Summary

В естественных изображений из Dauer конкретным нейронов ремоделирования в C. Элеганс

Published: September 04, 2014
doi:

Summary

Following exposure to specific environmental stressors, the nematode Caenorhabditis elegans undergoes extensive phenotypic plasticity to enter into a stress-resistant ‘dauer’ juvenile stage. We present methods for the controlled induction and imaging of neuroplasticity during dauer.

Abstract

Механизмы, контролирующие вызванное стрессом фенотипическую пластичность у животных часто сложным и трудным для изучения в естественных условиях. Классическим примером индуцированной стрессом пластичности является этап Dauer из C. Элеганс. Dauers являются альтернативой развития личиночной стадии формируются в условиях низких концентраций бактериальной пищи и высоких концентраций DauER феромона. Dauers отображения обширный развития и поведения пластичность. Например, набор из четырех внутренний-губной квадранте (IL2Q) нейроны претерпевают обратимое обширную реконструкцию в процессе формирования DauER. Используя известную запись экологические тропы регулирования DauER, ранее установленного способа для производства сырой DauER феромона от крупномасштабных жидкость нематод культур демонстрируется. С помощью этого метода, концентрации 50000 – 75000 нематоды / мл жидкой культуры является достаточным для получения высокой активностью сырой DauER феромон. Сырой феромон потенция Determined по биоанализе доза-реакция. Наконец, методы, используемые для в естественных условиях покадровой съемки из IL2Qs при формировании DauER описаны.

Introduction

Фенотипический пластичность, в том числе развития и состояния психического пластичности, имеет важное значение для адаптации к неблагоприятным условиям окружающей среды и считается движущей силой в эволюции 1. C. Элеганс является модельным организмом часто используются для исследований в области развития и нейробиологии. В идеальных условиях, C. Элеганс развивается через четыре личиночной стадии перед входом в репродуктивной стадии взрослого. Тем не менее, в условиях низкой доступности пищи и высокой плотностью населения, C. Элеганс могут пройти переключатель с развитием и войти в долгоживущих и стресс-устойчивых этапе DauER 2. Dauers отображать несколько морфологических и поведенческих отличий от не-dauers что, вероятно, опосредующие этот стрессоустойчивость. Экологические сигналы и генетические пути, регулирующие въезд DauER широко описаны 3, 4, 5, 6, 7. Однако молекулярные механизмы, контролирующие отдельные изменения фенотипических которые происходят Dформирование рительными Dauer менее понятны.

Изучение DauER конкретных фенотипов требует производства DauER животных. Это может быть достигнуто тремя способами: 1) Выбор из голодали культуры C. Элеганс, 2) Использование образования DauER конститутивный (DAF-с) мутантов, 3) индукции формирования DauER через очищенной феромона. Это довольно просто подобрать dauers от стандартного NGM пластины с C. население Элеганс, которая исчерпала свой ​​бактериальный продовольственную. В наших руках, стандартный NGM пластины первоначально высевают с 50 мкл OP50 кишечной палочки, могут расти в течение 3 дней, а затем, привитых 3 – 4 взрослых гермафродитов выдерживали при 25 ° С исчерпает поставку продовольствия в течение одной недели и производить несколько тысяч dauers пределах дополнительных 3 дней (в дополнение к многочисленным голода не-dauers). Тем не менее, этот способ является неудовлетворительным для анализа процессов, происходящих во время линьки в DАуэр. Трудно определить, какой из нескольких тысяч животных на типичного голодали пластины вступаем в Dauer. Кроме того, использование голодали пластины не дает возможность синхронизации. Использование DAF-с-мутантов позволяет синхронизации и надежной генерации dauers. Тем не менее, нет никакой гарантии, что конкретный DAF-C мутации не влияют на другие DauER конкретного фенотипа отдельно или в сочетании с дополнительными мутаций.

Наличие DauER феромона впервые подразумевается Cassada и Рассела и позже показали Золотой и Риддл. Dauer феромона с тех пор были химически охарактеризован 2, 8, 9, 10. Очищенный феромона состоит из сложной смеси ascarosides, которые в различных формах регулировать как поведенческие и развития процессов 9, 11. Использование сырой экстракт DauER феромонов позволяет надежно контролируется индукция синхронизированных dauers в фоновом режиме дикого типа. </р>

Нервная система и связанные глиальные клетки подвергаются ремоделирования во DauER личинки образования 12, 13, 14. Некоторые из этих изменений являются необратимыми, таких как ремоделирования глиальные клетки во время Dauer 13, 14. Тем не менее другие ремоделирования события обратимы после возвращения к благоприятным экологические условия. Например, набор из четырех IL2Q нейронов подвергаются быстрому и обратимое нейронов ремоделирования при формировании DauER включая: дендритов разветвление, перехода от одного дендритных к multidendritic нейроны и аксоны реконструкции 12. Здесь методы позволяют для надежной визуализации в естественных условиях стресс-индуцированной нейропластичностью в качестве модельного организма. Методы, представленные для производства и тестирования сырой DauER феромона предварительно описано и составлена ​​из нескольких источников 4, 8, 15, 16, 17, 18.

Protocol

1 Сырая Dauer Феромоны Производство Вырастить OP50 Е. палочки из одной колонии O / N при 37 ° С при встряхивании в 100 мл LB бульоне при 200 оборотах в минуту. Примечание: Эта O / N. культуры могут быть сделаны заранее и хранили при 4 ° С. Вырастить N2 C. Элеганс на 15 – 20 6 см чашки Петри с …

Representative Results

Производство результатов сырой Dauer феромонных в желтой жидкости (рисунок 1), что является одновременно тепло и холод стабильной. Аликвоты сырого феромона хранятся при температуре от -20 ° С до бесконечности без очевидного потери активности. После производства феромона, один био…

Discussion

Экспертиза DauER конкретных нейропластичностью и других DauER связанных морфологических изменений требует контролируется и надежный формирование dauers либо с помощью генной мутации (т.е., DAF-с-мутантов) или воздействия животных дикого типа к феромона. В то время как использование генети…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

I thank Dr. Maureen Barr, under whose supervision the dauer IL2 remodeling phenotype was initially characterized. Thanks to Dr. C. Britt Carlson for critical reading of the manuscript. Funding in the Barr lab was from the NIH (5R01DK59418) and postdoctoral fellowships from the USDA (2010-65106-20587) and the New Jersey Commission on Spinal Cord Research (CSCR12FEL004). Current funding for this work is from a University of Illinois Urbana-Champaign College of ACES FIRE grant.

Materials

N2 C. elegans Bristol strain Caenorhabditis Genetics Center
PT2660 myIs13[Pklp-6::gfp] III Upon request from Schroeder lab
PT2762 myIs14[Pklp-6::gfp] V Upon request from Schroeder lab
JK2868 qIs56[Plag-2::gfp] V Caenorhabditis Genetics Center
OP50 E. coli Caenorhabditis Genetics Center
Petri dishes Tritech Research 60 mm T3308, 35 mm T3501
NGM agar Various 3 g NaCl, 17 g agar, 2.5 g peptone in 975 mL H2O autoclaved cooled to 55°C followed by 1 mL of 5 mg/ml cholesterol in ethanol, 25 mL of 1 M KPO4 buffer (pH 6.0), 1 mL of 1 M CaCl2, 1 mL of 1 M MgSO4
S Media Various S media consists of S basal solution (1.46 g NaCl, 0.25g K2HPO4, 1.5 g KH2PO4, 0.25 ml of 5 mg/ml cholesterol in ethanol and H2O to 250 mL. Autoclaved.) To the S basal solution add 2.5 mL of potassium citrate pH 6.0 (2 g citric acid monohydrate, 29.4 g tri-potassium citrate monohydrate, H2O to 100 mL, autoclaved), 2.5 mL of Trace Metals Solution (1.86 g disodium EDTA, 0.69 g FeSO4 •7 H2O, 0.2 g MnCl2•4 H2O, 0.29 g ZnSO4 •7 H2O, 0.025 g CuSO4 •5 H2O, H2O to 1 liter. Autoclaved and stored in the dark), 0.75 mL of 1 M CaCl2, and 0.75 mL of 1 M MgSO4.
Dauer pheromone plates for dose-response assay Various Mix 0.085 g Noble agar, 0.5 mL of 0.513 M NaCl and 5 µL of 5 mg/ml cholesterol dissolved in ethanol in each of 6x 15 mL culture tubes. Add sufficient crude pheromone to each tube to create a range of concentrations. Add H2O to bring the volume to 4.725 mL.  Boil over a Bunsen burner until the agar is dissolved and then cool to 55 °C. Add 125 µL 1 M KPO4 buffer (pH 6.0), 50 µl 0.1 M CaCl2, 50 µL 0.1 M MgSO4 and 50 µl of 5 mg/ml streptomycin sulfate to each tube.  Pour the contents of each tube into a 35 mm diameter Petri dish. Let the agar solidify at room temperature overnight (if longer, store in enclosed container to prevent excessive drying).
Microsphere beads 0.1 micron Polysciences Inc. 00876-15
M9 buffer Various Mix 3 g KH2PO4, 6 g Na2HPO4, 5 g NaCl, 1 ml 1 M MgSO4, H2O to 1 liter. Sterilize by autoclaving

Riferimenti

  1. West-Eberhard, M. J. . Developmental Plasticity and Evolution. , (2003).
  2. Cassada, R. C., Russell, R. L. The dauerlarva, a post-embryonic developmental variant of the nematode Caenorhabditis elegans. Dev. Biol. 46, 326-342 (1975).
  3. Riddle, D. L., Albert, P. S., Riddle , D. L., Blumenthal, T., Meyer, B. J., Priess, J. R. . C. elegans II. , 739-768 (1998).
  4. Golden, J. W., Riddle, D. L. The Caenorhabditis elegans dauer larva: developmental effects of pheromone, food, and temperature. Dev. Biol. 102, 368-378 (1984).
  5. Riddle, D. L., Wood, W. B. . The Nematode C. elegans. , 393-412 (1988).
  6. Fielenbach, N., Antebi, A. C. elegans dauer formation and the molecular basis of plasticity. Genes Dev. 22, 2149-2165 (2008).
  7. Hu, P. J. . WormBook. , 1-19 (2007).
  8. Golden, J. W., Riddle, D. L. A pheromone influences larval development in the nematode Caenorhabditis elegans. Science. 218, 578-580 (1982).
  9. Butcher, R. A., Fujita, M., Schroeder, F. C., Clardy, J. Small-molecule pheromones that control dauer development in Caenorhabditis elegans. Nature Chemical Biology. 3, 420-422 (2007).
  10. Jeong, P., et al. Chemical structure and biological activity of the Caenorhabditis elegans dauer-inducing pheromone. Nature. 433, 541-545 (2005).
  11. Srinivasan, J., et al. A blend of small molecules regulates both mating and development in Caenorhabditis elegans. Nature. 454, 1115-1118 (2008).
  12. Schroeder, N., et al. Dauer-Specific dendrite arborization in C. regulated by KPC-1/Furin. Curr. Biol. 16, 1527-1535 (2013).
  13. Procko, C., Lu, Y., Shaham, S. Glia delimit shape changes of sensory neuron receptive endings in C. elegans. Development. 138, 1371-1381 (2011).
  14. Albert, P. S., Riddle, D. L. Developmental alterations in sensory neuroanatomy of the Caenorhabditis elegans dauer larva. J. Comp. Neurol. 219, 461-481 (1983).
  15. Vowels, J. J., Thomas, J. H. Genetic analysis of chemosensory control of dauer formation in Caenorhabditis elegans. Genetica. 130, 105-123 (1992).
  16. Vowels, J. J., Thomas, J. H. Multiple chemosensory defects in daf-11 and daf-21 mutants of Caenorhabditis elegans. Genetica. 138, 303-316 (1994).
  17. Ailion, M., Thomas, J. H. Dauer formation induced by high temperatures in Caenorhabditis elegans. Genetica. 156, 1047-1067 (2000).
  18. Neal, S. J., Kim, K., Sengupta, P. . Pheromone Signaling. , 273-283 (2013).
  19. Brenner, S. The genetics of Caenorhabditis elegans. Genetica. 77, 71-94 (1974).
  20. Ouellet, J., Li, S., Roy, R. Notch signalling is required for both dauer maintenance and recovery in C. elegans. Development. 135, 2583-2592 (2008).
  21. Blelloch, R., et al. The gon-1 gene is required for gonadal morphogenesis in Caenorhabditis elegans. Dev. Biol. 216, 382-393 (1999).
  22. Fang-Yen, C., Gabel, C. V., Samuel, A. D., Bargmann, C. I., Avery, L. Laser microsurgery in Caenorhabditis elegans. Methods Cell Biol. 107, (2012).
  23. Nelson, F. K., Riddle, D. L. Functional study of the Caenorhabditis elegans secretory-excretory system using laser microsurgery. J. Exp. Zool. 231, 45-56 (1984).
  24. Sulston, J. E., Horvitz, H. R. Post-embryonic cell lineages of the nematode, Caenorhabditis elegans. Dev. Biol. 56, 110-156 (1977).
  25. Singh, R., Sulston, J. Some observations on moulting in Caenorhabditis elegans. Nematologica. 24, 63-71 (1978).

Play Video

Citazione di questo articolo
Schroeder, N. E., Flatt, K. M. In Vivo Imaging of Dauer-specific Neuronal Remodeling in C. elegans. J. Vis. Exp. (91), e51834, doi:10.3791/51834 (2014).

View Video