JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Biology

Metingen van fysiologische stressreacties in C. Elegans

Published: May 21, 2020
doi:
10.3791/61001
, , , , , , ,
1Department of Molecular and Cell Biology,University of California, Berkeley

Summary

Hier karakteriseren we cellulaire proteotoxische stressreacties in de nematode C. elegans door het meten van de activering van fluorescerende transcriptieverslaggevers en assaying gevoeligheid voor fysiologische stress.

Abstract

Organismen worden vaak blootgesteld aan fluctuerende omgevingen en veranderingen in intracellulaire homeostase, die schadelijke effecten kunnen hebben op hun proteome en fysiologie. Zo hebben organismen ontwikkeld gerichte en specifieke stress reacties gewijd aan schade te herstellen en te handhaven homeostase. Deze mechanismen omvatten de ontvouwde eiwitrespons van het endoplasmatische reticulum (UPRER),de ontvouwde eiwitrespons van de mitochondriën (UPRMT),de hitteschokrespons (HSR) en de oxidatieve stressrespons (OxSR). De hier gepresenteerde protocollen beschrijven methoden om de activering van deze trajecten en hun fysiologische gevolgen in de nematode, C. elegans, te detecteren en te karakteriseren. Ten eerste wordt het gebruik van trajectspecifieke fluorescerende transcriptieverslaggevers beschreven voor snelle cellulaire karakterisering, medicijnscreening of grootschalige genetische screening (bijvoorbeeld RNAi of gemuteerde bibliotheken). Daarnaast worden complementaire, robuuste fysiologische testen beschreven, die kunnen worden gebruikt om de gevoeligheid van dieren voor specifieke stressoren direct te beoordelen, wat dient als functionele validatie van de transcriptieverslaggevers. Samen maken deze methoden een snelle karakterisering van de cellulaire en fysiologische effecten van interne en externe proteotoxische verstoringen mogelijk.

Introduction

Het vermogen van een organisme om te reageren op veranderingen in de intra- en buitencellulaire omgeving is cruciaal voor zijn overleving en aanpassing. Dit wordt bereikt op cellulair niveau door middel van tal van beschermende trajecten die de integriteit van de cel te waarborgen. Terwijl tal van cellulaire componenten zijn onderworpen aan stress-geassocieerde schade, een belangrijke betrokkenheid van cellulaire stress reacties is het herstellen en beschermen van de homeostase van de cellulaire proteome. Echter, de compartimentering van eiwitten in speciale structuren, genaamd organellen, vormt een uitdaging voor de cel, omdat het niet kan vertrouwen op een gecentraliseerde vorm van eiwit kwaliteitscontrole om ervoor te zorgen dat alle eiwitten in de cel goed worden gevouwen en functioneel. Daarom, om te gaan met verstoringen van hun eiwitten, organellen hebben ontwikkeld speciale kwaliteitscontrole mechanismen, die kunnen voelen verkeerd gevouwen eiwitten en activeren van een stress reactie in een poging om de stress te verlichten in dat compartiment. De cytosol is bijvoorbeeld afhankelijk van de hitteschokrespons (HSR), terwijl het endoplasmatische reticulum (ER) en mitochondriën afhankelijk zijn van hun compartimentspecifieke ontvouwde eiwitrespons (UPR). De OxSR dient om de toxische effecten van reactieve zuurstofsoorten (ROS) te verlichten. Elke stressreactie wordt geactiveerd in aanwezigheid van cellulaire uitdagingen en milieubeledigingen en induceert een op maat gemaakte transcriptiereactie. De kenmerken van deze reacties omvatten het synthetiseren van moleculen die verkeerd gevouwen eiwitten (zoals chaperonen) opnieuw vouwen die gericht zijn op de juiste organelle, of als alternatief beschadigde eiwitten verwijderen door eiwitafbraak. Het niet activeren van deze stressreacties resulteert in accumulatie van beschadigde eiwitten, cellulaire disfunctie die wordt gepropageerd tot systemisch falen van weefsels en uiteindelijk de dood van het organisme. De functie en regulering van de verschillende stressreacties worden elders herzien1.

Veel inzichten met betrekking tot de regulering en activiteit van cellulaire stress reacties zijn toegeschreven aan de nematode, Caenorhabditis elegans, een meercellig model organisme in genetisch onderzoek. Nematoden maken het niet alleen mogelijk om stressreacties op cellulair niveau te bestuderen, maar ook op het organismeniveau; nematoden zijn gebruikt om de effecten van genetische verstoringen of blootstelling aan drugs en verontreinigende stoffen op hun groei en overleving te bestuderen. Hun snelle generatie tijd, isogene, transparantie, genetische traktaat, en gebruiksgemak tijdens experimenten maken ze ideaal voor dergelijke studies. Bovendien maken de relatief snelle fysiologische reactie op stress (tussen uren en een paar dagen) en de evolutionaire conservering van cellulaire paden nematoden een prominent hulpmiddel bij het bestuderen van stressbestendigheid.

Er zijn twee veelgebruikte E. coli stammen gebruikt als een voedselbron om Te groeien C. elegans: standaard OP50, een B-stam waarin de meeste experimenten is historisch uitgevoerd2 en HT115, een K-12 stam die wordt gebruikt voor bijna alle RNAi experimenten3,4. Het is belangrijk op te merken dat er aanzienlijke verschillen zijn tussen OP50 en HT115 bacteriële diëten. Groei op deze verschillende bacteriële bronnen is aangetoond dat grote verschillen in metabolisch profiel veroorzaken, mitochondriale DNA-kopie nummer, en een aantal belangrijke fenotypes, waaronder levensduur5. Sommige van deze verschillen worden toegeschreven aan vitamine B12-tekort geassocieerd met groei op OP50-bacteriën, wat kan resulteren in defecten in mitochondriale homeostase en verhoogde gevoeligheid voor ziekteverwekkers en spanningen. Al deze fenotypes zijn aangetoond te worden verlicht door de groei op HT115 bacteriën, die hogere niveaus van vitamine B126hebben. Daarom wordt aanbevolen dat alle experimenten op fysiologische stressreacties worden uitgevoerd op HT115-bacteriën, ongeacht de noodzaak van RNAi-aandoeningen. Echter, vanwege het gemak van het onderhoud van dieren op OP50, alle standaard groei (dat wil zeggen, onderhoud en versterking van dieren) kan worden uitgevoerd op OP50, als significante verschillen in de experimentele paradigma’s hier beschreven werden niet gedetecteerd in wormen gehandhaafd op OP50, zolang ze werden verplaatst naar HT115 post synchronisatie (dat wil zeggen, van luik post-bleken met of zonder L1 arresteren) tot experimenten.

Hier wordt de karakterisering van de activiteit van cellulaire stressreacties met behulp van twee functionele methoden beschreven. Opgemerkt moet worden dat de gepresenteerde protocollen voornamelijk gericht zijn op cellulaire stressreacties en hun impact op eiwithomeostase. Ten eerste, fluorescerende transcriptie verslaggevers worden gebruikt, die worden gereguleerd door endogene genpromotoren die specifiek worden geactiveerd in reactie op verschillende cellulaire spanningen. Deze fluorescerende transcriptie verslaggevers zijn gebaseerd op de transcriptie-inductie van specifieke genen die inheems deel uitmaken van de stress respons. HSP-4, een hitteshockeiwit orthologous voor de menselijke chaperonne HSPA5/BiP, wordt bijvoorbeeld geactiveerd bij ER-stress en lokaliseert naar de ER om de stress te verlichten. In omstandigheden van ER-stress (bijvoorbeeld blootstelling aan tunicamycine), wordt een groen fluorescerend eiwit (GFP), geplaatst onder de verordening van de hsp-4 promotor, gesynthetiseerd in hoge niveaus zoals kan worden beoordeeld door fluorescerende microscopie of kwantitatief gemeten met behulp van grote deeltjesstroomcytometrie van nematoden7. Op dezelfde manier wordt de promotor van een mitochondriale chaperonne, hsp-6 (orthologous tot zoogdier HSPA9), gebruikt om de activering van de UPRMT8te controleren , en de promotor van de cytosolic chaperonne hsp-16.2 (orthologous voor de menselijke kristalline alfagenen) wordt gebruikt voor de beoordeling van de activiteit van de HSR9. Deze verslaggevers laten een snelle karakterisering van de trajecten geactiveerd in reactie op verschillende verstoringen.

Vaak worden de hier gepresenteerde verslaggevers afgebeeld met behulp van microscopie, die een kwalitatieve output van de activering van stressreacties biedt. Hoewel beeldvormingstechnieken zowel informatie geven over de intensiteit als de weefsellocatie van de hierboven beschreven verslaggevers, is de kwantificering niet altijd nauwkeurig of robuust. Hoewel het mogelijk is om fluorescerende activering te kwantificeren met behulp van imaging analyse tools, deze methoden zijn relatief lage doorvoer en steekproef grootte is klein, als gevolg van het relatief lage aantal dieren afgebeeld. Het gemak en de mogelijkheid om grote hoeveelheden dieren snel te verkrijgen maken C. elegans een ideaal model systeem om de activering van fluorescerende stress verslaggevers test door het gebruik van een grote deeltjesstroom cytometer. Een cytometer met grote deeltjesstroom is in staat om op te nemen, te analyseren en te sorteren op basis van grootte en fluorescentie van veel levende dieren. Met behulp van deze methode is het mogelijk om de fluorescerende intensiteit, grootte en ook ruimtelijke (2D) informatie te krijgen voor duizenden wormen. Het systeem wordt aangestuurd met Behulp van FlowPilot, die het mogelijk maakt voor real-time data-acquisitie en analyse van de gemeten parameters. Hier worden methoden voor zowel microscopische beeldvorming als kwantitatieve analyse met behulp van een cytometer met grote deeltjesstroom aangeboden als methoden om de activering van stressreacties te meten.

Naast reporter analyse, de gevoeligheid of weerstand van dieren tegen stress kan worden gemeten met behulp van fysiologische stress testen. Dit wordt bereikt door dieren bloot te stellen aan stressvolle omgevingen die specifieke cellulaire stresspaden activeren. Hier worden verschillende methoden verstrekt om de gevoeligheid van hele dieren voor specifieke soorten stressoren te meten.

ER-stress wordt toegepast op C. elegans met behulp van het chemische middel, tunicamycine, dat N-gekoppelde glycosylation blokkeert, waardoor ophoping van verkeerd gevouwen eiwitten in de ER10ontstaat. In C. elegansleidt de groei bij blootstelling aan tunicamycine tot grote verstoringen in de ER-functie en een aanzienlijk verminderde levensduur11. Door het meten van de overleving van dieren op tunicamycine-bevattende platen, er stress gevoeligheid van dieren kan worden gekwantificeerd. Bijvoorbeeld, dieren met buitenbaarmoederlijke UPRER-inductie en dus verhoogde weerstand tegen eiwit misfolding stress in de ER hebben een verhoogde overleving bij blootstelling aan tunicamycine in vergelijking met wilde dieren12.

Oxidatieve en mitochondriale stress wordt toegepast op C. elegans door dieren bloot te stellen aan het chemische middel, paraquat. Paraquat is een veel gebruikt herbicide, die superoxide vorming specifiek in de mitochondriën13veroorzaakt. Als gevolg van de specifieke lokalisatie van mitochondriën afgeleide reactieve zuurstofsoorten (ROS), paraquat tests worden vaak gebruikt als een “mitochondriale” stress test. Superoxide wordt echter snel omgezet in waterstofperoxide door mitochondriale superoxide dismutases (SOD’s)14. Waterstofperoxide kan vervolgens diffuus uit de mitochondriën en oxidatieve stress veroorzaken in andere compartimenten van de cel. Daarom beschrijven we paraquat overlevingstesten als het meten van de gevoeligheid voor zowel mitochondriale als oxidatieve stress (andere oxidatieve stresstesten zijn te vinden15).

Thermotolerantie testen worden uitgevoerd in C. elegans door het plaatsen van dieren in verhoogde temperaturen. De omgevingstemperaturen voor aaltjes zijn ~15-20 °C en thermische belasting wordt veroorzaakt bij temperaturen boven 25 °C16,17. Thermotolerantietesten worden over het algemeen uitgevoerd bij temperaturen variërend van 30-37 °C, omdat dieren grote cellulaire defecten vertonen bij deze temperatuur en overlevingstests binnen 24 uur16,18worden voltooid. Hier zijn twee alternatieve methoden voorzien voor het uitvoeren van thermotolerantietests: groei bij 34 °C en groei bij 37 °C. Samen kunnen de hier gepresenteerde protocollen worden gebruikt om grootschalige schermen uit te voeren in combinatie met standaard genknock-down met behulp van RNA-interferentie of chemische drugsbibliotheken.

Het protocol kan worden opgesplitst in 4 brede procedures- groei van C. elegans en voorbereiding op beeldvorming (secties 1 en 2), beeldvorming van transcriptieverslaggevers met behulp van fluorescerende microscopie (secties 3-5), kwantitatieve metingen van verslaggevers met behulp van een cytometer met grote deeltjesstroom (sectie 6) en fysiologische tests om stressgevoeligheid te meten in C. elegans (sectie 7).

Protocol

1. Standaard groeiomstandigheden van temperaturen en OP50 vs HT115 Standaard groei en expansie Kweek een cultuur van OP50 in LB (Tabel 1) of gelijkwaardige media naar keuze voor 24-48 uur bij omgevingstemperatuur (~ 22-25 °C). Kweek bacteriën bij kamertemperatuur als OP50 is een uracil auxotroph en er is een hogere incidentie van redenaars (bijvoorbeeld suppressor mutanten) wanneer geteeld op 37 °C. Langdurige opslag van OP50-culturen wordt afgeraden (max 1 week bij 4 °C). <l…

Representative Results

Met behulp van transcriptie verslaggevers om activering van stress reacties te metenHier worden fluorescerende transcriptieverslaggevers gebruikt, die dienen als robuuste instrumenten om de activering van de meeste stressreacties in C. elegans te meten. GFP-expressie wordt gedreven onder de promotor van canonieke doelen van master transcriptional regulators die betrokken zijn bij het reageren op compartimentspecifieke spanningen. Een uitgebreide lijst van vee…

Discussion

Hier worden methoden beschreven om cellulaire stressreacties in C. eleganste ondervragen, met behulp van fluorescerende transcriptieverslaggevers en fysiologische stressoverlevingstesten. De verslaggevers maken allemaal gebruik van GFP expressie gedreven onder de promotor van een downstream transcriptie doel van de transcriptie factoren die betrokken zijn bij de montage cellulaire stress reacties. Het gebruik van hsp-4p::GFP gemoduleerd door XBP-1s-gemedieerde UPRER, hsp-6p::GFP geco…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

R.BZ. wordt ondersteund door de EMBO long term fellowship en The Larry L. Hillblom Foundation. R.H.S wordt ondersteund door subsidie 5F32AG03202023-02 via het National Institute of Aging (NIA) en de Glenn Foundation for Medical Research Postdoctoral Fellowship. A.F. wordt ondersteund door subsidie F32AG051355 via het NIA. H.K.G. wordt ondersteund door subsidie DGE1752814 via het National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program. M.G.M. wordt ondersteund door 1F31AG060660-01 tot en met NIA. A.D. wordt ondersteund door de Thomas and Stacey Siebel Foundation, het Howard Hughes Medical Institute en 4R01AG042679-04 en 5R01AG055891-02 van NIA en 5R01ES021667-09 van NIEHS. Wij danken Larry Joe, Melissa Sanchez, Naame Kelet en Anel Esquivel voor belangrijke technische bijstand. Wij danken het Morimoto lab en de CGC (gefinancierd door NIH Office of Research Infrastructure Program P40 OD010440) voor stammen.

Materials

Antimycin A Sigma-Aldrich A8674 for mitochondrial stress
Bacto Peptone Fisher Scientific DF0118072 for NGM plates
BD Difco granulated agar VWR 90000-782 for NGM plates
Calcium chloride dihydrate VWR 97061-904 for NGM plates
Carbenicillin BioPioneer C0051-25 for RNAi
Cholesterol Sigma-Aldrich 57-88-5 for NGM plates
COPAS Biosorter Union Biometrica 350-5000-000 equipped with a 488 nm light source.
COPAS Cleaning Solution Union Biometrica 300-5072-000 to use with COPAS
COPAS Sheath Solution Union Biometrica 300-5070-100 to use with COPAS
DMSO Sigma-Aldrich 472301 solvent for drugs
IPTG dioxane free Denville Scientific CI8280-4 for RNAi
LB Broth Miller Fisher Scientific BP1426500 for LB
M205FA stereoscope Leica 10450040 equipped with a Leica DFC3000G monochromatic CCD camera, standard Leica GFP filter (ex 395-455, EM 480 LP), and LAS X software
Magnesium sulfate heptahydrate VWR EM-MX0070-3 for NGM plates, M9
Paraquat Sigma-Aldrich 36541 for oxidative/mitochondrial stress
Potassium Chloride Fisher P217-500 for bleach soluton
Potassium phosphate dibasic VWR EM-PX1570-2 for NGM plates
Potassium phosphate monobasic VWR EM-PX1565-5 for M9
Revolve ECHO 75990-514 equipped with an Olympus 4x Plan Fluorite NA 0.13 objective lens, standard Olympus FITC filter (ex 470/40; em 525/50; DM 560), and an iPad Pro for camera and to drive ECHO software
Sodium Azide Sigma-Aldrich 71289-50G for imaging
Sodium Chloride EMD Millipore SX0420-5 for NGM plates, M9
Sodium phosphate dibasic VWR 71003-472 for M9
Tert-butyl hydroperoxide Sigma-Aldrich 458139 for oxidative stress
Tetracycline hydrochloride Sigma-Aldrich T7660-5G for RNAi
Tunicamycin Sigma-Aldrich T7765-50MG for ER stress
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Higuchi-Sanabria, R., Frankino, P. A., Paul, J. W., Tronnes, S. U., Dillin, A. A Futile Battle? Protein Quality Control and the Stress of Aging. Developmental Cell. 44 (2), 139-163 (2018).
  2. Brenner, S. The genetics of Caenorhabditis elegans. Genetics. 77 (1), 71-94 (1974).
  3. Rual, J. F., et al. Toward improving Caenorhabditis elegans phenome mapping with an ORFeome-based RNAi library. Genome Research. 14 (10B), 2162-2168 (2004).
  4. Timmons, L., Court, D. L., Fire, A. Ingestion of bacterially expressed dsRNAs can produce specific and potent genetic interference in Caenorhabditis elegans. Gene. 263 (1-2), 103-112 (2001).
  5. Reinke, S. N., Hu, X., Sykes, B. D., Lemire, B. D. Caenorhabditis elegans diet significantly affects metabolic profile, mitochondrial DNA levels, lifespan and brood size. Molecular Genetics and Metabolism. 100 (3), 274-282 (2010).
  6. Revtovich, A. V., Lee, R., Kirienko, N. V. Interplay between mitochondria and diet mediates pathogen and stress resistance in Caenorhabditis elegans. PLOS Genetics. 15 (3), e1008011 (2019).
  7. Calfon, M., et al. IRE1 couples endoplasmic reticulum load to secretory capacity by processing the XBP-1 mRNA. Nature. 415 (6867), 92-96 (2002).
  8. Yoneda, T., Benedetti, C., Urano, F., Clark, S. G., Harding, H. P., Ron, D. Compartment-specific perturbation of protein handling activates genes encoding mitochondrial chaperones. Journal of Cell Science. 117 (Pt 18), 4055-4066 (2004).
  9. Link, C. D., Cypser, J. R., Johnson, C. J., Johnson, T. E. Direct observation of stress response in Caenorhabditis elegans using a reporter transgene. Cell Stress & Chaperones. 4 (4), 235-242 (1999).
  10. Heifetz, A., Keenan, R. W., Elbein, A. D. Mechanism of action of tunicamycin on the UDP-GlcNAc:dolichyl-phosphate Glc-NAc-1-phosphate transferase. Biochemistry. 18 (11), 2186-2192 (1979).
  11. Struwe, W. B., Hughes, B. L., Osborn, D. W., Boudreau, E. D., Shaw, K. M. D., Warren, C. E. Modeling a congenital disorder of glycosylation type I in C. elegans: a genome-wide RNAi screen for N-glycosylation-dependent loci. Glycobiology. 19 (12), 1554-1562 (2009).
  12. Taylor, R. C., Dillin, A. XBP-1 is a cell-nonautonomous regulator of stress resistance and longevity. Cell. 153 (7), 1435-1447 (2013).
  13. Castello, P. R., Drechsel, D. A., Patel, M. Mitochondria are a major source of paraquat-induced reactive oxygen species production in the brain. The Journal of Biological Chemistry. 282 (19), 14186-14193 (2007).
  14. Oberley, L. W., Buettner, G. R. Role of Superoxide Dismutase in Cancer: A Review. Cancer Research. 39 (4), 1141-1149 (1979).
  15. Senchuk, M. M., Dues, D. J., Van Raamsdonk, J. M. Measuring Oxidative Stress in Caenorhabditis elegans: Paraquat and Juglone Sensitivity Assays. Bio-protocol. 7 (1), (2017).
  16. Lithgow, G. J., White, T. M., Hinerfeld, D. A., Johnson, T. E. Thermotolerance of a long-lived mutant of Caenorhabditis elegans. Journal of Gerontology. 49 (6), B270-B276 (1994).
  17. Labbadia, J., Morimoto, R. I. The Biology of Proteostasis in Aging and Disease. Annual Review of Biochemistry. 84 (1), 435-464 (2015).
  18. Park, H. E. H., Jung, Y., Lee, S. J. V. Survival assays using Caenorhabditis elegans. Molecules and Cells. 40 (2), 90-99 (2017).
  19. Waggoner, L. E., Hardaker, L. A., Golik, S., Schafer, W. R. Effect of a Neuropeptide Gene on Behavioral States in Caenorhabditis elegans Egg-Laying. Genetics. 154 (3), 1181-1192 (2000).
  20. Durieux, J., Wolff, S., Dillin, A. The cell-non-autonomous nature of electron transport chain-mediated longevity. Cell. 144 (1), 79-91 (2011).
  21. Zevian, S. C., Yanowitz, J. L. Methodological Considerations for Heat Shock of the Nematode Caenorhabditis elegans. Methods (San Diego, Calif). 68 (3), 450-457 (2014).
  22. Shen, X., Ellis, R. E., Sakaki, K., Kaufman, R. J. Genetic interactions due to constitutive and inducible gene regulation mediated by the unfolded protein response in C. elegans. PLoS genetics. 1 (3), e37 (2005).
  23. Frakes, A. E., Dillin, A. The UPR(ER): Sensor and Coordinator of Organismal Homeostasis. Molecular Cell. 66 (6), 761-771 (2017).
  24. Martinus, R. D., et al. Selective induction of mitochondrial chaperones in response to loss of the mitochondrial genome. European Journal of Biochemistry. 240 (1), 98-103 (1996).
  25. Nargund, A. M., Pellegrino, M. W., Fiorese, C. J., Baker, B. M., Haynes, C. M. Mitochondrial import efficiency of ATFS-1 regulates mitochondrial UPR activation. Science (New York, N.Y). 337 (6094), 587-590 (2012).
  26. Baker, B. M., Haynes, C. M. Mitochondrial protein quality control during biogenesis and aging. Trends in Biochemical Sciences. 36 (5), 254-261 (2011).
  27. Shore, D. E., Carr, C. E., Ruvkun, G. Induction of Cytoprotective Pathways Is Central to the Extension of Lifespan Conferred by Multiple Longevity Pathways. PLOS Genetics. 8 (7), e1002792 (2012).
  28. Houtkooper, R. H., et al. Mitonuclear protein imbalance as a conserved longevity mechanism. Nature. 497 (7450), 451-457 (2013).
  29. Chiang, S. M., Schellhorn, H. E. Regulators of oxidative stress response genes in Escherichia coli and their functional conservation in bacteria. Archives of Biochemistry and Biophysics. 525 (2), 161-169 (2012).
  30. Blackwell, T. K., Steinbaugh, M. J., Hourihan, J. M., Ewald, C. Y., Isik, M. SKN-1/Nrf, stress responses, and aging in Caenorhabditis elegans. Free Radical Biology & Medicine. 88 (Pt B), 290-301 (2015).
  31. Nguyen, T., Nioi, P., Pickett, C. B. The Nrf2-antioxidant response element signaling pathway and its activation by oxidative stress. The Journal of Biological Chemistry. 284 (20), 13291-13295 (2009).
  32. Lo, J. Y., Spatola, B. N., Curran, S. P. WDR23 regulates NRF2 independently of KEAP1. PLOS Genetics. 13 (4), e1006762 (2017).
  33. Link, C., Johnson, C. Reporter Transgenes for Study of Oxidant Stress in Caenorhabditis elegans. Methods in enzymology. 353, 497-505 (2002).
  34. Choe, K. P., Przybysz, A. J., Strange, K. The WD40 Repeat Protein WDR-23 Functions with the CUL4/DDB1 Ubiquitin Ligase To Regulate Nuclear Abundance and Activity of SKN-1 in Caenorhabditis elegans. Molecular and Cellular Biology. 29 (10), 2704-2715 (2009).
  35. Velazquez, J. M., Lindquist, S. hsp70: nuclear concentration during environmental stress and cytoplasmic storage during recovery. Cell. 36 (3), 655-662 (1984).
  36. Tissières, A., Mitchell, H. K., Tracy, U. M. Protein synthesis in salivary glands of Drosophila melanogaster: relation to chromosome puffs. Journal of Molecular Biology. 84 (3), 389-398 (1974).
  37. Gomez-Pastor, R., Burchfiel, E. T., Thiele, D. J. Regulation of heat shock transcription factors and their roles in physiology and disease. Nature Reviews Molecular Cell Biology. , (2017).
  38. Guisbert, E., Czyz, D. M., Richter, K., McMullen, P. D., Morimoto, R. I. Identification of a tissue-selective heat shock response regulatory network. PLoS genetics. 9 (4), e1003466 (2013).
  39. Hentze, N., Le Breton, L., Wiesner, J., Kempf, G., Mayer, M. P. Molecular mechanism of thermosensory function of human heat shock transcription factor Hsf1. eLife. 5, (2016).
  40. Li, J., Labbadia, J., Morimoto, R. I. Rethinking HSF1 in Stress, Development, and Organismal Health. Trends in Cell Biology. , (2017).
  41. Morley, J. F., Morimoto, R. I. Regulation of longevity in Caenorhabditis elegans by heat shock factor and molecular chaperones. Molecular Biology of the Cell. 15 (2), 657-664 (2004).
  42. Senchuk, M. M., et al. Activation of DAF-16/FOXO by reactive oxygen species contributes to longevity in long-lived mitochondrial mutants in Caenorhabditis elegans. PLoS Genetics. 14 (3), (2018).
  43. Henderson, S. T., Bonafè, M., Johnson, T. E. daf-16 protects the nematode Caenorhabditis elegans during food deprivation. The Journals of Gerontology. Series A, Biological Sciences and Medical Sciences. 61 (5), 444-460 (2006).
  44. Prahlad, V., Cornelius, T., Morimoto, R. I. Regulation of the Cellular Heat Shock Response in Caenorhabditis elegans by Thermosensory Neurons. Science. 320 (5877), 811-814 (2008).
  45. Libina, N., Berman, J. R., Kenyon, C. Tissue-specific activities of C. elegans DAF-16 in the regulation of lifespan. Cell. 115 (4), 489-502 (2003).
  46. Shivers, R. P., Kooistra, T., Chu, S. W., Pagano, D. J., Kim, D. H. Tissue-specific activities of an immune signaling module regulate physiological responses to pathogenic and nutritional bacteria in C. elegans. Cell Host & Microbe. 6 (4), 321-330 (2009).
  47. Kaletsky, R., et al. Transcriptome analysis of adult Caenorhabditis elegans cells reveals tissue-specific gene and isoform expression. PLoS Genetics. 14 (8), (2018).
  48. Glover-Cutter, K. M., Lin, S., Blackwell, T. K. Integration of the Unfolded Protein and Oxidative Stress Responses through SKN-1/Nrf. PLOS Genetics. 9 (9), e1003701 (2013).
  49. Liu, Y., Chang, A. Heat shock response relieves ER stress. The EMBO journal. 27 (7), 1049-1059 (2008).
  50. Stroustrup, N., Ulmschneider, B. E., Nash, Z. M., López-Moyado, I. F., Apfeld, J., Fontana, W. The Caenorhabditis elegans Lifespan Machine. Nature Methods. 10 (7), 665-670 (2013).
  51. Leung, D. T. H., Chu, S. Measurement of Oxidative Stress: Mitochondrial Function Using the Seahorse System. Methods in molecular biology (Clifton, N.J). 1710, 285-293 (2018).
  52. Morton, E. A., Lamitina, T. Caenorhabditis elegans HSF-1 is an essential nuclear protein that forms stress granule-like structures following heat shock. Aging Cell. 12 (1), 112-120 (2013).
  53. Haynes, C. M., Petrova, K., Benedetti, C., Yang, Y., Ron, D. ClpP mediates activation of a mitochondrial unfolded protein response in C. elegans. Developmental Cell. 13 (4), 467-480 (2007).
  54. Kwon, E. S., Narasimhan, S. D., Yen, K., Tissenbaum, H. A. A new DAF-16 isoform regulates longevity. Nature. 466 (7305), 498-502 (2010).
  55. An, J. H., et al. Regulation of the Caenorhabditis elegans oxidative stress defense protein SKN-1 by glycogen synthase kinase-3. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (45), 16275-16280 (2005).
  56. Daniele, J. R., Esping, D. J., Garcia, G., Parsons, L. S., Arriaga, E. A., Dillin, A. High-Throughput Characterization of Region-Specific Mitochondrial Function and Morphology. Scientific Reports. 7 (1), 6749 (2017).
  57. Daniele, J. R., et al. A non-canonical arm of UPRER mediates longevity through ER remodeling and lipophagy. bioRxiv. , 471177 (2018).
  58. Xu, N., et al. The FATP1-DGAT2 complex facilitates lipid droplet expansion at the ER-lipid droplet interface. The Journal of Cell Biology. 198 (5), 895-911 (2012).
  59. Baird, N. A., et al. HSF-1-mediated cytoskeletal integrity determines thermotolerance and life span. Science (New York, N.Y.). 346 (6207), 360-363 (2014).
  60. Higuchi-Sanabria, R., et al. Spatial regulation of the actin cytoskeleton by HSF-1 during aging. Molecular Biology of the Cell. 29 (21), 2522-2527 (2018).

Tags

C. ElegansPhysiological Stress ResponsesStress Response AssayHeat Shock ProteinEndoplasmic Reticulum Unfolded Protein ResponseGFP ReporterSodium AzideMicromanipulationHigh-throughputGenetic PerturbationsPharmacological PerturbationsMolecular And Physiological AnalysisSynchronizationImagingMicroscopy
check_url/61001?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Bar-Ziv, R., Frakes, A. E., Higuchi-Sanabria, R., Bolas, T., Frankino, P. A., Gildea, H. K., Metcalf, M. G., Dillin, A. Measurements of Physiological Stress Responses in C. Elegans. J. Vis. Exp. (159), e61001, doi:10.3791/61001 (2020).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image