In vivo de imagens de Dauer específica Neuronal Remodelação em C. elegans

Summary

Following exposure to specific environmental stressors, the nematode Caenorhabditis elegans undergoes extensive phenotypic plasticity to enter into a stress-resistant ‘dauer’ juvenile stage. We present methods for the controlled induction and imaging of neuroplasticity during dauer.

Abstract

Os mecanismos que controlam a plasticidade fenotípica induzida por estresse em animais são muitas vezes complexas e difíceis de estudar in vivo. Um exemplo clássico de plasticidade induzida por estresse é a fase de Dauer C. elegans. Dauers estão numa fase de desenvolvimento larvar alternativa formada em condições de baixas concentrações de alimentos de bactérias e concentrações elevadas de uma feromona dauer. Dauers exibir extensa plasticidade do desenvolvimento e comportamental. Por exemplo, um conjunto de quatro quadrante interno-labial (IL2Q) neurônios passam por extensa remodelação reversível durante a formação Dauer. Utilizando a entrada de potenciais vias de regulação dauer bem conhecido, um método previamente estabelecido para a produção de dauer bruto feromona de culturas em larga escala de nematóides líquido é demonstrada. Com este método, uma concentração de 50.000 – 75.000 nemátodos / ml de líquido de cultura é suficiente para produzir uma altamente potente feromona dauer bruto. A potência de feromonas em bruto é determined por um bioensaio de resposta à dose. Por fim, os métodos utilizados para in vivo de lapso de tempo de imagem dos IL2Qs durante a formação Dauer são descritos.

Introduction

Plasticidade fenotípica, inclusive plasticidade do desenvolvimento e comportamental, é importante para as adaptações a condições ambientais adversas e é considerada uma força motriz na evolução ^1. C. elegans é um organismo modelo frequentemente utilizado para estudos em desenvolvimento e neurobiologia. Sob condições ideais, C. elegans, desenvolvido em quatro fases larvares antes de entrar na fase adulta reprodutiva. No entanto, em condições de baixa disponibilidade de alimentos e altas densidades populacionais, C. elegans pode sofrer uma chave de desenvolvimento e entrar em um estágio Dauer longa vida e estresse resistente ^2. Dauers exibir várias diferenças morfológicas e comportamentais de não-dauers que provavelmente medeiam esta resistência ao estresse. Os estímulos ambientais e vias genéticas que regulam a entrada Dauer têm sido amplamente descrito ^{3, 4, 5, 6, 7.} Contudo, os mecanismos moleculares que controlam alterações fenotípicas individuais que ocorrem dformação Dauer urante são menos conhecidas.

O exame de fenótipos específicos de Dauer requer a produção de animais dauer. Isto pode ser realizado de três maneiras: 1) colheita de uma cultura de C. fome elegans, 2) Utilização de formação dauer constitutiva (daf-c) mutantes, 3) indução da formação, através de feromonas dauer purificado. É relativamente simples para escolher dauers de uma placa com um padrão NGM C. população elegans que esgotou a sua bacteriana-abastecimento alimentar. Nas nossas mãos, uma placa NGM padrão originalmente semeada com 50 ul de OP50 Escherichia coli, deixou-se crescer durante 3 dias e em seguida inoculados com 3 – hermafroditas 4 adultos mantida a 25 ° C irá esgotar a fonte de alimento dentro de uma semana e produzem vários milhares dauers dentro de 3 dias adicionais (além de inúmeras não-dauers famintas). No entanto, este método não é satisfatório para os processos de exame que ocorrem durante a muda em dAuer. É difícil determinar qual dos vários milhares de animais em um prato típico faminto estão entrando em Dauer. Além disso, o uso de uma placa de fome oferece qualquer possibilidade de sincronização. A utilização de mutantes daf-c permite a sincronização e a geração segura de dauers. No entanto, não há qualquer garantia de que uma mutação daf-c em particular não irá afectar outros fenótipos específicos de Dauer sozinho ou em combinação com outras mutações.

A presença de um feromônio dauer estava implícito pela primeira vez por Cassada e Russell e mais tarde demonstrado por Dourado e Riddle. A feromona dauer já foi caracterizada quimicamente ^{2, 8, 9, 10.} A feromona purificado é constituído por uma mistura complexa de ascarosides, que em diferentes formas de regular a ambos os processos comportamentais e de desenvolvimento ^{9, 11.} Utilização de um extracto bruto de feromonas dauer permite a indução controlada fiável do dauers sincronizados num fundo de tipo selvagem. </p>

O sistema nervoso e as células gliais associadas sofrer remodelação durante Dauer larva formação ^{12, 13, 14.} Algumas dessas mudanças são irreversíveis, como a remodelação das células da glia durante Dauer ^{13, 14.} Porém outros eventos de remodelação são reversíveis após um retorno à favorável condições ambientais. Por exemplo, um conjunto de quatro neurônios IL2Q sofrer remodelação neuronal rápida e reversível durante a formação Dauer incluindo: arborização dendrito, a transferência do único dendrítica de neurônios e axônios multidendritic remodelação ^12. Os métodos aqui permitem a imagiologia in vivo de confiança de neuroplasticidade induzida pelo stress num modelo de organismo. Os métodos apresentados para a produção e teste de feromona dauer bruto são descritos anteriormente e compilada a partir de várias fontes de ^{4, 8, 15, 16, 17, 18.}

Protocol

1. Crude Dauer Feromônio Produção Crescer OP50 E. coli a partir de uma única colónia O / N a 37 ° C, agitando, em 100 ml de caldo LB a 200 rpm. NOTA: Este cultura D / N pode ser feito com antecedência e guardadas a 4 ° C. Crescer N2 C. elegans em junho 15-20 cm placas de Petri contendo ágar NGM (ver receita na Tabela 1) inoculadas com 50 ul de E. OP50 coli até que as bactérias está quase esgotada 19. Faça 5x 250 ml de S mídia (ve…

Representative Results

A produção de resultados Dauer bruto feromônio em um líquido amarelo (Figura 1) que é tanto calor e frio estável. Alíquotas de feromona bruto são armazenadas a -20 ° C indefinidamente sem qualquer perda na actividade óbvia. Após a produção da feromona, um único bioensaio de dose-resposta é suficiente para uma estimativa da potência. No entanto, para a maioria das experiências, é necessário repetir o bioensaio de 2 – 3 vezes e ter uma média de cada experimento. Os resultados represent…

Discussion

Um exame de neuroplasticidade específicos de dauer e outras alterações morfológicas associadas à Dauer requer controlada e fiável a formação de dauers quer através de mutação genética (mutantes ou seja, daf-c) ou por exposição de animais de tipo selvagem de feromona. Enquanto a utilização de uma mutação genética para induzir dauers é conveniente, pode confundir os resultados. Assim, os dados coletados com mutações daf-C deve ser posteriormente confirmada com tipo selvagem animais …

Materials

N2 C. elegans Bristol strain	Caenorhabditis Genetics Center
PT2660 myIs13[Pklp-6::gfp] III	Upon request from Schroeder lab
PT2762 myIs14[Pklp-6::gfp] V	Upon request from Schroeder lab
JK2868 qIs56[Plag-2::gfp] V	Caenorhabditis Genetics Center
OP50 E. coli	Caenorhabditis Genetics Center
Petri dishes	Tritech Research	60 mm T3308, 35 mm T3501
NGM agar	Various		3 g NaCl, 17 g agar, 2.5 g peptone in 975 mL H2O autoclaved cooled to 55°C followed by 1 mL of 5 mg/ml cholesterol in ethanol, 25 mL of 1 M KPO4 buffer (pH 6.0), 1 mL of 1 M CaCl2, 1 mL of 1 M MgSO4
S Media	Various		S media consists of S basal solution (1.46 g NaCl, 0.25g K2HPO4, 1.5 g KH2PO4, 0.25 ml of 5 mg/ml cholesterol in ethanol and H2O to 250 mL. Autoclaved.) To the S basal solution add 2.5 mL of potassium citrate pH 6.0 (2 g citric acid monohydrate, 29.4 g tri-potassium citrate monohydrate, H2O to 100 mL, autoclaved), 2.5 mL of Trace Metals Solution (1.86 g disodium EDTA, 0.69 g FeSO4 •7 H2O, 0.2 g MnCl2•4 H2O, 0.29 g ZnSO4 •7 H2O, 0.025 g CuSO4 •5 H2O, H2O to 1 liter. Autoclaved and stored in the dark), 0.75 mL of 1 M CaCl2, and 0.75 mL of 1 M MgSO4.
Dauer pheromone plates for dose-response assay	Various		Mix 0.085 g Noble agar, 0.5 mL of 0.513 M NaCl and 5 µL of 5 mg/ml cholesterol dissolved in ethanol in each of 6x 15 mL culture tubes. Add sufficient crude pheromone to each tube to create a range of concentrations. Add H2O to bring the volume to 4.725 mL.  Boil over a Bunsen burner until the agar is dissolved and then cool to 55 °C. Add 125 µL 1 M KPO4 buffer (pH 6.0), 50 µl 0.1 M CaCl2, 50 µL 0.1 M MgSO4 and 50 µl of 5 mg/ml streptomycin sulfate to each tube.  Pour the contents of each tube into a 35 mm diameter Petri dish. Let the agar solidify at room temperature overnight (if longer, store in enclosed container to prevent excessive drying).
Microsphere beads 0.1 micron	Polysciences Inc.	00876-15
M9 buffer	Various		Mix 3 g KH2PO4, 6 g Na2HPO4, 5 g NaCl, 1 ml 1 M MgSO4, H2O to 1 liter. Sterilize by autoclaving