Distribution of introduced human mitochondrial DNA in early stage mouse embryos

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Objective. The aim of study was the analysis of human mitochondrial DNA (mtDNA) distribution among murine blastomeres in the embryos developing after an injection of human mitochondria suspension at the stage of one or two cells is presented.

Material and methods. Mice CBA/C57Black from Rappolovo aged three weeks were used. Zygotes were obtained upon hormonal stimulation of animals and mated with males. 3–10 pL of mitochondrial suspension from HepG2 cells was injected into a zygote or one blastomere of a two-cell embryo. Zygotes or two-cell embryos cultured in M3 medium drops covered with mineral oil in Petri dishes. Upon reaching the two-, four- or eight-cell stage the cultured embryos were separated into blastomeres. The latter were lysed and the total DNA was isolated. Human mtDNA was detected by PCR using species-specific primers.

Results. The development of 2848 mouse embryos was monitored. In 520 embryos that achieved the stage of 2, 4, 8 in proper time the presence of human mtDNA was assayed in each blastomere. Along with murine mtDNA all embryos contained human mitochondrial genome, which is an evidence of artificially modelled heteroplasmy. Not every blastomere of transmitochondrial embryos contained foreign (human) mtDNA. Mathematical elaboration evidenced an uneven distribution of human mtDNA in cytoplasm within the time elapsed between the injection of human mitochondria and the subsequent splitting of the embryo.

Conclusion. The results obtained confirm our previous notion of the presence of 10–11 segregation units of human mtDNA in the total amount of mitochondria (about 5 ∙ 102) injected into an embryo.

About the authors

Maria E. Kustova

Institute of Experimental Medicine

Email: kusmasha@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4149-2895
SPIN-code: 7151-4480

PhD in Biological Sciences, senior researcher of the Department of Molecular Genetics

Russian Federation, Saint Petersburg

Vasilina A. Sokolova

Institute of Experimental Medicine

Email: iva-li@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9204-2448
SPIN-code: 6348-6616

PhD in Biological Sciences, senior researcher of the Department of Molecular Genetics

Russian Federation, Saint Petersburg

Oksana V. Kidgotko

Institute of Experimental Medicine

Email: oks-kidgotko@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2182-7782
SPIN-code: 6348-6616

PhD in Biological Sciences, researcher of the Department of Molecular Genetics

Russian Federation, Saint Petersburg

Mikhail G. Bass

Institute of Experimental Medicine

Email: mgb3@yandex.ru

researcher of the Department of Molecular Genetics

Russian Federation, Saint Petersburg

Faina M. Zakharova

Institute of Experimental Medicine; Saint Petersburg State University

Email: fzakharova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9558-3979
SPIN-code: 9699-5744

PhD in Biological Sciences, researcher of the Department of Molecular Genetics; Senior lecturer, Department of Embryologyat

Russian Federation, Saint Petersburg

Vadim B. Vasilyev

Institute of Experimental Medicine; Saint Petersburg State University

Author for correspondence.
Email: vadim@biokemis.ru
ORCID iD: 0000-0002-9707-262X
SPIN-code: 6699-6350

Doctor of Medical Sciences, Head of the Department of Molecular Genetics; Professor of Chair of Fundamental Problems of Medicine and Medical Technology

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Vasilyev V.B. Geneticheskie osnovy mitokhondrial’nykh bolezney. Saint Petersburg: Nestor-Istoriya; 2006. (In Russ.)
  2. Sokolova VA, Kustova ME, Arbuzova NI, et al. Obtaining mice that carry human mitochondrial DNA transmitted to the progeny. Mol Reprod Dev. 2004;68(3):299-307. https://doi.org/10.1002/mrd.20075.
  3. Bass MG, Sokolova VA, Kustova ME, et al. Analysis of efficiency of obtaining transmitochondrial mice by microinjections of human mitochondria into mouse zygote. Biochim Biopys Acta. 2006;1757:679-685.
  4. Howell N. Human Mitochondrial Diseases: Answering Questions and Questioning Answers. In: International Review of Cytology. Vol. 186. Elsevier; 1998. P. 49-116. https://doi.org/10.1016/s0074-7696(08)61051-7
  5. Nagy A, Gertsenstein M, Vintersten K, Behringer R. Manipulating the mouse embryo. 2003. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press; 2003.
  6. Vasilyev VB, Sokolova VA, Sorokin AV, et al. Persistence of human mitochondrial DNA throughout the development to the blastocyst of mouse zygotes microinjected with human mitochondria. Zygote. 1999;7(4):279-283. https://doi.org/10.1017/s0967199499000672.
  7. Anderson S, Bankier AT, Barrell BG, et al. Sequence and organization of the human mitochondrial genome. Nature. 1981;290(5806):457-465. https://doi.org/10.1038/ 290457a0.
  8. Bibb MJ, Van Etten RA, Wright CT, et al. Sequence and gene organization of mouse mitochondrial DNA. Cell. 1981;26(2):167-180. https://doi.org/10.1016/0092-8674(81) 90300-7.
  9. Glantz SA. Primer of Biostatistics. New York – St. Louis – San Francisco – Auckland: McGraw Hill, Inc; 1994.
  10. Poulton J, Marchington DR. Prospects for DNA-based prenatal diagnosis of mitochondrial disorders. Prenat Diagn. 1996;16(13):1247-1256. https://doi.org/10.1002/(sici)1097- 0223(199612)16:13<1247::aid-pd99>3.0.co;2-p.
  11. Matthews PM, Brown RM, Morten K, et al. Intracellular heteroplasmy for disease-associated point mutations in mtDNA: implications for disease expression and evidence for mitotic segregation of heteroplasmic units of mtDNA. Hum Genet. 1995;96(3):261-268. https://doi.org/10.1007/bf00210404.
  12. Tourte M, Besse C, Mounolou JC. Cytochemical evidence of an organized microtubular cytoskeleton in Xenopus laevis oocytes: involvement in the segregation of mitochondrial populations. Mol Reprod Dev. 1991;30(4):353-359. https://doi.org/10.1002/mrd.1080300410.
  13. Penman S. Rethinking cell structure. Proc Natl Acad Sci U S A. 1995;92(12):5251-5257. https://doi.org/10.1073/pnas.92.12.5251.
  14. Hermann GJ, King EJ, Shaw JM. The yeast gene, MDM20, is necessary for mitochondrial inheritance and organization of the actin cytoskeleton. J Cell Biol. 1997;137(1):141-153. https://doi.org/10.1083/jcb.137.1.141.
  15. Nogawa T, Sung WK, Jagiello GM, Bowne W. A quantitative analysis of mitochondria during fetal mouse oogenesis. J Morphol. 1988;195(2):225-234. https://doi.org/10.1002/jmor.1051950208.
  16. Smith LC, Alcivar AA. Cytoplasmic inheritance and its effects on developments and performance. J Reprod Fertil Suppl. 1993;48:31-43.
  17. Howell N. Mutational analysis of the human mitochondrial genome branches into the realm of bacterial genetics. Am J Hum Genet. 1996;59(4):749-755.
  18. Thundathil J, Filion F, Smith LC. Molecular control of mitochondrial function in preimplantation mouse embryos. Mol Reprod Dev. 2005;71(4):405-413. https://doi.org/10.1002/mrd.20260.
  19. Ashley MV, Laipis PJ, Hauswirth WW. Rapid segregation of heteroplasmic bovine mitochondria. Nucleic Acids Res. 1989;17(18):7325-7331. https://doi.org/10.1093/nar/ 17.18.7325.
  20. van der Bliek AM. Functional diversity in the dynamin family. Trends Cell Biol. 1999;9(3):96-102. https://doi.org/10.1016/s0962-8924(98)01490-1.
  21. Hinshaw JE. Dynamin and its role in membrane fission. Annu Rev Cell Dev Biol. 2000;16:483-519. https://doi.org/10.1146/annurev.cellbio.16.1.483.
  22. Olichon A, Emorine LJ, Descoins E, et al. The human dynamin-related protein OPA1 is anchored to the mitochondrial inner membrane facing the inter-membrane space. FEBS Lett. 2002;523(1-3):171-176. https://doi.org/10.1016/s0014-5793(02)02985-x.
  23. Borovkov AA. Teoriya veroyatnostey. Moscow: Nauka; 1986. (In Russ.)
  24. Kidgotko OV, Kustova MY, Sokolova VA, et al. Transmission of human mitochondrial DNA along the paternal lineage in transmitochondrial mice. Mitochondrion. 2013;13(4): 330-336. https://doi.org/10.1016/j.mito.2013.03.004.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2020 Kustova M.E., Sokolova V.A., Kidgotko O.V., Bass M.G., Zakharova F.M., Vasilyev V.B.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».