraqi, G, and C. Spadafora. 1997. Integration of foreign DNA sequences into mouse sperm genome. DNA and Cell Biology, 16(3):291-300.