Ce protocole décrit comment faire pour étudier les processus cellulaires au cours de la conversion destin cellulaire chez Caenorhabditis elegans in vivo. L’utilisation d’animaux transgéniques, permettant la surexpression de choc thermique pilotée par le promoteur le neurone induisant sort du facteur de transcription CHE-1 et par l’ARN-épuisement de la chromatine réglementant facteur LIN-53 cellules germinales à neurone reprogrammation peut être observée in vivo.
Étudier les processus biologiques des cellules au cours de la conversion de l’identité des types spécifiques de cellules fournit des renseignements importants sur mécanisme qui maintiennent et protègent les identités cellulaires. La conversion des cellules germinales dans des neurones spécifiques chez le nématode Caenorhabditis elegans (c. elegans) est un outil puissant pour réaliser des écrans génétiques pour disséquer les voies réglementaires qui sauvegardent les identités cellulaires établies. Reprogrammation des cellules germinales d’un type spécifique de neurones appelés ASE exige des animaux transgéniques qui permettent à la surexpression de la transcription de Zn-doigt large facteur (TF) CHE-1. CHE-1 endogène est exprimée exclusivement en deux neurones tête et doit indiquer le sort des neurones glutamatergiques ASE, qui peut facilement être visualisé par le journaliste gcy-5prom::gfp . Un gène de trans contenant le choc thermique pilotée par le promoteur che-1 gène expression chimère permet large expression erronée de CHE-1 chez l’animal entier traitement par choc thermique. La combinaison de l’ARNi contre le facteur de régulation de la chromatine LIN-53 et la surexpression induite par la chaleur-choc che-1 conduit à la reprogrammation des cellules germinales dans les cellules de neurone comme ASE. Nous décrivons ici la procédure Arni spécifique et des conditions appropriées pour le traitement de choc thermique d’animaux transgéniques afin d’induire avec succès des cellules germinales à la conversion de neurone.
Cell fate reprogrammation par l’expression ectopique TF comme le MyoD TF myogène, qui, lorsque surexprimée, fibroblastes convertis directement dans les cellules musculaires1, a été un axe de recherche depuis des décennies. Cependant, les cellules différenciées sont souvent réfractaires à ce processus, en raison de mécanismes qui garantissent leur identité cellulaire. Les cellules germinales présentent un degré similaire de protection, et il y a des mécanismes sous-jacents qui agissent souvent comme une barrière pour empêcher la conversion des cellules germinales dans d’autres types de cellules à la surexpression d’un TF induisant sort. En général, la régulation épigénétique telles que des modifications d’histone et structure de la chromatine impose un obstacle pour la conversion des cellules sort2,3. Nous avons déjà appliqué génétique inverse à l’aide de RNAi knock-downs chez c. elegans et identifié les facteurs sauvegarder les identités cellulaires et ainsi lutter contre la reprogrammation des cellules germinales dans les neurones4. Plus précisément, le polycomb 2 complexe répressif (PRC2) et l’escorte de l’histone hautement conservée LIN-53 (CAF-1/RBBP/4/7 chez les humains) empêchent la conversion directe des cellules germinales dans les types spécifiques de cellules somatiques telles que les neurones glutamatergiques de goût chez c. elegans 4 , 5. pour identifier ces facteurs de la barrière de la reprogrammation des cellules germinales, nous avons utilisé des animaux transgéniques portant le choc thermique inductible Zn-doigt TF CHE-1. CHE-1 est généralement exprimée en deux neurones tête c. elegans, où il précise que le sort des neurones glutamatergiques goût appelé ASE6. Le sort de neurone ASE peut être visualisé par l’expression de l’ASE spécifique fluorescente journaliste gcy-5prom::gfp. GCY-5 est une zone chémoréceptrice seulement exprimée en ASE juste neurone7. Après épuisement de lin-53 par ARNi et induction de l’expression ectopique large de CHE-1 par choc thermique, les cellules germinales peuvent être convertis en neurones en vivo4,,5. Ce qui est important, calendrier de traitement de l’ARNi est cruciale car les vers adultes seulement (génération P0) exposés à lin-53 Arni donnent lieu à des animaux de la progéniture F1 avec une lignée germinale qui est permissif pour la reprogrammation en neurones4.
Les cellules germinales décrits ci-dessus à la procédure de conversion du neurone chez c. elegans peut servir à étudier diverses questions biologiques tels que l’implication de la signalisation des voies dans la cellule sort reprogrammation. Par exemple, nous avons utilisé la reprogrammation en neurones ASE à Arni contre lin-53 afin d’étudier l’implication de l’encoche voie8la reprogrammation des cellules germinales dans le processus de signalisation des cellules germinales induite par CHE-1. En effectuant des double Arni pour co appauvrissent lin-53 et l’histone déméthylase-encodage gène utx-1 nous avons démontré que l’encoche de signalisation voie neutralise PRC2-mediated gene silencing en activant l’expression de UTX-1 dans la lignée germinale8 . Cette constatation montre que la conversion de cellules germinales aux neurones décrites dans le présent protocole pourrait servir à étudier un processus biologique complex tels que la reprogrammation cellulaire dans un organisme intact et dans le contexte de différentes du développement et environnement conditions. En outre, il fournit la perspective pour défier les cellules germinales en surexprimant différents inducteurs sort TFs pour étudier leur rôle dans la restriction de la plasticité cellulaire9, ou d’évaluer leur potentiel pour induire la reprogrammation des cellules germinales à autres cellules types in vivo.
Des cultures de cellules mammifères permettent également d’étudier différents aspects de la reprogrammation de cellules sort, cellules en culture ont une capacité limitée d’imiter les conditions de voie signalisation par rapport à un organisme intact. Par conséquent, le c. elegans est un modèle polyvalent pour l’examen des rôles des divers processus biologiques tels que Notch signalisation lors reprogrammation in vivo. En outre, il est un modèle puissant pour écrans génétiques qui est relativement facile à maintenir et à modifier génétiquement des faibles coûts.
Alors que le protocole décrit en utilisant transgénique c. elegans souche BAT28 et Arni contre lin-53 est simple, un certain nombre d’étapes est essentiel afin d’assurer le résultat escompté de cellules germinales de reprogrammation du neurone. Il est important que la souche BAT28 est maintenue à 15 ° C en tout temps avant les expériences. Pendant le maniement et l’entretien de la souche, le temps à des températures supérieures à 15 ° C doit être réduite autant que possible. Conditions de choc thermique appropriée sont importantes car induction insuffisante de la surexpression de che-1 n’entraînera pas de cellules germinales à la conversion de neurone ASE. Cela peut être détecté en mesurant la pénétrance de phénotype comme décrit dans le protocole. Choc thermique étendu peut conduire à la détermination de la létalité des animaux. Par exemple, les plaques qui ont été placés près des murs intérieurs ou sur le terrain de fond d’un incubateur d’air statique souvent expérience vaste traitement thermique. Par conséquent, il est recommandé d’utiliser un incubateur ventilé chaleur. En outre, moment de l’induction de choc thermique est critique depuis la surexpression de che-1 au cours des stades larvaires plus tôt puis L3 peut conduire à induction ectopique gcy-5prom::gfp dans les régions du corps différents comme la vulve (Figure 3) 9. en outre, une vaste choc thermique peut être détecté par la pénétrance de phénotype chez les animaux d’Arni vecteur vide qui ne doit pas dépasser 5 % et auto-fluorescence accrue des autres tissus, à savoir l’intestin.
Sporadiquement, Arni bactéries peuvent perdre leur activité pour produire efficacement des ARNdb du gène cible. Malheureusement, cela ne peut être détecté avant l’expérience d’Arni. Dans ce cas une strie fraîche de la glycérol doit être cultivée comme décrit dans l’article 2 du protocole. S’il y a encore aucun causées par ARNi pléiotrope phénotype visible tels que le phénotype pvul causée par ARNi réussie contre lin-53, puis un plasmide isolement d’ADN de la bactérie respectif ne doit être effectué et les bactéries HT115 fraîches doivent être transformée avec le plasmide L4400 contenant la séquence de lin-53 .
Ce qui est important, la souche BAT28 a un le phénotype rouleau causé par l’injection marqueur pRF4, qui a été utilisé au cours de la transgénèse des animaux avec le hsp-16.2prom::che-1 construction d’ADN. Parfois, les animaux perdent le phénotype évolutif, qui peut indiquer le silençage de la hsp-16.2prom::che-1 transgène. Afin de bien maintenir la souche BAT28, choisir 10 animaux rouleau à un plat frais et se propagent en sélectionnant pour rouler des animaux.
L’application du protocole est limitée à la procédure de l’ARNi F1, ce qui signifie que les animaux dont les parents (génération P0) n’ont pas été exposées à lin-53 Arni n’affichera pas cellules germinales à la conversion de neurone en raison de sauvetage maternelle4. Procédure alternative pour convertir les cellules germinales de neurones a été décrite par Ciosk et ses collègues15 à l’aide de précipitation RNAi de gld-1 et de mex-3 sans la surexpression d’un facteur de transcription. Toutefois, les neurones obtenus n’appartiennent pas à un type spécifique de neurones et les cellules germinales également convertir en cellules musculaires après épuisement véhiculée par ARNi de gld-1 et mex-315. Auparavant, il a été démontré l’ARNi contre lin-53 a permis la conversion de cellules germinales en cellules semblables à des neurones GABAergiques sur la surexpression du facteur de transcription Pitx-type homoedomain UNC-3016 au lieu de CHE-14 . Pour les orientations futures, transcription de sort induisant différente facteurs peuvent être testés si lin-53 appauvri les cellules germinales peut être convertie à d’autres types de cellules que les neurones spécifiques. Dans ce contexte, la surexpression du facteur de transcription bHLH myogéniques HLH-1, homologue des mammifères MyoD17, induit la conversion des cellules germinales aux muscles sur lin-53 RNAi5. La reprogrammation établi des cellules germinales d’un type spécifique de cellules somatiques à lin-53 RNAi et la surexpression d’un facteur de transcription sort induisant approprié peut être utilisée pour un certain nombre de différents écrans génétiques. Ces écrans suppresseur ou enhancer peuvent aider à disséquer les voies réglementaires qui jouent un rôle lors de la conversion de destin cellulaire.
The authors have nothing to disclose.
Nous remercions Alina El-Khalili et Martina Hajduskova pour l’assistance technique. Nous remercions les membres du groupe Tursun pour commentaires sur le manuscrit. Ce travail a été parrainé par l’ERC-StG-2014-637530 et ERC CIG PCIG12-GA-2012-333922 et est pris en charge par le centre de Max Delbrück de médecine moléculaire de l’Association 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 |