Imobilização de Caenorhabditis elegans , para analisar o transporte intracelular nos neurônios
Summary
Caenorhabditis elegans (C. elegans) é um bom modelo para estudar o transporte axonal e intracelular. Aqui, eu descrevo um protocolo para análise de transporte axonal e em c. eleganse in vivo de gravação.
Abstract
Transporte axonal e do transporte (IFT) são essenciais para a função e morfogênese axônio e cílios. Dineína e cinesina superfamília proteínas são motores moleculares que regulam anterógrada e retrógrada, transporte, respectivamente. Estes motores usam redes de microtúbulos como trilhos. Caenorhabditis elegans (C. elegans) é um organismo modelo poderoso para estudar o transporte axonal e IFT na vivo. Aqui, eu descrevo um protocolo para observar o transporte axonal e IFT na vida c. elegans. Carga transportada pode ser visualizada por marcação de proteínas de carga usando proteínas fluorescentes, tais como a proteína verde fluorescente (GFP). C. elegans é transparente e proteínas GFP-etiquetado carga podem ser expressa em células específicas sob promotores específicos de célula. Vermes vivos podem ser corrigidos por microbeads em gel de agarose 10% sem matar ou anestesiar os vermes. Nestas condições, movimentação de carga pode ser diretamente observada nos axônios e cílios de viver c. elegans sem dissecação. Esse método pode ser aplicado para a observação de qualquer molécula de carga em todas as células, modificando as proteínas alvo e/ou as células estão expressos em. As proteínas mais básicas tais como motores moleculares e proteínas do adaptador que estão envolvidas no transporte axonal e IFT são conservadas no c. elegans. Em comparação com outros organismos-modelo, os mutantes podem ser obtidos e mantidos mais facilmente em c. elegans. Combinar este método com vários mutantes de c. elegans pode esclarecer os mecanismos moleculares do transporte axonal e IFT.
Introduction
Imagem de célula viva é uma ferramenta essencial para a análise de transporte intracelular. Em biologia celular neuronal, análises de transporte axonal com imagens ao vivo da célula são essenciais para a compreensão de função e morfogênese neuronal1. Defeitos no transporte axonal fundamentam várias de doenças neurodegenerativas2. Proteínas de superfamília de cinesina e Dineína realizam transporte axonal anterogradely e retrogradely, respectivamente,1,2.
Cílios são outro compartimento celular em que a rede de microtúbulos e maquinaria de tráfico são altamente desenvolvidos3. Maquinaria de síntese de proteína não está localizada em cílios, o que significa que as proteínas ciliares devem ser transportadas do citoplasma para as pontas dos cílios. Específicos de cílios cinesina e Dineína, chamada cinesina-2 e citoplasmática Dineína-2, respectivamente, os componentes de cílios4, em um fenômeno chamado do transporte (IFT)5de transporte. Imparidade de IFT faz com que um espectro de doenças chamadas ciliopathies6. Assim, é necessária uma análise do mecanismo de IFT por imagens de células vivas para entender os mecanismos básicos de formação ciliar e patogênese.
Caenorhabditis elegans (C. elegans) é um bom modelo para estudar o transporte axonal e IFT7,8,9. Para observar o IFT, Chlamydomonas tem sido amplamente utilizado como um organismo modelo5,6. Como Chlamydomonas é um organismo unicelular, a relação do IFT com envelhecimento, função neuronal e comportamento seria difícil de analisar. Além disso, não foram aplicadas técnicas genéticas essenciais tais como CRISPR/Cas9 a Chlamydomonas. Em organismos superiores do modelo, tais como ratos e Drosophila, ruptura do transporte axonal e IFT frequentemente causa fenótipos letais porque transporte axonal e IFT são essenciais para a homeostase dos animais 10e a morfogênese 11. No caso dos ratos, transfection e cultura de células é geralmente necessária para observar o transporte axonal e IFT, que requer muitas habilidades e extenso de tempo12,13. Além disso, um monte de contexto fisiológico importante pode ser perdido em culturas de células e linhas celulares. Porque o sistema nervoso não é essencial para a sobrevivência dos vermes, c. elegans mutantes em que o transporte axonal ou IFT são rompidos muitas vezes não são letais7,9,14. Transporte axonal e IFT podem ser diretamente observado na vivo sem dissecação porque c. elegans é transparente e, portanto, é fácil observar marcadores GFP-etiquetado.
Existem vários protocolos para imobilizar o c. elegans, como o uso de um dispositivo de microfluidic15, almofadas de agarose com anestesia16ou microbeads17. A inclusão da anestesia pode inibir os tráfico de eventos em neurônios15. Uma clara desvantagem do método microfluidic-dispositivo é que preparar um dispositivo microfluidic não é sempre fácil. Em vez disso, imobilização por almofadas de agarose e microbeads é uma maneira fácil e conveniente de realizar imagens de lapso de tempo em c. elegans. Aqui, eu descrevo este protocolo básico para imobilizar o c. elegans e visualizar o transporte axonal e IFT na vivo em c. elegans. Comparado a outros métodos, o método descrito aqui não requer equipamentos especiais e é muito mais barato e mais fácil de realizar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Limitação no que diz respeito a métodos existentes
O método descrito aqui é otimizado para observar eventos rápidos como transporte axonal e IFT. Assim, a imobilização é mais priorizada de incubação mais longa. Enquanto nós fomos capazes de observar eventos de tráfico pelo menos 20 min sem perturbação significativa, esse método pode não ser sempre adequado para observar eventos lentos, exigindo mais observações, tais como alongamento do axônio e migração celular. Para mais observ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
O autor agradece profundamente Dr. Asako Sugimoto (Universidade de Tohoku) para a discussão útil. wyIs251 foi um presente generoso do Dr. Kang Shen (Universidade de Stanford). mnIs17 foi fornecido pelo CGC, que é financiado pelo NIH escritório de programas de infra-estrutura de pesquisa (OD010440 P40). Este trabalho foi apoiado por grant JSPS KAKENHI #17 H 05010 e #16 H 06536 e Daiichi Sankyo foundation, Fundação da ciência do cérebro e Fundação Naito.
Materials
| Slideglass (76 x 26 mm) | Matsunami | S1111 | |
| Coverglass (22 x 40 mm) | Matsunami | C024401 | |
| Agarose | Wako | 318-01195 | |
| Polystylene microbeads 0.1 micron | Polysciences | #00876 | |
| Heat block | TAITEC | 0063288-000 | CTU-mini |
| Microscope | Olympus | IX-71 | widefield microscope |
| Spinning disk Scanner | Yokogawa | CSU-X1 | spinning disc confocal scanner |
| Digital CCD camera | Hamamatsu Photonics | C10600-10B | ORCA-R2 degital CCD camera |
| Objective lens (x100, NA1.4) | Olympus | UPLSAPO 100XO | |
| Pasteur pipette (5 inch) | IWAKI | IK-PAS-5P | |
| Glass tube (1.5 cm diameter x 10.5 cm) | IWAKI | 9820TST15-105NP | |
| TV9211: wyIs251 | Laboratory of Kang Shen | N/A | |
| OTL11: mnIs17 | Ref. 27, 29 | N/A | SP2101 was backcrossed with wild type for 6 times |
| Stereo microscope | Carl Zeiss | 435064-9000-000 | STEMI 508 |
| Mirror transillumination unit | Carl Zeiss | 435425-9010-000 | |
| platinum wire (0.2 mm) | Nilaco Corporation | m78483501 | |
| 60 mm plastic dish | Falcon | #351007 | |
| Fiji | N/A | N/A | https://fiji.sc/ |
| nematode growth medium (NGM) | 1.7% (w/v) agarose, 50mM NaCl, 0.25% (w/v) Peptone, 1 mM CaCl2, 5 mg/mL Cholesterol, 25 mM KH2PO4, 1 mM MgSO4 |
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