本方案描述了一种测定以确定对左旋咪唑的反应,左旋咪唑是一类 秀丽隐杆线虫乙酰 胆碱受体的药理激动剂。在这种液体左旋咪唑游泳测定中,研究人员目视观察和定量在24孔板中培养的动物的时间依赖性麻痹。
在神经肌肉接头(NMJ)处,兴奋性神经递质乙酰胆碱(ACh)与突触后受体的结合导致肌肉收缩。与脊椎动物骨骼肌一样,运动需要模型生物 秀丽隐杆线虫 的体壁肌肉中的胆碱能信号传导。暴露于左旋咪唑,一种体壁肌肉上一类ACh受体的药理激动剂,导致野生型动物的时间依赖性麻痹。对左旋咪唑的敏感性改变提示 NMJ 信号传导或肌肉功能存在缺陷。这里,提出了在24孔板中生长的 秀丽隐杆线虫 上进行液体左旋咪唑测定的方案。动物在液体中剧烈游泳,可以在一小时内评估和定量数百种蠕虫的左旋咪唑诱导的麻痹,而无需进行物理操作。该程序可用于改变对左旋咪唑敏感性的野生型和突变体,以证明NMJ信号改变的功能后果。
突触后乙酰胆碱受体(AChR)在骨骼肌上的激活导致电信号,导致肌肉收缩。神经肌肉功能的破坏导致人类肌无力综合征和肌肉萎缩症1,2,3,4。线虫 秀丽隐杆线虫 已被广泛用于了解进化保守的基本生物学过程和疾病机制。脊椎动物骨骼肌和 秀丽隐杆线虫 体壁肌肉在运动控制5中在功能上是等效的。这里提出了一个简单的测定方法,可用于比较野生 型秀丽隐杆线虫 与改变神经肌肉信号传导或肌肉功能的突变体。
分别从胆碱能和GABA能运动神经元接收到的兴奋性和抑制性输入导致秀丽隐杆线虫身体一侧的肌肉收缩,而另一侧的肌肉放松,从而实现协调运动6。左旋咪唑是一种用于治疗寄生性线虫感染的驱虫剂,与体壁肌肉上的一类AChr结合并组成性激活,导致时间依赖性麻痹7。因此,改变对左旋咪唑的敏感性可用于识别秀丽隐杆线虫在兴奋性和抑制性信号传导7,8,9,10,11,12,13,14,15的平衡中存在缺陷。例如,左旋咪唑敏感的AChR(L-AChR)亚基的突变,如UNC-63,以及长杆线虫同源物Cubilin,LEV-10,这是突触处L-AChR聚类所必需的,影响兴奋性信号传导并导致左旋咪唑抗性7,8。GABAA受体UNC-49的突变会降低抑制性信号传导并导致对左旋咪唑12的超敏反应。
传统上,对左旋咪唑的超敏反应或耐药性的评估方法是将动物转移到含有左旋咪唑的琼脂平板上,然后定期刺激蠕虫以确定瘫痪发生的时间点13,14,15。我们开发了一种液体左旋咪唑游泳测定法,无需对动物进行物理操作,并允许在短短1小时内筛选数百只动物。在这里,描述了该测定法与野生型,unc-63(x26),lev-10(x17)和unc-49(e407)动物的使用。然而,该协议也可以在暴露于RNAi的秀丽隐杆线虫上进行,就像验证在全基因组RNAi筛选中鉴定的左旋酰胺敏感性改变11所做的那样。
对于该药理学测定,蠕虫在24孔板中生长至成年期,向每个孔中加入M9缓冲液中的0.4mM左旋咪唑,并且每5分钟记录一次移动动物的数量,持续1小时。随着时间的推移,目视观察左旋咪唑诱导的麻痹,并在测定完成后对数据进行定量。对突变体以及野生 秀丽隐杆线虫 的评估允许学生首先对潜在的表型效应进行预测,然后进行实验来测试他们的假设。总之,这种简单,廉价的液体左旋咪唑测定是证明特定基因丢失对NMJ功能影响的理想方法。
改变对左旋咪唑的反应可以识别突触后胆碱能信号传导和肌肉功能所需的基因。此处的方案描述了一种液体左旋咪唑测定法,用于定量1小时内的时间依赖性麻痹。学生对某些基因突变的影响进行预测,进行大样本量的实验,然后量化他们的结果。该测定是一种简单,有效的方法来定量左旋咪唑诱导的麻痹,而无需挑选或刺激动物,使其适用于本科实验室以及研究神经肌肉传播的研究人员。这里讨论的是一些最常见的陷阱,测定的局限性,以及使其能够用于RNAi敲低动物的方案的变体;这里还讨论了如何将该测定嵌入到基于课程的本科研究体验中。
正确制备24孔板至关重要。首先,细菌草坪在井中发现L1动物之前必须完全干燥。如果干燥不够,细菌在测定过程中与左旋咪唑溶液混合,使液体浑浊并防止个体能够计数蠕虫。其次,当通过漂白剂制备同步蠕虫时,动物不得长时间暴露在漂白剂溶液中,因为这会导致卵上的保护涂层分解。第三,每口井只能发现20-30个L1至关重要,因为井中的蠕虫太多使得准确计算在分配的时间内移动的数量变得非常困难。最后,在制备板的过程中保持无菌技术非常重要,因为污染的孔无法进行测定。
进行该测定时必须考虑一些限制。首先,对于缺乏先前实验室经验的人来说,每5分钟计算一次每个孔中移动蠕虫的数量可能是压倒性的,这可能导致数据收集不精确。至于用于确定药物敏感性18,19的其他测定,该实验可以在较少的时间点进行。其次,从漂白剂制备中分离出饥饿的L1的电镀是获得同步种群的简单方法;然而,如果所检测菌株之间的发育时间不同,则必须进行调整。可以将晚期第四幼虫阶段动物(L4s)采摘到24孔板中进行测定;然而,在准备许多盘子时,这太劳动密集型了。或者,应确定每个菌株达到L4所需的时间长度,然后在不同时间将L1放入孔中以调整成熟速度的差异。最后,虽然该测定可用于鉴定对突触后肌肉功能11重要的新基因,但左旋咪唑反应的改变也可以由突触前基因12的突变或RNAi敲低引起。如果观察到左旋咪唑敏感性改变,则必须进行其他实验以确定该表型的原因。
通过对24孔板进行一些修饰,所述的左旋咪唑游泳测定也可以对RNAi敲低动物11进行。通过RNAi的基因敲低可以通过喂养秀 丽隐杆线虫 细菌来实现,这些细菌表达与目的基因20相对应的双链RNA。对于RNAi板的制备,从高压灭菌器中取出后,每升培养基必须加入1mL 1M IPTG和1mL 25mg / mL卡本霉素。通过将单个菌落放入3mLLB肉汤中加3μL25mg / mL卡本西林并在37°C下振荡过夜来生长细菌培养物,并在孔中发现不同细菌时制作平板图。 秀丽隐杆线虫 通过漂白剂制备同步,如上所述;然而,应使用RNAi超敏 eri-1(mg366) 菌株代替野生型来增加基因敲低。RNAi敲低导致与功能丧失突变体11相同的左旋咪唑表型。
这里介绍的协议可用于实验室研究,作为本科实验室的独立实验,或在高级本科课程的开始几周内作为基本 秀丽隐杆线虫 技术和神经肌肉功能的介绍。在更高级的基于发现的课程中,学生可以使用该测定来确定在患有肌无力综合征,肌肉萎缩症或肌病的个体中突变的基因秀 丽隐杆线虫 同源物的丢失是否会改变左旋咪唑敏感性。总之,这种简单,廉价的左旋咪唑敏感性测定提供了一种实践方法,用于学习NMJ的信号传导并获得使用 秀丽隐杆线虫 模型系统的经验。
The authors have nothing to disclose.
我们感谢里亚·达塔尼和劳伦·霍格斯特罗姆,他们在特拉华大学的BISC413高级遗传学实验室(2022年春季)收集了 图2B,C 中对基因型失明的数据。有关基于BISC413课程的本科生研究体验(CURE)的更多信息,以及J.Tanis设计的实验室手册的访问,可根据要求提供。线虫菌株由 卡诺哈布蒂斯 遗传学中心提供,该中心由NIH-ORIP(P40 OD010440)支持。这项工作得到了P20 GM103446特拉华州英布雷指导治疗奖(J.E.T.)的支持。
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 |