vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS10.18699/VJ15.045vavilov-419Research ArticleЭПИГЕНЕТИКА И РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ГЕНОВCRYOPRESERVATION AND REPRODUCTIVE TECHNOLOGIESПрименение репродуктивных технологий и создание криобанка генетических ресурсов лабораторных животныхApplying reproductive technologies and genome resource banking to laboratory animalsАмстиславскийС. Я.AmstislavskyS. Ya.amstis@bionet.nsc.ruБрусенцевЕ. Ю.BrusentsevE. Yu.АбрамоваТ. О.AbramovaT. O.РагаеваД. С.RagaevaD. S.РожковаИ. Н.RozhkovaI. N.ИгонинаТ. Н.IgoninaT. N.КизиловаЕ. А.KizilovaE. A.НапримеровВ. А.NaprimerovV. A.ФеоктистоваН. Ю.FeoktistoivaN. Yu.Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, RussiaRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук, Москва, РоссияРоссияA.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution, Russian Academy of Sciences, Moscow, RussiaRussian Federation201529112015194367371Copyright © Амстиславский С.Я., Брусенцев Е.Ю., Абрамова Т.О., Рагаева Д.С., Рожкова И.Н., Игонина Т.Н., Кизилова Е.А., Напримеров В.А., Феоктистова Н.Ю., 20152015Амстиславский С.Я., Брусенцев Е.Ю., Абрамова Т.О., Рагаева Д.С., Рожкова И.Н., Игонина Т.Н., Кизилова Е.А., Напримеров В.А., Феоктистова Н.Ю.Amstislavsky S.Y., Brusentsev E.Y., Abramova T.O., Ragaeva D.S., Rozhkova I.N., Igonina T.N., Kizilova E.A., Naprimerov V.A., Feoktistoiva N.Y.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/419

Современные криобанки генетических ресурсов лабораторных животных основаны на замораживании преимплантационных эмбрионов и семени. Криобанки создают и используют в сочетании с современными репродуктивными технологиями, такими как редеривация, культивирование in vitro и трансплантация эмбрионов. В ИЦиГ СО РАН 13 линий мышей и крыс редеривированы, создан криобанк, в котором хранятся 32 линии мышей и крыс. Проведены успешные эксперименты по переводу в криобанк других лабораторных животных, помимо мышей и крыс. Были криоконсервированы эмбрионы двух видов хомячков рода Phodopus (джунгарского и Кэмпбелла); их жизнеспособность была подтверждена успешным развитием после размораживания в условиях in vitro и in vivo (рождение потомства после трансплантации реципиенту). Было продемонстрировано стимулирующее влияние гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора при культивировании преимплантационных зародышей этих двух видов мохноногих хомячков. Кроме того, семя хомячков джунгарского (Phodopus sungorus) и Кэмпбелла (Phodopus campbelli), котов домашнего (Felis catus) и амурского (Prionailurus bengalensis euptilurus), а также красной рыси (Lynx rufus) было заморожено и криоконсервировано. Исследования с примене­нием методов флуоресцентной окраски SYBR Green/PI и последующей конфокальной микроскопии показали, что более 40 % замороженного семени амурского кота сохраняет жизнеспособность в процессе криоконсервации. Таким образом, впервые была продемонстрирована возможность успешного замораживания семени дикого представителя семейства кошачьих Prionailurus bengalensis euptilurus. В статье дан обзор этих работ, а также обсуждаются перспективы развития криобанка и применения репродуктивных технологий для сохранения различных лабораторных видов млекопитающих.

The Genome Resource Bank (GRB) is a repository of frozen biological material, including semen and embryos. Cryo­banking is used in combination with modern reproductive technologies such as rederivation, in vitro culture and embryo transfer. Thirteen mouse and rat strains have been re-derived and 32 are kept frozen in the cryostorage at the Institute of Cytology and Genetics, Novosibirsk. Some other laboratory animal species have been cryopreserved as well. Embryos of two hamster species (Djungarian and Campbell’s) in the genus Phodopus were cryopreserved and the viability of thawed embryos was proved by their successful development in vitro and in vivo (by transfer to a recipient). A positive effect of the granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) was demonstrated with both these Phodopus species. Furthermore, semen of Djungarian (Phodopus sungorus) and Campbell’s (Phodopus campbelli) hamsters, domestic cat (Felis catus), amur cat (Prionailurus bengalensis euptilurus) and bobcat (Lynx rufus) was frozen and cryopreserved. Double staining by SYBR Green/PI and subsequent confocal microscopy demonstrated that more than 40 % of amur cat semen retained viability after cryopreservation. This is the world’s first reported successful freezing of semen of this wild felid (Prionailurus bengalensis euptilurus). This article reviews the results and discusses prospects of using reproductive technologies for conservation of laboratory species.

криобанк генетических ресурсовэмбрионысемямышикрысыхомячкикошачьиcryobanking genetic resourcesembryossemenmiceratshamstersfelidsИЦиГ СО РАН, Минобрнауки России, РФФИ, сотрудники ИПЭиЭ им. А.Н. Северцова РАН: Е.В. Павлова, М.Н. Ерофеева, С.В. НайденкоReferencesАбрамова Т.О., Кизилова Е.А., Масленникова С.О., Рожкова И.Н., Байбородин С.И., Брусенцев Е.Ю., Найденко С.В., Амстиславский С.Я. Криоконсервация семени кошачьих. Биофизика живой клетки. 2014;10:17-19.Abramova T.O., Kizilova E.A., Maslennikova S.O., Rozhkova I.N., Baiborodin S.I., Brusentsev E.Yu., Naidenko S.V., Amstislavsky S.Ya. Feline semen cryopreservation. Biofizika zhivoy kletki – Biophysics of Living Сell. 2014;10:17-19.Амстиславский С.Я., Брусенцев Е.Ю., Окотруб К.А., Рожкова И.Н. Криоконсервация эмбрионов и гамет для сохранения генетических ресурсов лабораторных животных. Онтогенез. 2015; 46(2): 67-81.Agca Y. Genome resource banking of biomedically important laboratory animals. Theriogenology. 2012;78:1653-1665. DOI: 10.1016/j.theriogenology.2012.08.012Амстиславский С.Я., Абрамова Т.О., Брусенцев Е.Ю., Кизилова Е.А. Криоконсервация и сохранение биоразнообразия. Природа. 2014;9:24-33.Amstislavsky S.Ya., Abramova T.O., Brusentsev E.Yu., Kizilova E.A. Cryopreservation and biodiversity. Priroda – Nature (Moscow). 2014;9:24-33.Амстиславский С.Я., Анфиногенова Я.Д. Зверь, приручивший человека. Химия и жизнь – XXI век. 2010;5:28-33.Amstislavsky S.Ya., Anfinogenova Ya.D. The beast tamed man. Khimiya i zhizn – XXI vek – Chemistry and life: 21st century. 2010;5:28-33.Брусенцев Е.Ю., Игонина Т.Н., Амстиславский С.Я. Традиционные и современные подходы к культивированию преимплантационных эмбрионов in vitro. Онтогенез. 2014;45(2):73-88.Amstislavsky S., Brusentsev E., Kizilova E., Igonina T., Abramova T., Rozhkova I. Embryo cryopreservation and in vitro culture of preimplantation embryos in Campbell’s hamster (Phodopus campbelli). Theriogenology. 2015;83:1056-1063. DOI: 10.1016/j.theriogenology.2014.12.013Феоктистова Н.Ю. Хомячки Phodopus. Систематика, филогеография, экология, физиология, поведение, химическая коммуникация. М., 2008.Amstislavsky S.Ya., Brusentsev E.Yu., Okotrub K.A., Rozhkova I.N. Embryos and gametes cryopreservation for genetic resources conservation of laboratory animals. Ontogenez – Ontogeny. 2015;46(2):67-81.Agca Y. Genome resource banking of biomedically important laboratory animals. Theriogenology. 2012;78:1653-1665. DOI: 10.1016/j.theriogenology.2012.08.012Amstislavsky S., Lindeberg H., Luvoni G.C. Reproductive technologies relevant to the genome resource bank in Carnivora. Reprod. Dom. Anim. 2012;47:164-175. DOI: 10.1111/j.1439-0531.2011.01886.xAmstislavsky S., Brusentsev E., Kizilova E., Igonina T., Abramova T., Rozhkova I. Embryo cryopreservation and in vitro culture of preimplantation embryos in Campbell’s hamster (Phodopus campbelli). Theriogenology. 2015;83:1056-1063. DOI: 10.1016/j.theriogenology.2014.12.013Amstislavsky S., Kizilova E., Ternovskaya Y., Zudova G., Lindeberg H., Aalto J., Valtonen M. Embryo development and embryo transfer in the European mink (Mustela lutreola), an endangered mustelid species Reprod. Fertil. Dev. 2006;18:459-467. DOI: http://dx.doi.org/10.1071/RD05135Amstislavsky S., Lindeberg H., Luvoni G.C. Reproductive technologies relevant to the genome resource bank in Carnivora. Reprod. Dom. Anim. 2012;47:164-175. DOI: 10.1111/j.1439-0531.2011.01886.xAmstislavsky S., Aalto J., Järvinen M., Lindeberg H., Valtonen M., Zudova G., Ternovskaya Y. Transfer of European mink ( Transfer of European mink (Mustela lutreola) embryos into hybrid recipients. Theriogenology. 2004;62:458-467. DOI: 10.1016/j.theriogenology.2003.10.011Amstislavsky S., Kizilova E., Ternovskaya Y., Zudova G., Lindeberg H., Aalto J., Valtonen M. Embryo development and embryo transfer in the European mink (Mustela lutreola), an endangered mustelid species. Reprod. Fertil. Dev. 2006;18:459-467. DOI: http: //dx.doi.org/10.1071/RD05135Brusentsev E.Yu., Igonina T.N., Abramova T.O., Igonina T., Naprimerov V., Feoktistova N., Amstislavsky S.Cryopreservation, in vitro culture and transfer of preimplantation embryos in Djungarian ham- preimplantation embryos in Djungarian hamster (Phodopus sungorus). Reprod. Dom. Anim. 2015;50:677-683. DOI: 10.1111/rda.12564Amstislavsky S., Aalto J., Järvinen M., Lindeberg H., Valtonen M., Zudova G., Ternovskaya Y.Transfer of European mink (Mustela lutreola) embryos into hybrid recipients. Theriogenology. 2004;62:458467. DOI: 10.1016/j.theriogenology.2003.10.011Brusentsev E.Yu., Igonina T.N., Amstislavsky S.Ya. Traditional and modern approaches to the culturing of preimplantation mammalian embryos in vitro. Ontogenez — Ontogeny. 2014;45(2):73-88.BrusentsevE.Yu ., Igonina T.N ., Abram va T.O., Igonina T., Naprimerov V., Feoktistova N., Amstislavsky S.Cryopreservation, in vitro culture and transfer of preimplantation embryos in Dj ungarian hamster (Phodopus sungorus). Reprod. Dom. Anim. 2015;50:677-683. DOI: 10.1111/rda.12564Driscoll C.A., Clutton-Brock J., Kitchener A.C., O’Brien S.J. The taming of the cat. Genetic and archaeological findings hint that wildcats became housecats earlier – and in a different place – than previously thought. Sci. Am. 2009;300:68-75.Driscoll C.A., Clutton-Brock J., Kitchener A.C., O’Brien S.J. The taming of the cat. Genetic and archaeological findings hint that wildcats became housecats earlier – and in a different place – than previously thought. Sci. Am. 2009;300:68-75.Elaimi A., Gardner K., Kistnareddy K., Harper J. The effect of GMCSF on development and aneuploidy in murine blastocysts. Hum. Reprod. 2012;27:1590-1595. DOI: 10.1093/humrep/des108Elaimi A., Gardner K., Kistnareddy K., Harper J. The effect of GMCSF on development and aneuploidy in murine blastocysts. Hum. Reprod. 2012;27:1590-1595. DOI: 10.1093/humrep/des108Erb G.E., Wynne-Edwards K.E. Preimplantation endocrinology in the Djungarian hamster (Phodopus campbelli): progesterone, estrogen, corpora lutea, and embryonic development. Biol. Reprod. 1993;49: Biol. Reprod. 1993;49: Reprod. 1993;49: 822-830. DOI: 10.1095/biolreprod49.4.822Erb G.E., Wynne-Edwards K.E. Preimplantation endocrinology in the Djungarian hamster (Phodopus campbelli): progesterone, estrogen, corpora lutea, and embryonic development. Biol. Reprod. 1993; 49 822-8 DOI: 10.1095/biolreprod49.4.822Feoktistova N.Yu. Khomyachki Phodopus. Sistematika, filogeografiya, ekologiya, fiziologiya, povedenie, khimicheskaya kommunikatsiya [Hamsters of the genus Phodopus: systematics, phylogeography, ecology, physiology, behavior, and chemical communication]. Moscow, KMK, 2008. 414 p.Fickel J., Wagener A., Ludwig A. Semen cryopreservation and the conservation of endangered species. Eur. J. Wildl. Res. 2007;53: 81-89.Fickel J., Wagener A., Ludwig A. Semen cryopreservation and the conservation of endangered species. Eur. J. Wildl. Res. 2007;53: 81-89.Gregg J.K., Wynne-Edwards K.E. In uniparental Phodopus sungorus, new mothers, and fathers present during the birth of their offspring, are the only hamsters that readily consume fresh placenta. Dev. Psychobiol. 2006; 48:526-536. DOI: 10.1002/dev.20174Gregg J.K., Wynne-Edwards K.E. In uniparental Phodopus sungorus, new mothers, and fathers present during the birth of their offspring, are the only hamsters that readily consume fresh placenta. Dev. Psychobiol. 2006;48:528-536. DOI: 10.1002/dev.20174Griffin B., Baker H.J. Domestic cats as laboratory animals. Laboratory Animal Medicine. N.Y.: Acad. Press, 2002.Griffin B., Baker H.J. Domestic cats as laboratory animals. Laboratory Animal Medicine. N.Y.: Acad. Press, 2002.Landel C.P. Archiving mouse strains by cryopreservation. Lab. Anim. 2005;34:50-57.Landel C.P. Archiving mouse strains by cryopreservation. Lab. Anim. 2005;34:50-57.Mazur P., Leibo S.P., Seidel G.E.Jr. Cryopreservation of the germplasm of animals used in biological and medical research: importance, impact, status, and future directions. Biol. Reprod. 2008;78:2-12. DOI: 10.1095/ biolreprod.107.064113Mazur P., Leibo S.P., Seidel G.E.Jr. Cryopreservation of the germplasm of animals used in biological and medical research: importance, impact, status, and future directions. Biol. Reprod. 2008;78:2-12. DOI:  10.1095/biolreprod.107.064113Miyoshi K., Abeydeera L.R., Okuda K., Niwa K. Effects of osmolarity and amino acids in a chemically defined medium on development of rat one-cell embryos. J. Reprod. Fertil. 1995;103:27-32. DOI: 10.1530/jrf.0.1030027Miyoshi K., Abeydeera L.R., Okuda K., Niwa K. Effects of osmolarity and amino acids in a chemically defined medium on development of rat one-cell embryos. J. Reprod. Fertil. 1995;103:27-32. DOI: 10.1530/jrf.0.1030027Nieder G.L., Caprio T.L. Early embryo development in the Siberian hamster (Phodopus sungorus). Mol. Reprod. Dev. 1990;27:224-229.Nieder G.L., Caprio T.L. Early embryo development in the Siberian hamster (Phodopus sungorus). Mol. Reprod. Dev. 1990;27:224-229. 1990;27:224-229.Pukazhenthi B.S., Neubauer K., Jewgenow K., Howard J., Wildt D.E. The impact and potential etiology of teratospermia in the domestic cat and its wild relatives. Theriogenology. 2006;66:112-121. DOI: 10.1016/j.theriogenology.2006.03.020Pukazhenthi B.S., Neubauer K., Jewgenow K., Howard J., Wildt D.E. The impact and potential etiology of teratospermia in the domestic cat and its wild relatives. Theriogenology. 2006;66:112-121. DOI: 10.1016/j.theriogenology.2006.03.020Rall W.F., Schmidt P.M., Lin X., Brown S.S., Ward A.C., Hansen C.T. Factors affecting the efficiency of embryo cryopreservation and rederivation of rat and mouse models. ILAR J. 2000;41:221-227. DOI: 10.1093/ilar.41.4.221Rall W.F., Schmidt P.M., Lin X., Brown S.S., Ward A.C., Hansen C.T. Factors affecting the efficiency of embryo cryopreservation and rederivation of rat and mouse models. ILAR J. 2000;41:221-227. DOI: 10.1093/ilar.41.4.221Robertson S.A., Sjцblom C., Jasper M.J., Norman R.J., Seamark R.F. Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor promotes glucose transport and blastomere viability in murine preimplantation embryos. Biol. Reprod. 2001;64:1206-1215. DOI: 10.1095/biolreprod 64.4.1206Robertson S.A., Sjцblom C., Jasper M.J., Norman R.J., Seamark R.F. Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor promotes glucose transport and blastomere viability in murine preimplantation embryos. Biol. Reprod. 2001;64:1206-1215. DOI: 10.1095/biolreprod64.4.1206Saragusty J., Arav A. Current progress in oocyte and embryo cryopreservation by slow freezing and vitrification. Reproduction. 2011; 141:1-19. DOI: 10.1530/REP-10-0236Saragusty J., Arav A. Current progress in oocyte and embryo cryopreservation by slow freezing and vitrification. Reproduction. 2011; 141:1-19. DOI: 10.1530/REP-10-0236Schini S.A., Bavister B.D. Two-cell block to development of cultured hamster embryos is caused by phosphate and glucose. Biol. Reprod. 1988;39:1183-1192. DOI: 10.1095/biolreprod39.5.1183Schini S.A., Bavister B.D. Two-cell block to development of cultured hamster embryos is caused by phosphate and glucose. Biol. Reprod. 1988;39:1183-1192. DOI: 10.1095/biolreprod39.5.1183Steinlechner S., Stieglitz A., Ruf T. Djungarian hamsters: a species with a labile circadian pacemaker? Arrhythmicity under a light-dark cycle induced by short light pulses. J. Biol. Rhythms. 2002;17:248-258. DOI: 10.1177/074873040201700308Steinlechner S., Stieglitz A., Ruf T. Djungarian hamsters: a species with a labile circadian pacemaker? Arrhythmicity under a light-dark cycle induced by short light pulses. J. Biol. Rhythms. 2002;17:248-258. DOI: 10.1177/074873040201700308Yoshiki A., Ike F., Mekada K., Kitaura Y., Nakata H., Hiraiwa N., Mochida K., Ijuin M., Kadota M., Murakami A., Ogura A., Abe K., Moriwaki K., Obata Y. The mouse resources at the RIKEN BioResource center. Exp. Anim. 2009;58:85-96. DOI: http://doi.org/10.1538/expanim.58.85Yoshiki A., Ike F., Mekada K., Kitaura Y., Nakata H., Hiraiwa N., Mochida K., Ijuin M., Kadota M., Murakami A., Ogura A., Abe K., Moriwaki K., Obata Y. The mouse resources at the RIKEN BioResource center. Exp. Anim. 2009;58:85-96. DOI: http://doi.org/10.1538/expanim.58.85Ziebe S., Loft A., Povlsen B.B., Erb K., Agerholm I., Aasted M., Gabrielsen A., Hnida C., Zobel D.P., Munding B., Bendz S.H., Robertson S.A. A randomized clinical trial to evaluate the effect of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) in embryo culture medium for in vitro fertilization. Fertil. Steril. 2013;99: 1600-1609. DOI: 10.1016/j.fertnstert.2012.12.043Ziebe S., Loft A., Povlsen B.B., Erb K., Agerholm I., Aasted M., Gabrielsen A., Hnida C., Zobel D.P., Munding B., Bendz S.H., Robertson S.A. A randomized clinical trial to evaluate the effect of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) in embryo culture medium for in vitro fertilization. Fertil. Steril. 2013;99: 1600-1609. DOI: 10.1016/j.fertnstert.2012.12.043

The authors declare that there are no conflicts of interest present.