כאן, פרוטוקולים מתוקננת מוצגים כדי להעריך את האינדוקציה של תגובת הלם חום (HSR) בתוך האלגיה Caenorditis באמצעות RT-qpcr ברמה המולקולרית, כתבים פלורסנט ברמה התאית, ו thermorecovery אוד ברמה ארגונית.
תגובת הלם חום (HSR) היא תגובה לחץ הסלולר הנגרמת על ידי מעוות חלבון ציטוסולג כי פונקציות כדי לשחזר חלבון קיפול הומאוסטזיס, או פרוטאוסטזיס. המחוז המרכזי תופס נישה ייחודית ורבת עוצמה למחקר hsr משום שניתן להעריך את hsr ברמות המולקולריות, הסלולר והאורגמטיות. לכן, שינויים ברמה המולקולרית יכולים להיות מדמיינו ברמה התאית וההשפעות שלהם על הפיזיולוגיה ניתן לכמת ברמה ארגונית. בעוד שהוא אומר למדידת HSR הם פשוטים, וריאציות בעיתוי, טמפרטורה, ומתודולוגיה המתוארת בספרות להפוך אותו מאתגר להשוות את התוצאות על פני הלימודים. יתר על כן, בעיות אלה לשמש מחסום עבור כל מי שמבקש לשלב ניתוח HSR למחקר שלהם. כאן, סדרה של פרוטוקולים מוצגת עבור מדידת אינדוקציה של HSR באופן חזק ומלא לשחזור עם RT-qPCR, כתבים פלורסנט, והוא מאוד שיטת אורגוריאלית. בנוסף, אנו מראים כי שימוש נרחב עמידות לשימוש תרמי אינו תלוי הרגולטור הראשי הוקמה היטב של HSR, HSR-1, ולכן לא צריך לשמש עבור מחקר HSR. לבסוף, וריאציות אלה מספרים שנמצאו בספרות הם דנו ושיטות הטובה ביותר מוצעות כדי לסייע לתקנן את התוצאות ברחבי השדה, בסופו של דבר הקלה על מחלות ניווניות, הזדקנות, ו HSR מחקר.
תגובת הלם חום (HSR) היא תגובת מתח הסלולר אוניברסלי הנגרמת על ידי מתקפל חלבון ציטוסולג שנגרמו על ידי עליות טמפרטורה ומדגיש פרוטאורעילים אחרים. הפעלת HSR באוניברסיטת Caenorditis מובילה לupregulation של גנים זעזועים חום כגון hsr-70 ו -hsr-16.2. הרבה חלבונים בהלם חום (HSPs) פונקציה כמו המלווים מולקולריים כי לשחזר חלבון קיפול הומאוסטזיס, או פרוטאוסטזיס, על ידי אינטראקציה ישירה עם חלבונים שאינם מקופלים או פגומים. הרגולטור הראשי של HSR הוא גורם שעתוק הלם חום פקטור 1 (HSR-1), אשר ההפעלה שלו נשלטת באלגנטיות באמצעות מנגנונים מרובים1.
התפקיד של HSF-1 אינו מוגבל ללחץ. HSF-1 נדרש עבור צמיחה ופיתוח נורמלי, כמו מחיקה של hsf-1 מוביל זחל מעצר2. HSF-1 חשוב גם במהלך הזדקנות מחלות ניווניות הקשורות לגיל המאופיינת הצטברות של אגרגטים חלבון חוסר יכולת לשמור על פרוטאוסטזיס. נוק של hsf-1 גורם הצטברות של אגרגטים חלבון ותוחלת חיים מקוצר, בעוד הבעות יתר של hsf-1 מפחית את צבירת החלבון ומרחיב את תוחלת החיים3,4. לכן, התקנה של HSF-1 ברמה המולקולרית יש השלכות נרחבות עבור פיזיולוגיה ומחלות ארגונית.
ג. אלגיה הוא אורגניזם מודל רב-עוצמה עבור מחקר hsr מכיוון שניתן למדוד את hsr ברמות המולקולריות, הסלולר והאורגאממל4,5,6. הדגשת העוצמה של מודל זה, מקדמות מפתח בתיחום מסלול hsr, כגון הבדלים ספציפיים לרקמות ב hsr רגולציה, נתגלו ב -C. אלגיה7,8. יתר על כן, C. אלגיה משמש רבות עבור הזדקנות מחקר היא מערכת המתעוררים עבור דוגמנות מחלות הקשורות הפרעה פרוטאוסטזיס.
למרות שנסיונות התחשמלות עם הג יכולים להיות מהירים ומתכווצים, ישנן מספר שאלות שכדאי לשקול לפני תחילת הפעולה. לדוגמה, באיזו טמפרטורה יש להשתמש עבור אינדוקציה של HSR וכמה זמן יש לחשוף את התולעים? האם עדיף להשתמש באינקובטור יבש או באמבט מים? באיזה שלב התפתחותי יש להשתמש? למרבה הצער, המתודולוגיות המשמשות לחקירת ה-HSR משתנים באופן נרחב מהמעבדה למעבדה, גרימת בלבול בעת בחירת המתודולוגיות הטובות ביותר ומקשה על השוואת התוצאות ברחבי השדה.
אנו מציגים פרוטוקולים חזקים וסטנדרטיים עבור שימוש RT-qPCR, כתבים פלורסנט, ו thermorecovery למדוד את HSR. בעוד ששלושת הגישות הללו משלימות, לכל אחד מהם יתרונות וחסרונות ייחודיים. לדוגמה, RT-qPCR היא המדידה הישירה והכמותית ביותר של HSR, ואת האפשרות הזו ניתן להרחיב בקלות כדי לכלול רבים שונים הלם חום-inducible גנים. עם זאת, RT-qPCR הוא היקר ביותר, יכול להיות קשה טכנית, והוא דורש שימוש בציוד מיוחד. לעומת זאת, כתבים פלורסנט יש את היתרון של מדידת הבדלים ספציפיים לרקמות ב HSR אינדוקציה. עם זאת, הם קשים לכמת במדויק, יכול רק למדוד אינדוקציה מעל לסף מסוים, ולדרוש שימוש במיקרוסקופ פלואורסצנטית. בנוסף, זנים העיתונאי תיאר כאן הם מתעכבת באמצעות פיתוח בהשוואה למתח N2 סטנדרטי. למרות זנים כתבת חדשים המכילים העתק יחיד transgenes זמינים, הם לא נבדקו כאן9. הבחינה השלישית, thermorecovery אוד, יש את היתרון של מתן הבדיקה הרלוונטית מבחינה פיזיולוגית ברמה ארגונית. עם זאת, הספק הזה הוא ללא ספק הרגיש לפחות ועקיף ביותר. בסופו של דבר, אנו דנים כמה וריאציות נפוצות שנמצאו אלה מספר ולהציע סט של שיטות עבודה מומלצות כדי להקל על המחקר בתחום זה.
בספרות מגוון רחב של טמפרטורות, שעות וציוד שימשו לצורך שיטת ה-HSR, אשר הציגה אזהרות מיותרות והובילה לקושי בהשוואת התוצאות בין מעבדות. לדוגמה, הטמפרטורות הנעות ממקום העולה מ-32-37 ° צ’ ושעות מ-15 דקות עד מספר מעלות שימשו לזירוז ה-HSR15. עם זאת, הוא דיווח כי המאליות מתרחשת מוקדם ככל 3 h ב 37 ° c עבור כל השלבים ו 1.5 h עבור יום 1 מבוגרים15. יתר על כן, אנו מראים כי חשיפה של תולעים כדי 35 ° צ’ צלזיוס גורם הלליות כי הוא לא HSF-1 תלוי, מה שהופך את התנאים האלה מתאים בצורה גרועה עבור ניתוח של HSF. לעומת זאת, הלם חום של 33 ° c עבור 1 h הוא חזק מספיק כדי לעורר אינדוקציה חזקה של גנים זעזועים חום, עדיין מתון מספיק כדי לא להשפיע על הכדאיות תולעת. אכן, חשיפה 33 ° c עבור כל עוד 6 h גורם רק 20% של תולעים להציג תנועה נורמלית. לכן, אנו מציעים באמצעות טמפרטורה של 33 ° c וזמן של 1 h כתנאי מתוקננת עבור RT-qPCR וכתבת פלורסנט.
ניסויים אחרונים חשפו כי היערכות התפתחותית של תולעים עבור ניסויים HSR חשוב במיוחד. לאחרונה הוכח כי ב -C. אלגיה התעשייה של ירידות hsr (כלומר, קורסת) על-ידי > 50% כאשר הדו הדו מתחיל הטלת ביצה5. היערכות נכונה של התולעים היא קריטית משום שלעתים קרובות יש הבדלים בעיתוי התפתחותי בזנים הנושאים מוטציות. אם נעשה שימוש במוטציות רגישות לטמפרטורה, זה ישפיע גם על התוצאות אם הם אינם מסונכרנים על ידי גיל הרבייה שלהם. לכן, מומלץ למדוד בזהירות את התחלתה של ביצים הטלת על כל זן כדי לקבוע מתי ההתמוטטות מתרחשת. חלון הזמן לאחר L4 נשירה ולפני החניכה של בגרות הרבייה הוא צר; לכן, יש לנקוט בטיפול כך שקריסת HSR לא תגרום לשינויים בשוגג בתוצאות.
בנוסף לתזמון התפתחותי, שינויים קטנים באופן מפתיע בטמפרטורה, מעט כמו 1 ° c, יכולים להיות השפעות משמעותיות על HSR. לדוגמה, הנוירונים התרמוחושיים בג הם רגישים לשינויי טמפרטורה קטנים כמו ± 0.05 ° c16. לכן, זה הכרחי להשתמש במדחום שיכול למדוד במדויק את הטמפרטורה. לכן, אנו מציעים בצורה הטובה ביותר את השימוש במכשיר מכויל עבור מדידת טמפרטורה כי הוא מדויק מספיק כדי למדוד טמפרטורות בתוך ± 0.1 ° c. יתר על כן, מד חום עם פונקציונליות של רישום נתונים יש להשתמש כדי למדוד וריאציות טמפרטורה לאורך זמן. חממות רבות מצוינות יש וריאציות תרמית של יותר מ 1 ° c בחלקים שונים של החממה ועל פני הזמן, אשר יכול להיות השפעות משמעותיות על ניסויים HSR. כפרקטיקה הטובה ביותר, אנו מציעים באמצעות אינקובטורים בעלי בידוד ומחזור מספיקים כדי למזער תנודות בטמפרטורה. לביצוע ניסויים בהלם חום, אנו מציעים את השיטה הטובה ביותר של אמבט מים מחזורי. הזמן שלוקח לצלחת אגר להגיע לטמפרטורה הרצויה הוא כ 6-7 דקות באמבט מים, אך עוד הרבה יותר בחממה יבשה15,17. עם זאת, אם מקלחת מים מחזורי אינו זמין, הראינו כי אינדוקציה HSR חזקה גם מתרחשת בחממה יבש באמצעות התנאים שלנו. אם נעשה שימוש בחממה יבשה, יש למזער את פתיחת החממה למשך זמן הלחץ.
הוא מבוסס היטב כי אינדוקציה גנים הלם חום תלויה הרגולטור הראשי של HSR, HSR-1. כאן, אנו מציגים ראיות כי שתי היתר עקיף יותר, כתבים פלורסנט ו thermorecovery אוד, תלויים גם ב-HSF-1. באופן משמעותי, מצאנו כי שימוש נפוץ אורגנטימאל בשימוש, התרמוסובלנות, הוא לא HSF-1 תלוי באמצעות hsf-1 Rnai (איור 4). תוצאות דומות דווחו בעבר באמצעות המוטציה hsf-1 או המוטציה ttx-3 , אשר חוסם את hsf18,19,20. ביחד, התוצאות הללו מעידות על כך שאין להשתמש בהצריכה התרמוסבילות עבור מחקר HSR. יתר על כן, זה מרמז כי השיטה הטובה ביותר היא לבחון את התלות HSF-1 עבור כל שיטה המשמשת למדידת HSF.
יחד, אנו מציגים סדרה של פרוטוקולים סטנדרטיים השיטות הטובות ביותר עבור מדידה חזקה ומתוכלת של HSR אינדוקציה C. אלגיה. אנו מקווים כי מתודולוגיות אלה תפחית את השונות בניסויים HSR ולהגדיל את התוכסות. הקלה על השוואות ישירות של מחקר HSR בין מעבדות תשמש להאצת מחקר בשדה HSR. יתר על כן, סטנדרטיזציה יהיה להועיל מחקר להזדקנות מחלות ניווניות שבהם HSR קשורה באופן אינטימי.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו תמכה בתרומה מפרנק לסלי. זנים מסוימים סופקו על ידי CGC, אשר ממומן על ידי משרד NIH תוכניות תשתית מחקר (P40 OD010440).
18S-forward primer | TTGCGTCAACTGTGGTCGTG | ||
18S-reverse primer | CCAACAAAAAGAACCGAAGT CCTG |
||
AM446 rmIs223[phsp70::gfp; pRF4(rol-6(su1006))] | Morimoto lab | http://groups.molbiosci.northwestern.edu/morimoto/ | |
C12C8.1-forward primer | GTACTACGTACTCATGTGTCG GTATTT |
||
C12C8.1-reverse primer | ACGGGCTTTCCTTGTTTTCC | ||
CFX Connect Real-Time PCR Detection System | Bio Rad | 1855200 | |
CL2070 dvIs70 [hsp-16.2p::GFP + rol-6(su1006)] | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | https://cgc.umn.edu/ | |
EasyLog Thermistor Probe Data Logger with LCD | Lascar | EL-USB-TP-LCD | |
Greenough Stereo Microscope S9i Series | Leica | ||
Hard Shell 96 Well PCR Plates | Bio Rad | HSS9601 | |
hsp-16.2-forward primer | ACTTTACCACTATTTCCGTCC AGC |
||
hsp-16.2-reverse primer | CCTTGAACCGCTTCTTTCTTTG | ||
iScript cDNA Synthesis Kit | Bio Rad | 1708891 | |
iTaq Universal Sybr Green Super Mix | Bio Rad | 1725121 | |
Laser Scanning Confocal Microscope | Nikon | Eclipse 90i | |
MultiGene OptiMax Thermo Cycler | Labnet | TC9610 | |
N2 (WT) | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | https://cgc.umn.edu/ | |
Nanodrop Lite Spectrophotometer | Thermo Scientific | ND-LITE | |
Parafilm M Roll | Bemis | 5259-04LC | |
RapidOut DNA Removal Kit | Thermo Scientific | K2981 | |
Recirculating Heated Water Bath | Lauda Brinkmann | RE-206 | |
Traceable Platinum Ultra-Accurate Digital Thermometer | Fisher Scientific | 15-081-103 | |
TRIzol Reagent | Invitrogen | 15596026 | RNA isolation reagent |
TurboMix Attachment | Scientific Industries | SI-0564 | |
Vortex-Genie 2 | Scientific Industries | SI-0236 |