يوصف التنميط النظائر مستقرة التحليل اللوني للغاز الكتلة الطيفي لتدفق الاستقلابية المتوسطة في الديدان الخيطية<em> انواع معينة ايليجانس</em>. وترد تفاصيل أساليب تقييم تخصيب النظائر في ثاني أكسيد الكربون والأحماض العضوية ، والأحماض الأمينية بعد التعرض النظير إما أثناء تطوير أغار على لوحات أو أثناء مرحلة البلوغ في الثقافة السائل.
وقد سمحت التنميط النظائر مستقرة طويلة التحقيقات الحساسة من عواقب الطفرات الوراثية الاستقلابية و / أو علاجات دوائية في النماذج الخلوية والثدييات. هنا ، نحن تصف الأساليب التفصيلية لأداء التنميط النظائر المستقرة لعملية التمثيل الغذائي وتدفق وسيط الأيض في الخيطية ، ايليجانس انواع معينة. يتم وصف أساليب التنميط دودة كاملة مجانا الأحماض الأمينية ، وصفت ثاني أكسيد الكربون ، الأحماض العضوية المسمى ، والأحماض الأمينية المسمى في الحيوانات المعرضة لنظائر مستقرة سواء من التنمية في وقت مبكر على لوحات نمو الديدان الخيطية آغار وسائل الإعلام أو بداية وصغار البالغين في حين تتعرض لعلاجات دوائية مختلفة في الثقافة السائل. كميا والأحماض الأمينية الحرة بحلول عالية الأداء اللوني السائل (HPLC) في aliquots دودة كاملة في استخراج حمض البيركلوريك 4 ٪. المسمى C – 13 عالميا الجلوكوز أو 1،6 — 13 C – 2 يستخدم الجلوكوز والسلائف والنظائر المستقرة التي تسمى الكربون التي تتبعها مطياف الكتلة في ثاني أكسيد الكربون (سواء في الغلاف الجوي والمنحلة) وكذلك في الأيضات يدل على تدفق من خلال تحلل ، والتمثيل الغذائي بيروفات ، ودورة حمض الكربوكسيليك. وشملت النتائج ممثل لإظهار آثار التعرض الوقت النظير ، ومختلف بروتوكولات تبادل المعلومات البكتيرية ، والطرق البديلة لانقطاع في الدودة الخيطية من النوع البري ، فضلا عن مدى قريب التأسيس النظائر في الميتوكوندريا معقدة الديدان الطافرة الثالث (ISP – 1 (qm150) ) نسبة إلى البرية من نوع الديدان. تطبيق التنميط النظائر مستقرة في الديدان الخيطية المعيشة يوفر قدرة الرواية على التحقيق على مستوى كل الحيوانات تعديلات الأيض في الوقت الحقيقي التي هي سبب الاضطرابات الجينية الفردية و / أو علاجات دوائية.
تطبيق مطياف الكتلة لقياس وفرة النظائر في الأيضات سيط يوفر صورة تفصيلية رائعة من التغيرات الحيوية الهامة 5. هنا ، لقد قدمنا بروتوكولات وإجراءات تفصيلية لاستغلال هذه المنهجية حساسة للغاية ومحددة لتقييم تدفق سيط الأيض في نموذج حيواني تنوعا وراثيا ، C. ايليجانس. في الواقع ، وتغذية الحيوانات التي تعيش مع النظائر مستقرة المسمى السلائف الأيضية (مثل C – 13 الجلوكوز) تصاريح البصيرة الرواية إلى التمويه وسيط المسار الأيضي عند قياس تخصيب النظائر في الأيضات المصب. قمنا بتطوير منهجية موثوقة للحصول على تحليل دقيق للتدفق من خلال تحلل ، والتمثيل الغذائي بيروفات ، ودورة حمض الكربوكسيليك. ويمكن تحقيق ذلك في كل من الحيوانات التي تتغذى من النظائر مستقرة المراحل المبكرة التنموية اليرقات أو يبدأ في فترة ما بعد الإنقسامية الكبار. ويمكن دراسة تخصيب النظائر في الأنواع المختلفة المستقلب بالتزامن مع دودة كاملة مجانا التنميط الأحماض الأمينية التي كتبها عالية الأداء اللوني السائل ، كما هو موضح سابقا 4 ، لتحديد تخصيب النظائر المطلقة في أنواع مختلفة من ألانين خال من الديدان ، اسبارتاتي ، الغلوتامات ، والجلوتامين. في الواقع ، ويتم الحصول على أنماط ثابتة لتخصيب النظائر عند قياس الأحماض الأمينية والأحماض العضوية في analytes aliquots من 1000 إلى 2000 الديدان الصغيرة متزامن الكبار. هذه المنهجية يمكن أن تميز بحساسية تدفق غير طبيعي وسيط في سلالات الميتوكوندريا النووي القائم على الجينات الطافرة المتعلقة البرية من نوع الديدان.
هذا الأسلوب يحمل قيمة للتحقيق تغييرات في مسارات تدفق البيوكيميائية محددة ذات صلة الأخطاء الشائعة في استقلاب خلقي. على وجه الخصوص ، والاستفادة من الجلوكوز المسمى مع النظائر مستقرة يبلغ تدفق الكربون من خلال المسارات الأيضية المركزية ذات الصلة لأمراض الميتوكوندريا. في الواقع ، تشير البيانات المتوفرة لدينا تطبيق هذه المنهجية يمكن أن تميز بحساسية تدفق غير طبيعي وسيط في جين المستندة الميتوكوندريا النووية سلالة الثالث معقدة متحولة الوحيدات (ISP – 1 (qm150)) نسبة إلى البرية من نوع الديدان.
من المهم أن ندرك أنه منذ اكتمال التعرض النظائر على مدى فترة من واحد إلى عدة أيام ، وتخصيب النظائر كميا يمثل "حالة ثابتة" قيمة التخصيب بدلا من قياس تدفق على مدى فترة محددة من الزمن كما قد يتم تحديدها في الخلية المستندة إلى النماذج تتعرض لالنظير لمدة دقيقة إلى ساعة. آخر المحتملة الحد من تدفق مسار التحقيق على مدى تطور النيماتودا يتعلق اختلاف أطوال نمو اليرقات التي تحدث في سلالات متحولة معينة. على سبيل المثال ، لا يعرف العديد من الطفرات الميتوكوندريا شديدة لسبب الاعتقال في المرحلة الثالثة اليرقات (L3) 6. وبالتالي ، قد دمج تحليل النظائر فقط في الحيوانات التي تعيش إلى سن البلوغ لا تكون ممثلة للسكان متحولة بأكمله. ومع ذلك ، يمكن تكييف هذه المنهجية لتقييم إدماج النظائر في الأيضات الوسيط في مرحلة اليرقات محددة (مثل L2) بدلا من انتظار الحيوانات للوصول الى مرحلة البلوغ. وبالمثل ، قد غيرت الحيوانات التي تدخل في مرحلة اليرقات البديلة المعروفة باسم dauer المرجح بدرجة كبيرة (على الأرجح أقل من ذلك) الأيضية التدفق النسبي للحيوانات الذين المتابعة مباشرة من خلال مراحل اليرقات الأربعة. ويمكن أيضا أن يتم تنفيذ دراسة في المستقبل لتقييم التأسيس مباشرة النظائر في الحيوانات مرحلة dauer من خلفيات وراثية مختلفة. تعريض الحيوانات لنظائر مستقرة لفترة زمنية محددة (هنا ، و 24 إلى 48 ساعة) بداية الحيوانات مرة واحدة وصلت إلى مرحلة الشباب البالغين (B كما هو مفصل في البروتوكول) يزيل أثر التنموية فترات متفاوتة. في حين أن 13 C – الجلوكوز باستجواب فقط تحلل ، والتمثيل الغذائي البيروفات وتدفق دورة حمض الكربوكسيليك ، يمكن استشفاف يحتمل النظائر الأخرى المقررة لاستجواب البيوكيميائية تدفق المسار من خلال مسارات أخرى ذات أهمية في الديدان الخيطية. على سبيل المثال ، قد تكون استخدمت 15 N – جليكاين لتقييم دوران حامض أميني في الديدان الخيطية.
آخر قيود محتملة لهذا النهج هو مستوى حساسية الكشف المستقلب. تجربتنا تشير مطلوبة بحد أدنى من 500 الديدان الخيطية البالغين الشباب لتحديد بنجاح إدماج النظائر بالطرق HPLC و GC / MS يعملون هنا. استخدام الأدوات مع قدر أكبر من الحساسية ، مثل فائقة الأداء اللوني السائل (UPLC) ، قد تتيح المزيد من خفض عدد الحيوانات التي تمت دراستها ، على الرغم من أننا نتوقع هذا من غير المحتمل أن تسمح الكميات موثوقة من الأيضات ودمج النظائر في المستقلب الأنواع من الديدان واحد. درسنا السكان دودة من 1000 حيوان في التجربة ، والتي وجدنا لكشف موثوق الأيضات فرة منخفضة في كل سلالة. ومع ذلك ، لا يمكن إلا بعض الأيضات ، مثل GABA ، يمكن قياسها كميا ، يعتمد عليه في أعداد أكبر بكثير من الديدان الخيطية ، بناء على أمر من1×10 6 الحيوانات 4.
باختصار ، النظائر المستقرة يوفر التنميط غير الغازية وآمنة (غير المشعة) النهج الذي لطالما استخدمت لدراسة أخطاء في استقلاب خلقي. تطبيق هذه المنهجية إلى C. ايليجانس يوفر قدرة الرواية على التحقيق في الجسم الحي ، في الوقت الحقيقي ، والتعديلات الأيضية التي تحدث على مستوى كل الحيوانات ، والتي قد تنجم عن الاضطرابات الجينية الفردية و / أو التعرض للعوامل الدوائية.
The authors have nothing to disclose.
وقد تم تمويل هذا العمل في جزء من المعاهد الوطنية للصحة (K08 – DK073545 معاهد الصحة القومية وبرعاية مركز أبحاث الإعاقة الفكرية الجديدة والتنموي جائزة الباحث) ، ومؤسسة فيلادلفيا ، وجامعة ولاية بنسلفانيا جائزة مكابي (MJF) ، فضلا عن أن تريستان صندوق مولين (MJF وبلدي). المحتوى هو فقط من مسؤولية الكتاب ولا تمثل بالضرورة وجهة النظر الرسمية للمعاهد الوطنية للصحة.
Material Name | タイプ | Company | Catalogue Number | Comment |
---|---|---|---|---|
S. basal | 1 – page 59 | Protocols A and B | ||
Cholesterol | Sigma | C-8503 | Protocol B | |
OP50 E. coli | Caenorhabditis Genetics Center | Protocols A and C | ||
K12 E. coli | Caenorhabditis Genetics Center | Protocol B | ||
NGM agar | Research Products INT | N81800-1000.0 | Protocols A, B, and C | |
13C glucose (universally labeled) | Cambridge Isotope labs | CLM-1396 | Protocol A and C | |
13C glucose (1,6 labeled) | Cambridge Isotope labs | CLM-2717 | Protocol B | |
60% Perchloric acid (PCA) | Fisher | MK2766500 | Protocols A and B | |
ε-aminocaproic acid (Internal Standard) | Sigma | A-2504 | Protocols A and B | |
MTBSTFA | Regis | 270243 | Protocol E | |
Acetonitrile | Regis | 270010 | Protocol E | |
AG 1-X8, 100-200, Chloride form resin | BIO-RAD | 140-1441 | Protocols A and B (organic acid extraction) | |
AG 50W-X8, 100-200, Hydrogen form resin | BIO-RAD | 142-1441 | Protocols A and B (amino acid extraction) | |
NaHCO3 | Sigma | S-8875 | Protocol C | |
NaOH | Sigma | S8045 | Protocol C | |
3N HCl | Sigma | 320331 | Protocol D | |
1N HCl | Sigma | 320331 | Protocol A | |
0.1 N HCl | Sigma | 320331 | Protocol D | |
4N NH4OH | Sigma | 30501 | Protocol D | |
4N KOH | Sigma | 484016 | Protocols A and B | |
Deionized water | Milli Q Biocel | ZMQA60F01 | Protocol D | |
Helium | Airgas | 24001364 | Protocol C2 | |
SMZ-800 Zoom Stereo-Microscope | NIKON | NI MNA41000 | Protocols A, B, and C | |
pH meter | Fisher | S68167 | Protocols A and B | |
Table top centrifuge – 5804R | Eppendorf | 05-400-93 | Protocols A and B | |
Incubated platform shaker | New Brunswick | M1324-0004 | Protocol B | |
Mini LabRoller Rotator | Labnet | H-5500 | Protocols A and B | |
Pestles | Kontes | K749520-0090 | Protocols A and B | |
Drill | Kontes | K749540-0000 | Protocols A and B | |
1 L glass beaker | Fisher | 02-539P | ||
1 L Erlenmeyer Flasks | VWR | 89000-368 | ||
25 mL Erlenmeyer Flasks | VWR | 89000-356 | Protocol B | |
7ml round-bottom glass tubes + rubber stopper | VWR | VT6431 | Protocols A, B, and C1,C2 | |
10 ml round-bottom glass tubes + rubber stopper | VWR | VT6430 | Protocol C2 | |
Blue top tubes | Labco | 438B | ||
50 ml conical plastic tubes | Falcon | 14-959-49A | All protocols | |
1.5 ml microfuge tubes | Fisher | 02-681-320 | Protocols A and B | |
Syringes (1 mL, 10 mL, 20 mL) | BD Medical | 301025, 301029, 301031 | Protocols C1 and C2 | |
25 gauge needles | Fisher | 22-253-131 | Protocols C1 and C2 | |
Poly-Prep Chromatography Columns | BIO-RAD | 731-1550 | Protocol D | |
Pasteur pipettes | VWR | 14673-043 | Protocol D | |
60mm Petri dishes | VWR | 25373-085 | Protocol C | |
Glass chamber (cut bottom of 1 L flask) fitted with grease-sealed 3-way stopcock | Custom Made in Glass Shop | Protocol C | ||
Optically transparent glass plate | Custom Made in Glass Shop | Protocol C | ||
Reacti-Vap III Evaporator | Thermo Scientific | 18826 | Protocol D | |
Cotton | VWR | 14224-516 | Protocol D | |
High Vacuum Grease | Dow Corning | 1597418 | Protocol C1 | |
Aluminum Foil | Fisher | 01-213-18 | Protocol B | |
Timer | ISC Bioexpress | T-2504-5 | Protocol C | |
Gas-Ratio Mass Spectrometer | Thermophinigan | Protocol D | ||
GC-MS | HP | 5980/5971 | Protocol D | |
GC-MS | Agilent | 6980N/5973N | Protocol D | |
HPLC | Varian | 9010 | Protocol D |