Summary

꼬마 선 충 에서 도파민 신호 평가에 수영 유도 마비

Published: April 03, 2019
doi:

Summary

수영 유도 마비 (SWIP)가 잘 설립 행동 분석 결과 꼬마 선 충 (C. 선 충)에서 신호 하는 도파민의 기본 메커니즘을 연구 하는 데 사용. 그러나, 분석 결과 수행 하는 자세한 방법을 부족 이다. 여기, 우리가 SWIP에 대 한 단계별 프로토콜을 설명합니다.

Abstract

이 프로토콜에서 설명 하는 수영 분석 결과 dopaminergic 조절 단백질을 식별 하는 유효한 도구 synapses 이다. 포유류와 마찬가지로, 도파민 (DA) C. 선 충 등 학습과 모터 활동에에서 여러 기능을 제어 합니다. 다 릴리스 (예를 들어, 암페타민 (AMPH) 치료)를 자극 하는 또는 그 다 허가 조건 (예: 동물 다 전송 부족 (dat-1) 는 뉴런을 다를 reaccumulating 할 수 있다) 세포 외 다의 과잉 생성 궁극적으로 저해 운동의 결과. 이 동작은 동물 물에서 수영 하는 때 특히 분명 하다. 사실, 야생-타입 동물 오랜된 시간 동안 수영을 계속, 하는 동안 dat 1 null 돌연변이 야생-타입 AMPH 처리 또는 억제제 다 전송의 우물의 바닥에 침 몰 하 고 이동 하지 않습니다. 이 문제는 “수영 유도 마비” (SWIP) 이라고 불린다. SWIP 분석 결과 잘 설립, 방법의 자세한 내용은 부족 한. 여기, 우리가 SWIP 수행 하는 단계별 가이드를 설명 합니다. 분석 결과 수행 하기 위해 늦은 애벌레 단계 4 동물 또는 AMPH 없이 제어 자당 솔루션을 포함 하는 유리 자리 접시에 배치 됩니다. 동물은 stereoscope에 장착 하거나 수동으로 시각화는 stereoscope 아래 자동으로 카메라와 함께 녹음 하 여 그들의 수영 동작에 대 한 득점 된다. 동영상 다음 탈 곡 주파수와 마비 열 지도 형태로 시각적 표현 생성 하는 추적 소프트웨어를 사용 하 여 분석 된다. 수동 및 자동 시스템 동물 들의 수영 능력의 쉽게 정량 판독을 보장 하 고 따라서 동물 dopaminergic 시스템 내에서 돌연변이 베어링에 대 한 또는 보조 유전자에 대 한 심사를 용이 하 게. 또한, SWIP 명료 AMPH 악용의 약물의 행동의 메커니즘을 사용할 수 있습니다.

Introduction

동물 다양 한 복잡 한 신호 처리에 의해 조정 하는 다른 신경 전달 물질에 의해 중재는 타고 난 하 고 복잡 한 동작을 수행 합니다. 신경 전달 물질 도파민 (DA) 종, 학습, 운동 기능 및 보상 처리를 포함 하 여에 걸쳐 높은 보존된 행동 중재.

토양 선 충 류 C. 선 충만 302 뉴런으로 구성 된 비교적 간단 하 고 잘 매핑된 신 경계 표시 등 짝짓기, 학습, 구하고, 운동 달걀 누워 다에 의해 규제는 많은 포함 하 여 현저 하 게 복잡 한 동작 1. 다른 기능, 짧은 라이프 사이클, 취급의 용이성 및 신호 분자의 보존, 중 보존된 행동의 신경 기초 공부에 대 한 모델로 C. 선 충 의 장점을 강조.

C. 선 충 자웅 동체 포함 8 dopaminergic 신경; 이들 이외에, 남자 짝짓기 목적 6 여분의 쌍을 포함 합니다. 포유류에서 이러한 신경 다 합성 하 고 다 전송 (DAT-1)는 다 다시 dopaminergic 신경 세포에 시 냅 스 갈라진 틈에 발표 전송 dopaminergic 신경에서 독점적으로 찾아낸 막 단백질을 표현 한다. 또한, 합성, 포장 및 다의 출시의 각 단계에 관련 된 단백질의 대부분은 매우 벌레와 인간 사이 보존 하 고, 같은 포유류, 다 변조 먹이 행동과 C. 선 충2운동.

C. 선 충 고체 표면에 크롤 링 하 고 물에 특성 때리는 행동으로 수영. 흥미롭게도, DAT-1 (dat-1)의 표현 부족 돌연변이 고체 표면에 일반적으로 크롤 링 하지만 물 때 수영을 유지 하기 위해 실패 합니다. 이 문제는 수영 유도 마비 또는 SWIP 되 나. 이전 실험 SWIP, 부분적으로, 발생 했다고 궁극적으로 d 2 같은 postsynaptic 수용 체 (DOP-3) overstimulates 시 냅 스 갈라진 틈에 다의 과잉에 의해 설명 했다. 원래 dat 1 녹아웃 동물3확인, SWIP 야생-타입 동물 블록 활동 DAT (예: imipramine4)의 약물 치료에 관찰 및 유도 다 릴리스 (예: 암페타민5). 다른 한편으로, 합성 및 다의 릴리스를 averting와 DOP-3 수용 체 기능을 차단 약리학 또는 유전자 조작 방지 SWIP6. 함께 찍은, 이러한 이미 게시 된 데이터는 설립 SWIP dopaminergic 시 냅 스3,,47 돌연변이 단백질에 의해 발생 하는 행동 효과 공부 하 고 하에 대 한 신뢰할 수 있는 도구로 다7,,89,10,,1112신호에 관련 된 소설 규제 통로의 식별에 대 한 앞으로 유전 스크린. 또한, 생체에 약물 유발 동작의 쉽게 정량 판독 함으로써 SWIP 수 암페타민 (AMPH) 같은 약물의 행동의 메커니즘의 해명 및 azaperone는 dopaminergic에서 synapses5, 6 , 13 , 14 , 15.

SWIP 분석 실험을 수행 하기 위한 프로토콜16전에 설명 했습니다. 방법론 및 설치 SWIP를 효과적으로 수행 하기 위해 선 충 C. 커뮤니티에 대 한 시각적 가이드를 제공 하는 목적으로 시험을 수행 하는 여기, 우리가 자세히 설명.

Protocol

1입니다. 솔루션 및 미디어 준비 KH2포4 3.0 g (22.05 m m), 나2HPO4 6.0 g (42.2 m m), 용 해 하 여 M9 버퍼를 준비 하 고 압력가 이온 물 1 L에 NaCl 5.0 g (85.5 m m). 압력가 마로 소독 후 1m MgSO4 (12 g 100 mL 압력가 이온된 수의 최종 볼륨에서)의 1.0 mL를 추가 합니다. 결과 10 x의 믹스 100 mL 압력가 마로 소독의 900 mL와 M9 저온 1 x 솔루션. 계란 버퍼 수 있도록, HEPES 압?…

Representative Results

선물이 SWIP 분석 결과 AMPH 치료에 의해 유도 된의 예. 그림 1 에서는 위에서 설명한 대로 분석 결과 설정의 도식 대표. 수동 분석 결과, 약 8-10 나이 동기화 된 늦은 L4 단계 벌레는 속눈썹 또는 백 금 수집 선택 하 고 유리 자리 접시 200 mOsm/L 자당 (제어 솔루션) 또는 0.5 m m AMPH 자당의 40 µ L를 채워지고, SWIP에 대 한 테스트에 배치. <p class="jove_content" fo:k…

Discussion

여기, 우리는 행동 분석 결과, SWIP, C. 선 충에서 수행 하는 단계별 프로토콜을 설명 합니다. 이 프로토콜 없이 주요 기술적인 장애물이 분석 결과 매우 사용자 친화적인 만들기로 간단 하 고 직관적입니다. 그럼에도 불구 하 고, 분석 결과 효과적으로 수행 하기 위해 고려해 야 할 몇 가지 중요 한 측면 있다.

분석 결과 대 한 사용 하는 웜 때문에 식이 제한에 영향을 미치?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

저자 박사 오사마 Refai SWIP의 자동 분석 지침에 대 한 박사 랜디 Blakely의 연구소에서 감사 하 고 싶습니다. 이 작품은 LC NIH R01 DA042156에서 자금에 의해 지원 되었다.

Materials

Aluminum foil Reynolds wrap 1091835
Amphetamine Sigma 51-63-8  
Autoclave
Bacterial Incubator New Brunswick scientific M1352-0000
Bacteriological grade, Agar Lab Scientific, Inc  A466
Bacto (TM) Peptone BD REF 211677
Calcium Chloride (dihydrate) Sigma-Aldrich C3881
Camera  Thorlabs U-CMAD3
Centrifuge  Eppendorf 5810R 15amp E215059
Cholesterol Sigma-Aldrich 57-88-5
Deionised water Millipore Z00QSV0WW Milli-Q
Depression glass spot plate Corning Corning, Inc. 722085
Erlenmeyer flask ThermoFisher 4103-0250PK
Eye lash
Glass slide Fisherbrand 12-550-15
Graphing and statistical software Prism Graphpad 5
HEPES Sigma-Aldrich RB=H3375 & H7006
Hypochlorite Hawkins Sodium Hypochlorite 4-6%, USP" 1 gal
LB Broth, Miller Fisher BP1426
Magnesium Chloride (Hexahydrate) Sigma-Aldrich RB=M0250 500g
Magnesium sulfate (heptahydrate) Sigma-Aldrich M1880
Magnetic stir bar Fisherbrand 16-800-510 
Microcentrifuge tubes ThermoFisher 69715
NA 22 bacteria CGC
Nystatin Sigma 1400-61-9
Osmometer Advanced Instruments, Inc Model 3320
Pasteur Pipettes Fisherbrand 13-678-20A
Petriplates Falcon 351007
pH Meter Orion VersaStar Pro IS-68X591202-B 0514
Polystrine conical tubes Falcon 352095
Potassium Chloride Sigma-Aldrich  P9541
Potassium dihydrogen phosphate Sigma-Aldrich 7778-77-0
Potassium Phosphate – DIBASIC Sigma-Aldrich P-8281
Potassium Phosphate – MONOBASIC Sigma-Aldrich P0662
Serological pipettes VWR 10ml=89130-898
Shaker Reliable Scientific 55S 12×16
Sodium Chloride Fisher RB=BP358-1
Sodium dihydrogen Phosphate Fisher RB=S381
Spreadsheet MS office Microsoft Excel
Stereo Microscope Zeiss Model tlb3. 1 stemi2000
Sterile Pipette tips Various 02-707-400
Sucrose Sigma-Aldrich RB=S5016
Superglue Loctite 1647358 .14 oz.
SwimR sofware 10.18129/B9.bioc.SwimR
Tracker 2 Worm Tracker 2.0 www.mrc-lmb.cam.ac.uk/wormtracker/
Video recording software Virtualdub http://www.virtualdub.org/

References

  1. de Bono, M., Villu Maricq, A. Neuronal Substrates of Complex Behaviors in C. elegans. Annual Review of Neuroscience. 28 (1), 451-501 (2005).
  2. Sawin, E. R., Ranganathan, R., Horvitz, H. R. C. elegans Locomotory Rate Is Modulated by the Environment through a Dopaminergic Pathway and by Experience through a Serotonergic Pathway. Neuron. 26 (3), 619-631 (2000).
  3. McDonald, P. W., et al. Vigorous Motor Activity in Caenorhabditis elegans Requires Efficient Clearance of Dopamine Mediated by Synaptic Localization of the Dopamine Transporter DAT-1. Journal of Neuroscience. 27 (51), 14216-14227 (2007).
  4. Carvelli, L., Blakely, R. D., DeFelice, L. J. Dopamine Transporter/Syntaxin 1A Interactions Regulate Transporter Channel Activity and Dopaminergic Synaptic Transmission. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (37), 14192 (2008).
  5. Carvelli, L., Matthies, D. S., Galli, A. Molecular mechanisms of amphetamine actions in Caenorhabditis elegans. Molecular Pharmacology. 78 (1), 151-156 (2010).
  6. Refai, O., Blakely, R. D. Blockade and reversal of swimming-induced paralysis in C. elegans by the antipsychotic and D2-type dopamine receptor antagonist azaperone. Neurochemistry International. , (2018).
  7. Bermingham, D. P., et al. The Atypical MAP Kinase SWIP-13/ERK8 Regulates Dopamine Transporters through a Rho-Dependent Mechanism. The Journal of Neuroscience. 37 (38), 9288-9304 (2017).
  8. Nass, R., et al. A genetic screen in Caenorhabditis elegans for dopamine neuron insensitivity to 6-hydroxydopamine identifies dopamine transporter mutants impacting transporter biosynthesis and trafficking. Journal of Neurochemistry. 94 (3), 774-785 (2005).
  9. Hardaway, J. A., et al. Forward genetic analysis to identify determinants of dopamine signaling in Caenorhabditis elegans using swimming-induced paralysis. G3. 2 (8), 961-975 (2012).
  10. Hardaway, J. A., et al. Glial Expression of the Caenorhabditis elegans Gene swip-10 Supports Glutamate Dependent Control of Extrasynaptic Dopamine Signaling. Journal of Neuroscience. 35 (25), 9409-9423 (2015).
  11. Felton, C. M., Johnson, C. M. Dopamine signaling in C. elegans is mediated in part by HLH-17-dependent regulation of extracellular dopamine levels. G3. 4 (6), 1081-1089 (2014).
  12. Lanzo, A., et al. Silencing of Syntaxin 1A in the Dopaminergic Neurons Decreases the Activity of the Dopamine Transporter and Prevents Amphetamine-Induced Behaviors in C. elegans. Frontiers in Physiology. 9 (576), (2018).
  13. Safratowich, B. D., Lor, C., Bianchi, L., Carvelli, L. Amphetamine activates an amine-gated chloride channel to generate behavioral effects in Caenorhabditis elegans. The Journal of Biological Chemistry. 288 (30), 21630-21637 (2013).
  14. Safratowich, B. D., Hossain, M., Bianchi, L., Carvelli, L. Amphetamine Potentiates the Effects of -Phenylethylamine through Activation of an Amine-Gated Chloride Channel. Journal of Neuroscience. 34 (13), 4686-4691 (2014).
  15. Carvelli, L. Amphetamine activates / potentiates a ligand-gated ion channel. Channels (Austin). 8 (4), 294-295 (2014).
  16. Hardaway, J. A., et al. et al.An open-source analytical platform for analysis of C. elegans swimming-induced paralysis. Journal of Neuroscience Methods. 232, 58-62 (2014).
  17. Lüersen, K., Faust, U., Gottschling, D. -. C., Döring, F. Gait-specific adaptation of locomotor activity in response to dietary restriction in Caenorhabditis elegans. The Journal of Experimental Biology. 217, 2480-2488 (2014).
  18. Porta-de-la-Riva, M., Fontrodona, L., Villanueva, A., Cerón, J. Basic Caenorhabditis elegans methods: synchronization and observation. Journal of Visualized Experiments. (64), e4019 (2012).
  19. Lamitina, S. T., Morrison, R., Moeckel, G. W., Strange, K. Adaptation of the nematode Caenorhabditis elegans. to extreme osmotic stress. American Journal of Physiology-Cell Physiology. 286 (4), 785-791 (2004).
  20. Masoudi, N., Ibanez-Cruceyra, P., Offenburger, S. -. L., Holmes, A., Gartner, A. Tetraspanin (TSP-17) Protects Dopaminergic Neurons against 6-OHDA-Induced Neurodegeneration in C. elegans. PLoS Genetics. 10 (12), 1004767 (2014).
  21. Jayanthi, L. D., et al. The Caenorhabditis elegans gene T23G5.5 encodes an antidepressant- and cocaine-sensitive dopamine transporter. Molecular Pharmacology. 54 (4), 601-609 (1998).

Play Video

Cite This Article
Kudumala, S., Sossi, S., Carvelli, L. Swimming Induced Paralysis to Assess Dopamine Signaling in Caenorhabditis elegans. J. Vis. Exp. (146), e59243, doi:10.3791/59243 (2019).

View Video