Mevcut protokol, Caenorhabditis elegans asetilkolin reseptörlerinin bir sınıfının farmakolojik agonisti olan levamisole’ye yanıtı belirlemek için bir tahlili açıklamaktadır. Bu sıvı levamisol yüzme testinde, araştırmacılar 24 kuyucuklu plakalarda yetiştirilen hayvanların zamana bağlı felcini görsel olarak gözlemler ve nicelleştirir.
Nöromüsküler kavşakta (NMJ), uyarıcı nörotransmitter asetilkolinin (ACh) postsinaptik reseptörlere bağlanması kas kasılmasına yol açar. Omurgalı iskelet kasında olduğu gibi, model organizma Caenorhabditis elegans’ın vücut duvarı kaslarında kolinerjik sinyalizasyon lokomotif için gereklidir. Vücut duvarı kaslarındaki bir ACh reseptör sınıfının farmakolojik agonisti olan levamisole’ye maruz kalmak, vahşi tip hayvanların zamana bağlı felce neden olur. Levamizol’e karşı değişmiş duyarlılık, NMJ’de veya kas fonksiyonunda sinyalleşmede kusurları düşündürmektedir. Burada, 24 kuyucuklu plakalarda yetiştirilen C. elegans üzerinde yapılan sıvı levamisol testi için bir protokol sunulmaktadır. Hayvanların sıvı içinde kuvvetli bir şekilde yüzdürülmesi, yüzlerce solucanda levamisol kaynaklı felcin fiziksel manipülasyon gerektirmeden bir saatlik bir süre boyunca değerlendirilmesine ve miktarının belirlenmesine izin verir. Bu prosedür, NMJ’de değiştirilmiş sinyallemenin işlevsel sonuçlarını göstermek için levamisol’a duyarlılığı değiştiren hem vahşi tip hem de mutantlarla kullanılabilir.
Postsinaptik asetilkolin reseptörlerinin (AChR) iskelet kası üzerindeki aktivasyonu, kas kasılmasına yol açan bir elektrik sinyaliyle sonuçlanır. Nöromüsküler fonksiyonun bozulması insanlarda miyastenik sendromlar ve kas distrofileri ile sonuçlanır 1,2,3,4. Nematod Caenorhabditis elegans, evrimsel olarak korunmuş temel biyolojik süreçler ve hastalık mekanizmaları hakkında bilgi edinmek için yaygın olarak kullanılmıştır. Omurgalı iskelet kasları ve C. elegans vücut duvarı kasları fonksiyonel olarak hareket kontrolünde eşdeğerdir5. Burada, vahşi tip C. elegans’ı nöromüsküler sinyalleşmeyi veya kas fonksiyonunu değiştiren mutantlarla karşılaştırmak için kullanılabilecek basit bir tahlil sunulmaktadır.
Sırasıyla kolinerjik ve GABAerjik motor nöronlardan alınan uyarıcı ve inhibitör girdiler, C. elegans vücudunun bir tarafındaki kasların kasılmasına neden olurken, diğer taraftaki kaslar gevşeyerek koordineli hareketsağlar 6. Paraziter nematod enfeksiyonlarını tedavi etmek için kullanılan antelmintik bir ajan olan levamisol, vücut duvarı kaslarındaki bir AChR sınıfına bağlanır ve yapısal olarak aktive eder ve zamana bağlı felç7 ile sonuçlanır. Bu nedenle, levamisol’a karşı değiştirilmiş duyarlılık,uyarıcı ve inhibitör sinyal dengesindeki kusurları olan C. elegans’ı tanımlamak için kullanılabilir 7,8,9,10,11,12,13,14,15. Örneğin, UNC-63 gibi levamisol duyarlı AChR’nin (L-AChR) alt birimlerindeki mutasyonlar ve sinapsta L-AChR kümelenmesi için gerekli olan Cubilin’in C. elegans homologu, LEV-10, uyarıcı sinyallemeyi etkiler ve levamisol direnci 7,8 ile sonuçlanır. GABAA reseptörü UNC-49’daki mutasyonlar, inhibitör sinyalleşmeyi azaltır ve levamisol12’ye aşırı duyarlılığa neden olur.
Levamisol’a aşırı duyarlılık veya direnç geleneksel olarak hayvanları levamisol içeren agar plakalarına aktararak ve daha sonra felcin meydana geldiği zaman noktasını belirlemek için solucanları düzenli olarak teşvik ederek değerlendirilmiştir13,14,15. Hayvanların fiziksel manipülasyon ihtiyacını ortadan kaldıran ve sadece 1 saatte yüzlerce hayvanın taranmasına izin veren sıvı bir levamisol yüzme testi geliştirdik. Burada, bu tahlilin vahşi tip, unc-63 (x26), lev-10 (x17) ve unc-49 (e407) hayvanlarla kullanımı açıklanmaktadır. Bununla birlikte, bu protokol, değiştirilmiş levamisol duyarlılığı11 için genom çapında bir RNAi ekranında tanımlanan nakavtları doğrulamak için yapıldığı gibi, RNAi’ye maruz kalan C. elegans üzerinde de gerçekleştirilebilir.
Bu farmakolojik analiz için, solucanlar 24 kuyucuklu plakalarda yetişkinliğe kadar yetiştirildi, her bir kuyucuğa M9 tamponunda 0.4 mM levamisol eklendi ve hareketli hayvanların sayısı 1 saat boyunca her 5 dakikada bir kaydedildi. Levamisol kaynaklı felç zamanla görsel olarak gözlendi ve tahlilin tamamlanmasından sonra veriler ölçüldü. Vahşi tip C. elegans ile birlikte mutantların değerlendirilmesi, öğrencilerin önce potansiyel fenotipik etkiler hakkında tahminlerde bulunmalarını ve daha sonra hipotezlerini test etmek için deneyler yapmalarını sağlar. Sonuç olarak, bu basit, ucuz, sıvı levamisol testi, spesifik genlerin kaybının NMJ fonksiyonu üzerindeki etkisini göstermek için ideal bir yoldur.
Levamizol’e verilen değişmiş yanıt, postsinaptik kolinerjik sinyalizasyon ve kas fonksiyonu için gerekli genleri tanımlayabilir. Buradaki protokol, zamana bağlı felci 1 saatlik bir süre boyunca ölçmek için kullanılan bir sıvı levamisol testini tanımlamaktadır. Öğrenciler belirli genetik mutasyonların etkileri hakkında tahminlerde bulunurlar, büyük örneklem büyüklüğünde bir deney yaparlar ve daha sonra sonuçlarını ölçerler. Bu tahlil, levamisol kaynaklı felci hayvanları toplamadan veya üretmeden ölçmenin basit ve etkili bir yoludur, bu da onu lisans laboratuvarları ve nöromüsküler iletimi inceleyen araştırmacılar için uygun hale getirir. Burada tartışılanlar, en yaygın tuzaklardan bazıları, tahlilin sınırlamaları ve RNAi nakavt hayvanlarıyla kullanımını sağlayan protokoldeki bir varyasyondur; Ayrıca burada bu tahlilin ders tabanlı bir lisans araştırma deneyimine nasıl yerleştirilebileceği de tartışılmaktadır.
24 delikli plakaların uygun şekilde hazırlanması esastır. İlk olarak, kuyucuklarda L1 hayvanlarını tespit etmeden önce bakteriyel çimler tamamen kuru olmalıdır. Yeterince kurutulmazsa, bakteriler tahlil sırasında levamisol çözeltisi ile karışır, sıvıyı bulanıklaştırır ve bireylerin solucanları saymasını önler. İkincisi, solucanları ağartıcı hazırlığı ile senkronize ederken, hayvanlar ağartıcı çözeltisine çok uzun süre maruz bırakılmamalıdır, çünkü bu yumurtaların üzerindeki koruyucu kaplamanın parçalanmasına neden olacaktır. Üçüncüsü, kuyu başına sadece 20-30 L1 tespit etmek çok önemlidir, çünkü kuyulardaki çok fazla solucan, ayrılan sürede hareket eden sayıyı doğru bir şekilde saymayı son derece zorlaştırır. Son olarak, plakaların hazırlanması sırasında aseptik bir tekniğin sürdürülmesi önemlidir, çünkü kirlenmiş kuyular test edilemez.
Bu tahlili yaparken göz önünde bulundurulması gereken birkaç sınırlama vardır. İlk olarak, her 5 dakikada bir her kuyucuktaki hareketli solucanların sayısını saymak, daha önce laboratuvar deneyimine sahip olmayan bireyler için çok zor olabilir ve bu da kesin olmayan veri toplamaya yol açabilir. İlaç duyarlılığını belirlemek için kullanılan diğer tahlillere gelince 18,19, bu deney daha az zaman noktası ile gerçekleştirilebilir. İkincisi, bir ağartıcı hazırlığından izole edilen aç L1’lerin kaplanması, senkronize bir popülasyon elde etmek için kolay bir yöntemdir; Bununla birlikte, gelişimsel zamanlama test edilen suşlar arasında farklılık gösteriyorsa ayarlamalar yapılmalıdır. Bu tahlil için dördüncü larva evre hayvanlarını (L4’ler) 24 kuyucuklu bir plakaya seçmek mümkündür; ancak, birçok plaka hazırlarken, bu çok emek yoğundur. Alternatif olarak, her bir suşun L4’e ulaşması için gereken süreyi belirlemeli ve daha sonra olgunlaşma hızındaki farklılıkları ayarlamak için L1’leri farklı zamanlarda kuyucuklara yerleştirmelidir. Son olarak, bu tahlil postsinaptik kas fonksiyonu11 için önemli olan yeni genleri tanımlamak için kullanılabilirken, değişmiş levamisol yanıt, presinaptik genlerin mutasyonu veya RNAi nakavtından da kaynaklanabilir12. Değişmiş levamisol duyarlılığı gözlenirse, bu fenotipin nedenini belirlemek için ek deneyler yapılmalıdır.
24 kuyucuklu plakalarda birkaç değişiklik yaparak, tarif edilen levamisol yüzme testi, RNAi nakavt hayvanlarında da yapılabilir11. RNAi yoluyla gen nakavtı, ilgilenilen gene karşılık gelen çift sarmallı RNA’yı eksprese eden C. elegans bakterilerinin beslenmesiyle sağlanabilir20. RNAi plakalarının hazırlanması için, otoklavdan çıkarıldıktan sonra bir litre ortam başına 1 mL 1M IPTG ve 1 mL 25 mg / mL karbenikilin eklenmelidir. Bakteri kültürleri, tek bir koloninin 3 mL LB suyu artı 3 μL 25 mg / mLkarbenisilin içine toplanması ve gece boyunca 37 ° C’de çalkalanması ile yetiştirilir ve kuyucuklarda farklı bakteriler tespit edildiğinde plaka haritası yapılır. C. elegans , tarif edildiği gibi ağartıcı hazırlığı ile senkronize edilir; Bununla birlikte, RNAi aşırı duyarlı eri-1 (mg366) suşu, gen nakavtını arttırmak için vahşi tip yerine kullanılmalıdır. RNAi nakavtları, fonksiyon kaybı mutantları için gözlenen aynı levamisol fenotiplerine neden olur11.
Burada sunulan protokol, laboratuvar araştırmalarında, lisans laboratuvarında bağımsız bir deney olarak veya temel C. elegans tekniklerine ve nöromüsküler fonksiyona giriş olarak ileri bir lisans dersinin açılış haftalarında kullanılabilir. Daha gelişmiş bir keşif temelli derste, öğrenciler bu testi, miyastenik sendromları, kas distrofileri veya miyopatileri olan bireylerde mutasyona uğramış genlerin C. elegans homologlarının kaybının levamisol duyarlılığını değiştirip değiştirmediğini belirlemek için kullanabilirler. Sonuç olarak, bu basit, ucuz levamisol duyarlılık testi, NMJ’de sinyalizasyon hakkında bilgi edinmek ve C. elegans model sistemi ile çalışma deneyimi kazanmak için uygulamalı bir yaklaşım sunmaktadır.
The authors have nothing to disclose.
Delaware Üniversitesi’ndeki BISC413 İleri Genetik Laboratuvarı’nda (Bahar 2022) genotipe kör Şekil 2B, C’deki verileri toplayan Riya Dattani ve Lauren Hogstrom’a teşekkür ederiz. BISC413 ders tabanlı lisans araştırma deneyimi (CURE) hakkında ek bilgi ve J. Tanis tarafından tasarlanan laboratuvar el kitabına erişim talep üzerine mevcuttur. Nematod suşları, NIH-ORIP (P40 OD010440) tarafından desteklenen Caenorhabditis Genetik Merkezi tarafından sağlanmıştır. Bu çalışma P20 GM103446 Delaware INBRE Mentored CURE Ödülü (J.E.T.’ye) ile desteklenmiştir.
60 mm non-vented, sharp edge Petri Dishes | TriTech Research | Cat #: T3308 | |
BD Difco Bacto Agar | Fisher Scientific | Cat#: DF0140-01-0 | |
BioLite 24 Well Multidish | Fisher Scientific | Cat#:12-556-006 | |
Calcium Chloride Dihydrate | Fisher Scientific | Cat#: BP510-500 | |
Cholesterol | MP Biomedicals | Cat#: 02101382-CF | |
eri-1(mg366) | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | GR1373 | |
Gibco Bacto Peptone | Fisher Scientific | Cat#: DF0118-17-0 | |
Gibco Bacto Tryptone | Fisher Scientific | Cat#: DF0123-17-3 | |
GraphPad Prism (Statistical software) | GraphPad Software, Inc. | ||
lev-10(x17) | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | ZZ17 | |
Levamisole hydrochloride | Fisher Scientific | Cat#: AC187870100 | |
Low Splash Regular Bleach – 121oz – up & up | Target | Search target.com | |
Magnesium Sulfate Heptahydrate | Fisher Scientific | Cat#: BP213-1 | |
Microsoft Excel | Microsoft, Inc | ||
N2 wild type | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | Bristol N2 | |
OP50 E. coli | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | OP50 | |
Potassium Phosphate Dibasic | Fisher Scientific | Cat#: BP363-1 | |
Potassium Phosphate Monobasic | Fisher Scientific | Cat#: BP362-500 | |
Sodium Chloride (NaCl) | Fisher Scientific | Cat#: BP358-1 | |
Sodium Hydroxide 10N | Fisher Scientific | Cat#: SS255-1 | |
Sodium Phosphate Dibasic | Fisher Scientific | Cat#: BP332-1 | |
unc-49(e407) | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | CB407 | |
unc-63(x26) | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | ZZ26 |