Questo protocollo descrive come studiare processi cellulari durante la conversione di destino delle cellule in Caenorhabditis elegans in vivo. Utilizzo di animali transgenici, permettendo la sovraespressione di promotore-driven shock termico il neurone destino-induzione del fattore di trascrizione-1 e lo svuotamento RNAi-mediata della cellula di germe di LIN-53 della cromatina-Regolazione fattore di riprogrammazione del neurone può essere osservato in vivo.
Studiare i processi biologici delle cellule durante la conversione l’identità dei tipi cellulari specifici fornisce le comprensioni importanti nel meccanismo che mantengono e proteggono le identità cellulare. La conversione delle cellule di germe in neuroni specifici nel nematode Caenorhabditis elegans (c. elegans) è un potente strumento per l’esecuzione di schermi genetici al fine di sezionare vie regolarici che salvaguardare le identità cellulari stabilizzate. Riprogrammazione delle cellule di germe in un tipo specifico di neuroni chiamati ASE richiede animali transgenici che permettono ampia sovra-espressione della trascrizione Zn-dito fattore (TF)-1. Endogena-1 è espresso esclusivamente nei due neuroni testa e viene richiesto di specificare il destino di neuroni glutamatergici ASE, che possa essere facilmente visualizzato dal reporter gcy-5prom::gfp . Un gene di trans che contiene il costrutto di espressione genica di shock termico promotore-driven -1 permette ampia mis-espressione di-1 nell’animale intero previo trattamento di scossa di calore. La combinazione di RNAi contro il fattore di regolazione della cromatina LIN-53 e la sovra-espressione indotta da calore-shock -1 conduce alla riprogrammazione di cellule germinali in cellule del neurone-come ASE. Descriviamo qui la procedura specifica di RNAi e condizioni adeguate per il trattamento di shock termico di animali transgenici per indurre con successo delle cellule di germe alla conversione del neurone.
Cellulari destino riprogrammazione di espressione ectopica di TF come myogenic MyoD di TF, che, quando sovraespresso, fibroblasti converte direttamente nel muscolo-come le cellule1, è stato un fuoco di ricerca per decenni. Tuttavia, le cellule differenziate sono spesso refrattari a questo processo, a causa di meccanismi che salvaguardare la loro identità cellulare. Cellule germinali mostrano un grado di protezione simile e ci sono meccanismi di fondo che spesso agiscono come una barriera per impedire la conversione delle cellule di germe in altri tipi di cella su over-espressione di un TF destino-induzione. In genere, regolazione epigenetica quali modificazioni istoniche e struttura della cromatina impone un impedimento per la conversione di cella destini2,3. Abbiamo precedentemente applicato genetica inversa mediante RNAi knock-down in c. elegans e identificato i fattori che salvaguardare identità cellulare e quindi contrastano la riprogrammazione delle cellule di germe in neuroni4. In particolare, il polycomb repressive complex 2 (PRC2) e il chaperone altamente conservato istone LIN-53 (CAF-1/RBBP/4/7 in esseri umani) impediscono la conversione diretta di cellule germinali in tipi specifici di cellule somatiche come neuroni gusto glutamatergici in c. elegans 4 , 5. per identificare questi fattori barriera di riprogrammazione delle cellule di germe, abbiamo usato animali transgenici che trasportano il shock termico inducibile Zn-dito CHE TF-1. -1 è normalmente espressa in testa due neuroni di c. elegans, dove specifica che il destino di neuroni glutamatergici gusto definito ASE6. Il destino di neurone ASE può essere visualizzato dall’espressione dell’ASE specifiche reporter fluorescente gcy-5prom::gfp. GCY-5 è un chemocettore espresse solo in ASE neurone destro7. Al momento lo svuotamento di lin-53 da RNAi e induzione di ampia espressione ectopica di-1 di scossa di calore, le cellule germinali può essere convertite in neuroni in vivo4,5. D’importanza, il tempismo del trattamento RNAi è cruciale come vermi solo adulti (P0 generazione) esposti a lin-53 RNAi danno luogo agli animali di progenie di F1 con un germline che è permissiva per riprogrammare in neuroni4.
La cellula di germe sopra alla procedura di conversione di neurone in c. elegans può essere utilizzata per studiare una varietà di domande biologiche come l’implicazione delle vie in cella destino riprogrammazione di segnalazione. Per esempio, abbiamo usato la cellula di germe-1-induced riprogrammazione in neuroni ASE su RNAi contro lin-53 al fine di studiare l’implicazione della tacca via nel processo delle cellule di germe riprogrammazione8di segnalazione. Eseguendo doppio RNAi per co-impoveriscono lin-53 e l’istone demetilasi-codifica gene utx-1 abbiamo indicato che la tacca signaling pathway contrasta silenziamento genico mediato da PRC2 attivando l’espressione di UTX-1 sulla linea germinale8 . Questa scoperta dimostra che la conversione delle cellule di germe in neuroni descritti nel presente protocollo potrebbe essere usata per studiare un processo biologico complesso come la riprogrammazione cellulare in un organismo intatto e nel contesto di differenti dello sviluppo e dell’ambiente condizioni. Inoltre, fornisce la prospettiva per sfidare le cellule germinali di sovraesprimere diverso destino-induzione TFs per studiare il loro ruolo nella restrizione di plasticità cellulare9o per valutare il loro potenziale di indurre la riprogrammazione delle cellule di germe di tipi di altre cellule in vivo.
Mentre colture di tessuti dei mammiferi consentire anche lo studio di diversi aspetti della cella destino riprogrammazione, le cellule in coltura hanno una limitata capacità di imitare la segnalazione condizioni di percorso rispetto ad un organismo intatto. Di conseguenza, c. elegans è un modello versatile per l’esame dei ruoli dei vari processi biologici come la tacca di segnalazione durante la riprogrammazione in vivo. Inoltre, è un potente modello per schermi genetici che è relativamente facile da mantenere e modificare geneticamente per i bassi costi.
Mentre il protocollo descritto utilizzando la transgenici c. elegans ceppo BAT28 e RNAi contro lin-53 è semplice, una serie di passaggi è fondamentale in ordine per garantire il risultato previsto di cellule germinali di riprogrammazione del neurone. È importante che il ceppo BAT28 è tenuto a 15 ° C in ogni momento prima gli esperimenti. Durante la manipolazione e manutenzione del ceppo, il tempo a temperature superiori a 15 ° C deve essere ridotto al minimo per quanto possibile. Condizioni di scossa di calore adeguata sono importanti in quanto insufficiente induzione della sovraespressione di -1 non si tradurrà in cellule germinali alla conversione del neurone ASE. Questo può essere rilevato misurando la penetranza di fenotipo come descritto nel protocollo. Ampia di scossa di calore può causare mortalità degli animali. Per esempio, piatti che sono stati collocati vicino le pareti interne o sul terreno di un incubatore di aria statica inferiore spesso esperienza vasta trattamento termico. Pertanto, si consiglia di utilizzare un incubatore di calore ventilati. Inoltre, sincronizzazione dell’induzione shock termico è critica dal sovra-espressione di -1 durante fasi larvali all’inizio poi L3 può portare a induzione ectopico gcy-5prom::gfp nelle regioni differenti del corpo come la vulva (Figura 3) 9. Inoltre, ricca di scossa di calore può essere rilevato dalla penetranza di fenotipo in animali di RNAi vettore vuoto che non si estenda 5% e aumento della auto-fluorescenza di altri tessuti, vale a dire l’intestino.
Sporadicamente, RNAi batteri possono perdere la loro attività per produrre in modo efficiente dsRNA del gene target. Purtroppo, questo non può essere rilevato prima dell’esperimento di RNAi. In tali casi deve essere coltivata una vena fresca dal glicerolo come descritto nella sezione 2 del protocollo. Se c’è ancora nessun RNAi-ha causato pleiotropico fenotipo visibile come il fenotipo pvul causato da successo RNAi contro lin-53, quindi un plasmide isolamento del DNA dei batteri rispettivo deve essere eseguito e fresca HT115 batteri hanno bisogno di essere trasformate con il plasmide L4400 contenente la sequenza di lin-53 .
D’importanza, il ceppo di BAT28 ha un fenotipo rullo causato dall’iniezione marcatore pRF4, che è stato usato durante la transgenesi degli animali con il hsp-16.2prom::che-1 costruzione del DNA. In alcuni casi, gli animali perdono il fenotipo di rotolamento, che può indicare il silenziamento della hsp-16.2prom::che-1 transgene. Per effettuare correttamente il ceppo BAT28, scegli 10 rullo gli animali per un piatto fresco e propagare selezionando per animali di rotolamento.
L’applicazione del protocollo è limitato alla procedura F1 RNAi, che significa che gli animali i cui genitori (P0 generazione) non sono stati esposti a lin-53 RNAi non mostrerà delle cellule di germe per conversione di neurone dovuto materno soccorso4. Procedura alternativa per convertire le cellule germinali in neuroni è stato descritto da Ciosk e colleghi15 mediante RNAi knock-down del gld-1 e mex-3 senza sovra-espressione di un fattore di trascrizione. Tuttavia, i neuroni ottenuti non appartengono a un tipo specifico di neuroni e cellule germinali anche convertire in tipo di muscolo cellule su svuotamento RNAi-mediata di gld-1 e mex-315. In precedenza, è stato dimostrato il RNAi contro lin-53 ammessi conversione delle cellule di germe in GABAergici neurone-come le cellule su over-espressione del fattore di trascrizione homoedomain Pitx-tipo UNC-3016 invece-14 . Per le direzioni future, differenti destino-induzione della trascrizione fattori possono essere testati se lin-53 impoverito le cellule germinali può essere convertita in altri tipi cellulari di neuroni specifici. In questo contesto, l’iperespressione del fattore di trascrizione bHLH miogeniche HLH-1, omologo del mammifero MyoD17, induce la conversione di cellule germinali in muscoli su lin-53 RNAi5. La consolidata riprogrammazione delle cellule di germe per un tipo specifico di cellule somatiche su lin-53 RNAi e sovra-espressione di un fattore di trascrizione che inducono destino appropriato può essere utilizzata per un certo numero di diversi schermi genetici. Tali schermi soppressore o enhancer possono aiutare dissezione vie regolarici che svolgono un ruolo durante la conversione di destino delle cellule.
The authors have nothing to disclose.
Ringraziamo Alina El-Khalili e Martina Hajduskova per assistenza tecnica. Ringraziamo i membri del gruppo Tursun per commenti sul manoscritto. Questo lavoro è stato sponsorizzato dalla ERC-StG-2014-637530 ed ERC CIG PCIG12-GA-2012-333922 ed è supportato da Max Delbrueck centro per medicina molecolare dell’Associazione Helmholtz.
Chemicals | |||
Agar-Agar, Kobe I | Roth | 5210.1 | |
Bactopeptone | A. Hartenstein GmbH | 211 677 | Peptone Media |
Yeast extract | AppliChem | A1552,0100 | |
Amphotericin B | USBiological | A2220 | |
CaCl2 | Merck Biosciences | 208290 | |
Cholesterol | Roth | 8866.2 | |
Gelatine | Roth | 4275.3 | |
IPTG | Sigma | 15502-10G | |
K2PO4 | Roth | T875.2 | |
KH2PO4 | Roth | 3904.2 | |
MgSO4 | VWR | 25,163,364 | |
Na2HPO4 | Roth | P030.1 | |
NaCl | Roth | 9265.1 | |
NaClO | Roth | 9062.3 | |
NaOH (5 N) | Roth | KK71.1 | |
Tris | Roth | AE15.2 | |
Carbenicillin | Roth | 634412 | |
Tetracycline | Roth | 2371.2 | |
Incubators | |||
Incubator | New Brunswick Scientific C24 | M1247-0052 | for heat-shock |
Incubator | Sanyo MIR-5 | 5534210 | for maintenance of worm strains at 15 °C or 25 °C |
Microscopes | |||
Fluorescence microscope | M205 FA | Leica | |
Microscope (Imaging) + camera | Axio Imager 2 | Zeiss | |
Microscope (Imaging) + camera | Sensicam | PCO | |
Stereomicroscope | SMZ745 | Nikon | |
Bacterial strains | |||
Escherichia coli HT115 | F-, mcrA, mcrB, IN(rrnD-rrnE)1, rnc14::Tn10(DE3 lysogen: lavUV5 promoter -T7 polymerase) (IPTG-inducible T7 polymerase) (RNAse III minus). |
||
Escherichia coli OP50 | Uracil auxotroph E. coli strain | ||
Worm strains | |||
BAT28: otIs305 (hsp16.2prom::che-1:: 3xHA) ntIs1 (gcy-5prom::gfp) V. |
derived from OH9846 by 4x times more back crossing with N2 | ||
RNAi Clones | |||
lin-53 | SourceBioscience | ID I-4D14 | Ahringer library 16B07 ChromI, K07A1.12 |
empty vetor: L4440 | Addgene | #1654 | |
Misc. | |||
Worm pick | self-made using a pasteur pipette and a platinum wire |