小鼠子宫腺体分支是着床期腺体功能所必需的

Murine uterine gland branching is necessary for gland function in implantation

作者信息Katrina Granger, Sarah Fitch, May Shen, Jarrett Lloyd, Aishwarya Bhurke, Jonathan Hancock, Xiaoqin Ye, Ripla Arora
PMID38788747
发布时间2024-05-30
DOI10.1093/molehr/gaae020

实验完整度

包含至少两个独立证据层级:多种组织特异性ESR1敲除小鼠模型、妊娠期表型分析、LIF表达检测及外源LIF救援实验,并有体内功能验证。

主要模型

PgrCre Esr1flox/flox (PER) 小鼠 Pax2Cre Esr1flox/flox (XER) 小鼠 Wnt7aCre Esr1flox/flox (WER) 小鼠 LtfCre Esr1flox/flox (LER) 小鼠

重点核对

ESR1在子宫不同细胞类型(上皮、基质、肌肉)中的条件性敲除 子宫腺体在P21、发情间期、GD4 1200 h的分支数量和长度 GD3和GD4时腺体Lif表达水平 GD4和GD5时着床部位和胚胎-子宫轴排列角度 外源LIF补充对着床的救援效果

摘要

子宫腺体是分支的管状结构,其分泌物对妊娠成功至关重要。已知着床前腺体表达白血病抑制因子(LIF)对胚胎着床至关重要;然而,子宫腺体结构对腺体分泌物(如LIF)的贡献尚不清楚。在此,我们利用雌激素受体1(ESR1)信号缺陷的小鼠来揭示ESR1信号在腺体分支中的作用以及分支结构在LIF分泌和胚胎着床中的作用。我们观察到,使用孕激素受体PgrCre在新生小鼠子宫上皮、基质和肌肉中敲除ESR1会导致子宫腺体发育停滞在腺芽阶段。使用苗勒管Cre系Pax2Cre在胚胎期上皮中敲除ESR1表现为腺芽伸长但腺体分支失败。使用乳铁蛋白-Cre(LtfCre)在成年子宫上皮中减少ESR1则表现为正常分支的子宫腺体。来自Pax2Cre Esr1flox/flox子宫的无分支腺体无法表达着床前的腺体Lif,从而阻止了着床腔形成和胚胎沿子宫系膜-抗系膜轴的排列。相比之下,来自LtfCre Esr1flox/flox子宫的分支腺体表现为ESR1和腺体Lif表达降低,导致着床腔形成和胚胎-子宫轴排列延迟,但小鼠产仔数正常。最后,对照组小鼠青春期前的无分支腺体在腔上皮中表达Lif,但在腺上皮中即使存在雌激素也不表达Lif。这些数据强烈表明,分支腺体是着床前腺体Lif表达和成功着床所必需的。我们的研究首次确定了子宫腺体分支结构与分泌功能之间的关系,为理解子宫腺体结构-功能如何促进妊娠成功提供了框架。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
子宫腺体的分支结构是否对着床前腺体LIF分泌和胚胎着床至关重要?
核心机制
ESR1信号调控子宫腺体分支发育;分支腺体是着床前腺体Lif表达的必要条件,LIF达到阈值水平才能支持着床腔形成和胚胎-子宫轴正确排列,从而确保着床成功。
主要证据
条件性敲除小鼠模型显示:Pax2Cre介导的胚胎上皮ESR1缺失导致无分支腺体且不表达Lif,着床失败;LtfCre介导的成年上皮ESR1部分缺失保留分支腺体,Lif表达降低但仍达阈值,着床延迟但最终正常产仔;外源LIF可部分救援XER小鼠的着床。
研究意义
首次揭示了子宫腺体分支结构与分泌功能的关系,为理解子宫腺体结构-功能如何促进妊娠成功提供了框架。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

生成组织特异性ESR1敲除小鼠

探究不同子宫细胞类型中ESR1信号对腺体发育和功能的作用。

利用PgrCre、Pax2Cre、Wnt7aCre和LtfCre小鼠与Esr1flox/flox小鼠交配,生成在不同时间和组织特异性敲除ESR1的小鼠模型。

2

验证基因敲除效率和细胞类型特异性

确认ESR1在目标细胞类型中被有效删除。

通过免疫染色检测ESR1和FOXA2共定位,定量分析ESR1阳性腺上皮细胞比例;用ROSA mT/mG报告小鼠验证Pax2Cre谱系。

3

分析子宫腺体结构发育和分支

比较不同ESR1敲除模型中腺体发育阶段和分支情况。

对P21、发情间期、GD4 1200h的子宫进行3D重建和分支定量分析。

4

评估妊娠和着床表型

确定腺体分支缺陷对着床和妊娠结局的影响。

在GD3-GD5不同时间点观察胚胎位置、着床部位(蓝染)和蜕膜反应;记录产仔数。

5

检测Lif表达和定位

确定不同基因型中腺体Lif表达水平及其与腺体结构的关系。

使用RNAscope原位杂交检测Lif mRNA,并用FOXA2标记腺体,定量Lif体积/腺体体积。

6

外源LIF救援实验

验证Lif缺乏是导致XER着床失败的原因。

对XER小鼠在GD3给予重组LIF(腹腔或宫腔内),观察GD4着床是否恢复。

7

青春期前激素处理实验

区分腺体分支和ESR1信号对Lif表达的独立作用。

对P21对照小鼠注射E2或E2+P4,检测Lif表达和腺体结构。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Esr1flox/flox小鼠----
PgrCre小鼠----
Pax2Cre小鼠----
Wnt7aCre小鼠----
LtfCre小鼠----
CD1雄鼠----
17β-雌二醇 (E2)Sigma-AldrichE8875
孕酮 (P4)Sigma-AldrichP0130
重组LIFBioLegend554006
Tissue-Tek OCT包埋剂Andwin Scientific45831
玻璃载玻片Thermo Fisher1255015
柠檬酸盐缓冲液Thermo Fisher005000
小鼠抗ESR1抗体Thermo FisherMA5-13191
小鼠抗ESR1抗体Abcamab93021
大鼠抗CDH1抗体Takara BiosciencesM108
兔抗FOXA2抗体Abcamab108422
兔抗PTGS2抗体Abcamab16701
大鼠抗CD31抗体BD BiosciencesB553370
生物素偶联的异凝集素B4Vector LaboratoriesB1205.5
驴抗小鼠555二抗----
山羊抗大鼠647二抗InvitrogenA21247
山羊抗大鼠633二抗InvitrogenA21094
驴抗兔555二抗InvitrogenA31572
Hoechst染料Sigma-AldrichB2261
链霉亲和素Dylight 633Invitrogen21844
RNAscope 2.5 HD检测试剂盒(红色)ACD Bio322350
Mm-Lif探针ACD Bio475841
驴抗兔647二抗InvitrogenA31573
Leica TCS SP8 X共聚焦激光扫描显微镜系统Leica--
Imaris v9.2.1软件Bitplane; Oxford Instruments--
MATLAB软件MathWorks--
FIJI软件----
GraphPad Prism软件GraphPad--
R统计软件----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型
ESR1flox/flox小鼠品系背景;Cre小鼠品系和重组效率;小鼠年龄(PER和XER>6周,LER 10-12周);妊娠时间点(GD0定义为见栓当日正午12:00)
阅读提示:Materials and methods: Animals; Table 1
激素处理
E2和P4的剂量、溶剂(芝麻油)、注射途径(皮下或腹腔)、时间点;P21小鼠E2处理方案(100ng E2于P21 1200和P22 0900,或100ng E2于P21和P22 1200,P4+E2处理为P23 0900注射1mg P4和6.7ng E2)
阅读提示:Materials and methods: LIF, hormone, and inhibitor treatments
LIF补充救援
重组LIF来源和剂量(腹腔10µg,宫腔内1µg);注射时间(GD3 1000和1800h腹腔,GD3 1300h宫腔内);对照组(PBS或未处理子宫角)
阅读提示:Materials and methods: LIF, hormone, and inhibitor treatments; Results: Lif supplementation partially rescues implantation in ESR-1 deficient uteri; Table 4
腺体结构和功能分析
组织固定和包埋方法;切片厚度;抗体浓度;3D重建算法参数;分支定量标准(0, 1-3, >3分支);Lif信号定量方法(Lif体积/腺体体积)
阅读提示:Materials and methods: Cryoembedding, cryosectioning, and immunostaining; Whole-mount and tissue section immunofluorescence; In situ hybridization; 3D Reconstruction and image analysis; Quantifying the Lif signal
着床和胚胎轴分析
着床检测方法(蓝染静脉注射);GD4和GD5时间点;胚胎轴角度测量方法(ICM朝向系膜侧);样本量和统计分析
阅读提示:Materials and methods: Determination of embryo axis orientation; Results: Mice with branchless glands fail to form an implantation chamber and display aberrant embryo-uterine axes alignment; Figure 4