Metoder til undersøgelse af virkningsmekanismer for antipsykotika i<em> Caenorhabditis elegans</em
Summary
Tilgange til at teste effekten af antipsykotiske lægemidler (APDS) i Caenorhabditis elegans er påvist. Analyser er beskrevet til at teste effekter stof på udvikling og levedygtighed og på svælg pumpe sats. Disse metoder er også for farmakogenetiske eksperimenter med andre end APD narkotika klasser.
Abstract
Caenorhabditis elegans er en simpel genetisk organisme modtagelig for storstilet frem og bak genetiske skærme og kemiske genetiske skærme. C. elegans genom omfatter potentiel antipsykotisk lægemiddel (APD) mål konserveret i mennesker, herunder gener, der koder for proteiner, der kræves for neurotransmittersyntese og synaptiske struktur og funktion. APD eksponering producerer forsinket udvikling og / eller dødelighed i nematoder i en koncentrationsafhængig måde. Disse fænotyper er forårsaget delvist af APD-induceret hæmning af svælg pumpe 1,2. Således udviklingsmæssige fænotype har en neuromuskulær basis, hvilket gør den anvendelig for farmakogenetiske undersøgelser af neuroleptika. Her demonstrerer vi detaljerede procedurer for afprøvning APD virkninger på nematode udvikling og svælg pumpning. For den udviklingsmæssige assay, er synkroniseret embryoner placeret på nematode medium vækst (NGM) plader indeholdende APD, og stadier af udvikling af animals derefter modtog dagligt. For svælg pumpe rate assay, iscenesat unge voksne dyr er testet på NGM plader indeholdende APD. Antallet af svælg pumper per tidsenhed registreres, og den pumpende beregnes. Disse assays kan anvendes til at studere mange andre typer af små molekyler eller store molekyler.
Introduction
Caenorhabditis elegans er en simpel genetisk organisme modtagelig til store frem og bak genetiske skærme og kemiske genetiske skærme. C. elegans er følsom over for et bredt spektrum af bioaktive forbindelser og har derfor været anvendt med succes til at definere virkningsmekanismer af en række af sådanne forbindelser. For eksempel bioaktive stoffer undersøgt ved hjælp af ormen farmakogenetik omfatter acetylcholin receptor agonister (f.eks Levamisol, nikotin, morantel og pyrantel), anæstetika (f.eks halothan), koffein, kolinesterasehæmmere (f.eks aldicarb, lannate og trichlorfon), fluorid, GABA-relaterede forbindelser (f.eks GABA og muscimol), ivermectin, paraquat phorbolestere og serotonin-relaterede lægemidler (f.eks serotonin og imiprimine) 3.. Endvidere C. elegans er blevet brugt til store småmolekyle skærme, så opdagelsen af nye bioaktive forbindelses og identifikation af nye genetiske mål 4.
C. elegans genom omfatter potentiel antipsykotisk lægemiddel (APD) mål bevaret hos mennesker, herunder gener, der koder for proteiner, der er nødvendige for neurotransmittersyntese og synaptiske struktur og funktion 5. Således C. elegans Neurogenetics og neurobiologi tilbyder metoder til at opdage nye molekylære virkningsmekanismer for APD. I nematoder APD eksponering tidligt i udviklingen producerer forsinket udvikling, og ved højere koncentrationer, dødelighed 2,6. APD eksponering i voksenalderen producerer adfærdsmæssige fænotyper. For eksempel clozapin eksponering hæmmer bevægelse og svælg pumpning og forbedrer æglægning 1,2,7.
APD-induceret forsinket udvikling og dødelighed er stærke fænotyper til store kemiske genetiske skærme. Disse fænotyper er komplekse, for så vidt som de sandsynligvis har mere end én cellulære og genetiske BASIsek. Derfor er sådanne genetiske skærme forventes at give en række indirekte lægemiddelkandidater. Imidlertid har vores laboratorium gennemført kandidat gen-skærme og en genom-dækkende RNAi skærm til undertrykkere af APD-induceret udviklingsmæssige forsinkelser og dødelighed og har med succes genvundet gener, der sandsynligvis koder direkte mål, herunder dopamin, insulin, og nicotinacetylcholinreceptorer 2,8. Genetiske skærme baseret på APD-inducerede adfærd i den voksne har også ført til identifikation af nye APD mål, og vi er nu validere mål fra både udviklingsmæssige og adfærdsmæssige skærme i pattedyr 7. Således vises en hvirvelløse kemisk genetisk metode til at opdage nye molekylære virkningsmekanismer for APD at være mulig 5,8.
C. elegans svælg er et organ, der omfatter 20 neuroner, 20 muskelceller, og 20 accessoriske celler, pakket med en basalmembran. Svarende til pattedyr hjerte, pharynx er autonom ennd konstant pumper mad i fra det ydre miljø 9. Hæmning af svælg pumpe sats kompromiser mad optagelse, og dermed mutationer eller lægemidler, der hæmmer svælg pumpe årsag forsinket udvikling eller arrestere 9. APD hæmme svælg pumpe sats, der tegner sig i en del for deres virkninger på udvikling og levedygtighed 1,2. Her bruger vi den atypiske APD clozapin som et eksempel for at demonstrere narkotika assays for nematode udvikling og svælg pumpning.
Protocol
Representative Results
Discussion
Her beskriver vi metoder til at teste effekten af APD om udvikling og adfærd C. elegans. DMSO eller ethanol anvendes til at opløse clozapin, da stoffet er relativt uopløseligt i vand. Fordi opløsningsmidler er blevet rapporteret at påvirke C. elegans biologi 12, DMSO-alene eller ethanol-alone kontrolgrupper er afgørende. Den højeste koncentration af DMSO anvendt i vores assays er op til 3%, hvilket ikke har nogen indlysende virkning på C. elegans udvikling. DMSO kan anvendes…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Arbejdet blev støttet af en NIH Clinical pris Scientist Development K08NS002083, en Shervert Frazier Research Institute Grant, og en NARSAD Young Investigator Award til Edgar A. Büttner.
Materials
| Clozapine | Sigma | C6305 |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma | D8418 |
| Acetic acid (HAC) | Fisher | BP2401 |
| Sodium hydroxide(NaOH) | EMD | SX0590-13 |
| Hypochlorite | Sigma-Aldrich | 425044 |
| Centrifuge 5810 | Eppendorf | 5810 000.017 |
| Incubator shaker | New Brunswick Scientific | M1246-0006 |
| Low temperature incubator 815 | Precision Scientific | J1790-1B |
| Stereo microscope | Olympus | SZX12 |
| Petri dish 35 x 10 mm | Fisher Scientific | NC9434271 |
| 12-well tissue culture plate | BD Falcon | REF 353043 |
Referências
- Donohoe, D. R., Jarvis, R. A., Weeks, K., Aamodt, E. J., Dwyer, D. S. Behavioral adaptation in C. elegans produced by antipsychotic drugs requires serotonin and is associated with calcium signaling and calcineurin inhibition. Neurosci. Res. 64, 280-289 (2009).
- Karmacharya, R., et al. Clozapine interaction with phosphatidyl inositol 3-kinase (PI3K)/insulin-signaling pathway in Caenorhabditis elegans. Neuropsychopharmacology. 34, 1968-1978 (2009).
- Rand, J. B., Johnson, C. D., Estein, H. F., Shakes, D. C. . Carnorhabditis elegans Modern Biological Analysis of an Organism. 48, 187-204 (1995).
- Kwok, T. C., et al. A small-molecule screen in C. elegans yields a new calcium channel antagonist. Nature. 441, 91-95 (2006).
- Wang, X., Sliwoski, G. R., Buttner, E. A. The relevance of Caenorhabditis elegans genetics for understanding human psychiatric disease. Harv. Rev. Psychiatry. 19, 210-218 (2011).
- Donohoe, D. R., Aamodt, E. J., Osborn, E., Dwyer, D. S. Antipsychotic drugs disrupt normal development in Caenorhabditis elegans via additional mechanisms besides dopamine and serotonin receptors. Pharmacol. Res. 54, 361-372 (2006).
- Karmacharya, R., et al. Behavioral effects of clozapine: involvement of trace amine pathways in C. elegans and M. musculus. Brain Res. 1393, 91-99 (2011).
- Saur, T., et al. A Genome-Wide RNAi Screen in Caenorhabditis elegans Identifies the Nicotinic Acetylcholine Receptor Subunit ACR-7 as an Antipsychotic Drug Target. PLoS Genet. 9, (2013).
- Avery, L., You, Y. J. . C. elegans feeding. WormBook, ed. The C. elegans Research Community, doi:10.1895/wormbook.1.150.1. , (2012).
- Chaudhuri, J., Parihar, M., Pires-daSilva, A. An introduction to worm lab: from culturing worms to mutagenesis. J Vis Exp. 47, (2011).
- Lewis, J. A., Fleming, J. T., Estein, H. F., Shakes, D. C. . Carnorhabditis elegans Modern Biological Analysis of an Organism. 48, 3-29 (1995).
- Davis, J. R., Li, Y., Rankin, C. H. Effects of developmental exposure to ethanol on Caenorhabditis elegans. Alcohol Clin. Exp. Res. 32, 853-867 (2008).
- Kage-Nakadai, E., et al. Two very long chain fatty acid acyl-CoA synthetase genes, acs-20 and acs-22, have roles in the cuticle surface barrier in Caenorhabditis elegans. PLoS One. 5, (2010).
- Partridge, F. A., Tearle, A. W., Gravato-Nobre, M. J., Schafer, W. R., Hodgkin, J. The C. elegans glycosyltransferase BUS-8 has two distinct and essential roles in epidermal morphogenesis. Dev. Biol. 317, 549-559 (2008).
- Leung, C. K., Deonarine, A., Strange, K., Choe, K. P. High-throughput screening and biosensing with fluorescent C. elegans strains. J. Vis. Exp. (51), (2011).
