该协议描述了检测和定量由 C.elegans细胞以膜结合 外外层形式产生的大型聚集和/或细胞器挤出(±4 μm)的方法。我们描述了菌株、生长条件、评分标准、时间和显微镜注意事项,以便于解剖这种碎片驱逐机制。
错误折叠的蛋白质和线粒体功能障碍的毒性是促进年龄相关的功能神经元衰退和跨物种神经退行性疾病的关键因素。虽然这些神经毒性挑战长期以来一直被认为是细胞内在的,现在有相当多的证据表明,源自一个神经元的误折叠的人类疾病蛋白质可能出现在邻近细胞中,这种现象被提出来促进人类神经退行性疾病的病理学传播。
C. elegans 表示聚合蛋白质的成年神经元可以挤出大(±4 μm)膜包围的囊泡,其中可包括聚合蛋白、线粒体和卵母体。这些大囊泡被称为”外层”,不同于外体(其体积约100倍,具有不同的生物发生)。将细胞碎片抛出外层可能由一种保存机制发生,该机制构成神经元蛋白位突虫病和线粒体质量控制的一个基本但以前未被识别的分支,与聚合在人类神经退行性疾病中传播的过程相关。
虽然外显子主要在接触神经元中表达高拷贝转基因mCherry的动物中进行了研究,但这些协议在研究使用荧光标记的细胞器或不同神经元类别中感兴趣的其他蛋白质的外生基因时同样有用。
这里描述的是 C.elegans 外外层的物理特征,其检测策略,识别标准,定量的最佳时间,以及动物生长协议,控制压力,可以调节外层生产水平。此处概述的协议细节应有助于建立跨实验室外外层定量分析的标准。本文件旨在为实验室提供该领域的资源,以寻求分析产生外外层和外外pher的分子机制,以及外外pher由邻近和远距离细胞作出反应的机制。
聚合和功能失调的线粒体的神经毒性挑战长期以来一直被认为是细胞内在的,但最近很明显,源自一个神经元的误折叠的人类疾病蛋白质也可以传播到邻近的细胞,促进病理学1。同样,哺乳动物线粒体可以被送出其原始生产的细胞,用于变性降解2 或拯救受挑战相邻细胞3中的线粒体种群。一般观察到各种大小的囊泡将细胞物质转移到邻近的细胞或流体周围4。一些挤出的囊泡接近平均神经元母体的大小(平均接触神经元索玛 = 6 μm),可以容纳大型聚合体和细胞器。
一个可以携带蛋白质聚合物和细胞器的大囊泡挤压的显著例子出现在C.elegans触摸受体神经元中,这些神经元表示一个高拷贝数报告器构造编码一种有毒聚集易发、抗降解的mCherry5。来自触摸神经元的挤出,称为外向,平均直径为±4μm,选择性地包括mCherry或其他聚合体,并直接传递到相邻的皮下,通常围绕触摸受体神经元。皮下试图以碱体为基础的降解,但一些不可消化的内容,如mCherry聚合物,可以重新挤出到动物的液体填充伪细胞,从中,mCherry可以通过远程清除细胞称为共糖细胞长期储存(图1,图2)5。5
大型挤出外层囊泡离开细胞被触摸受体血浆膜包围,可以含有聚合的人类疾病蛋白质、线粒体和利索索姆。外外层生产的过程似乎涉及对潜在有毒物种的分类(例如,容易聚集的表达mCherry与可溶性、无攻击性的蛋白质(如GP)分离,这些蛋白质大多留在神经元索马中)。这样,定向驱逐威胁实体是由神经元5完成的。一种蛋白质组虫的挑战,如自噬敲击引起的应激,MG132中显蛋白体抑制,或人类疾病蛋白质的转基因表达,如亨廷顿舞蹈症相关扩大多糖胺Q128或阿尔茨海默氏症牵连片段 A+1-42,可以增加产生外向球的神经元的数量。
由于外外phers最近才被记录,关于它们的生物学已知情况值得描述。外层在 C.elegans触摸受体神经元中被发现,并且是研究 最良好的。有六 个C.elegans 机械感官触摸神经元,有细胞体分布在身体周围(图3A),被称为微管细胞,因为它们的超结构特征独特的15个原丝微管。触摸受体神经元为前前AVM(前前前前前前微管神经元)、ALMR和ALML(右前侧微管神经元)和后部PVM(后侧前前前侧微管神经元)和尾部PLMR和PLML(右后侧显微管神经元)。有趣的是,六个触摸受体神经元产生不同的速率外向,尽管表达相同的攻击性转基因(图3C)。在六个机械感官触摸受体神经元中,ALMR神经元比其它触摸神经元更频繁地经历外向生成。因此,从触摸神经元中对外层数字的定量通常是通过聚焦ALMR建立的。
外向发生是一个动态过程,通常从神经元细胞质肿胀开始(图1A-B)。细胞内,细胞器或蛋白质聚集物被收集到神经元的一侧,最常见的是ALMR神经元的后端(远离投射的神经),形成一个前外向域(PED)(图1B)。当 PED 开始向外投射时观察到早期突起,形成可识别的突出芽。当前外驱域的最宽直径比索马外传颈部收缩的直径大约1/3时,定义晚芽(图1C)。外外层可以从索马向几乎任何方向喷射,但大多数外显子从细胞体后部退出,并留在与原体大致相同的焦点平面中。
外外pher可以远离原发的索玛,因为芽的脖子变窄成细丝。外层可以通过这种灯丝保持附着在索玛上(图1D,箭头),以后可以分离。钙、骨和线粒体的细胞含量可以通过这种灯丝转移到附着的外层5中,尽管大部分挤出材料被巨大的萌芽事件放入外层隔间。当没有明显的连接管或细丝和外显子与发送的索马完全分离时,外显子被认为是成熟的(图1E)。
C. elegans 产生的外向器触摸神经元会立即遇到皮下,即触摸神经元周围的组织。最常见的情况是,外皮囊泡似乎在皮下后向尾部运动,在外皮物含量出现降解目标之前,它们可能离母细胞相当远(例如,距离母细胞的距离可以约100μm(图1F)。荧光外层囊泡在皮下分解成许多较小的囊泡,外观称为”星夜”(图1G和图2)。在”星夜”阶段,与原始的单独外显器相比,可以观察到分散在皮下同步的荧光材料分散到许多较小的荧光点中。星夜可以在低放大倍率下看起来更刺耳,放大率更高,可以看起来在皮下放大和/或网络化。星夜的荧光信号通常比外音和神经元表达的荧光更暗(图2B-C)。mCherry 的分散到许多双核囊泡被认为涉及噬菌体成熟和与皮下细胞的内索体/乳糖细胞的融合。一些外皮物质很可能在皮下体利索索马网络中降解,但抗降解的残余物种(如mCherry集料)被从皮下物质中扔进伪细胞,这是一种液体舱,可以含有细胞碎片。荧光材料后来被称为细胞核糖的远程清除细胞(图2C)所利用,这种细胞可以浓缩、储存并再次尝试降解mCherry。
聚合挤压和转移现象似乎在植物之间得到保存,,在基因模型中,如C.elegans5、6、7,6和D.黑色素78,9,9以及多个哺乳动物模型中都报告了。据报道,哺乳动物细胞10的外向状挤出,这一观察表明,保存的机制可能是聚合和细胞器驱逐的根据。因此,外向器生产可能是细胞碎片管理的一种保存机制,构成神经元蛋白位和线粒体质量控制的一个基本但以前未被识别的分支,当不平衡时,可能积极促进神经退行性疾病。识别碎片识别和分拣所涉及的分子,将物质运送到一个独特的亚细胞区域,挤压,形成/剪刀状的管状连接连接的索马和晚期外外层,并识别大挤出的囊泡,供邻近细胞远程降解。线虫和苍蝇模型的研究对于确定聚合和细胞器收集和转移的机制至关重要,利用这些模型提供的无偏遗传方法和强大的细胞生物工具来识别生理环境中的参与分子。
在外层生物学中操作的破译机制的关键第一步涉及定义在体内外 外层定量可 重复的协议。 C. elegans 模型 为此类工作提供了特殊优势,因为身体是透明的,当外显体含有荧光标记的蛋白质或细胞器时,可以很容易地观察到。据报道,外显细胞是由 C.elegans 多巴胺神经元PDE和CEP,ASE和ASER感觉神经元,和染料填充的安非他明神经元5生成。由于触摸受体神经元产生的外显子是最佳特征,因此这里的重点是使用触摸神经元进行外外层分析。然而,基本方法可以应用于测量来自任何细胞的外层产生。对 C.elegans 接触受体神经元产生的外向进行检测和定量的规程,从基因上表达mCherry蛋白,并概述可监测的货物和评分时的时间限制。本文定义了体内外 外层识别 的方法,以及调节外外外外层生产的环境和遗传条件的定量方法。议定书强调对恒定的非应力条件给予关键关注,以便确定基线外外层生产,并进行比较基因型。
以大型外外 层形式 对体内分子机制的聚合和细胞器消除的表征还处于起步阶段。关于指定驱逐货物、在牢房内对这些货物进行两极分化的收集、产生外驱的决定的管制、调解挤出的机械以及外驱生物与邻近牢房中退化机械的相互作用的问题,都仍要加以解决。此外, 管状连接的 体内可视化,可以通过生物材料,包括钙,聚合体,线粒体是有趣和未研究生物学本身的权利。为什么某些细胞比另一些细胞更容易产生外层细胞的问题也未解决,但可以通过本协议中概述的方法开始进行基因解剖。
本协议中详细描述的方法是实现外外层生产可重复评分的方法,注意区分外外层与附近的细胞索马,分析时间捕捉外外pher生产的峰值,并严格控制生长条件,以消除可调节外外层水平的意外应力。大的早期外外层的区别,或”星夜”分散在周围的皮下可以量化作为外外层生产的证据。话虽如此,在基底条件下表达mCherry的神经元通常与产生外显素的特定类型的5-25%的神经元相关。控制引入应力条件可应用于增加外外泌物的产生,以检测高达90%的神经元产生挤出,尤其适用于修饰剂的遗传或药理学屏幕。
在人类神经退行性疾病中,大型聚集体可以从病变神经元转移到邻近的细胞,促进病理传播。外外pher机制可能通过用于在植物中聚合挤出的保守机制发生。定义 体内分子 ,要么提高这个过程的效率(被认为是更有效的蛋白病控制),要么阻止它可能被利用来影响对抗多种神经退行性疾病的新策略的设计。因此,此处描述的协议可用于经典基因突变体筛选、全基因组RNAi屏幕,这些屏幕系统地敲除基因来识别增强剂和抑制剂,或者用于确定这一过程的候选药理修饰剂的药物干预研究。这种方法很简单,虽然有些费力。外层是非常大的,他们可以通过高放大镜的解剖显微镜来观察。尽管如此 ,C.elegans 神经元相对较小,看他们的细胞器或膜需要更高功率的共物图像,是一个缓慢的过程。高吞吐量的选项可能涉及多井板格式的高含量成像方法。
应用标准化方法进行外外层评分应作为神经元组织和消除细胞碎片的过程的协同基因解剖基础。
The authors have nothing to disclose.
我们确认以下 NIH 赠款:R01AG047101 和 R37AG56510。Driscoll 和 Grant 实验室的成员通过严格的实验和强大的沟通,为所述协议的开发和微调提供了广泛的贡献。
95B Scientific CMOS camera | Photometrics Prime | ||
1,000 μL low retention tips | Sarstedt | ||
10 mL serological pipette | Appleton Woods | CC214 | |
10 μL low retention tips | Sarstedt | 70.1130.105 | |
13% sodium hypochlorite | Acros Organics | AC219255000 | |
15 mL centrifuge tubes | Fisher Scientific | 05-539-12 | |
2 L erlenmeyer flasks | Scientific Laboratory Supplies | FLA4036 | |
25 mL serological pipette | Appleton Woods | CC216 | |
300 μL low retention tips | Sarstedt | 70.765.105 | |
50 mL serological pipette | Appleton Woods | CC117 | |
5-Fluoro-2'-deoxyuridine 98% | Alfa Aesar | L16497.ME | |
9 cm sterile Petri dishes | Fisher Scientific | 11309283 | |
absolute ethanol | Vwr | 20821.33 | |
Agar | Sigma Aldrich | A1296 | |
C. elegans strain wild type | Supplied by CGC | N2 | C. elegans strain |
calcium chloride dihydrate | Sigma Aldrich | C3881 | |
cholesterol | Acros | 110190250 | |
dibasic sodium phosphate | Sigma Aldrich | S3264 | |
E. coli strain OP50 | Supplied by CGC | Op50 | E coli strain |
FBS10 Standard microscope | Meyer Instruments | KSC 410-1-100-1 | FBS10 Standard with Plate Base, 100/100 Trinocular Head and Flip zoom |
glass pipette 270 mm | Fisherbrand | FB50255 | |
Heraeus Multifuge X3R | Thermofisher scientific | 75004515 | |
Inoculating Spreaders | Fisher Scientific | 11821741 | |
LB medium capsules | MP biomedicals | 3002-031 | |
LDI – Laser Diode Illuminator | 89 North | ||
levamisole | Sigma Aldrich | 16595-80-5 | |
M4 multipette | Eppendorf | 4982000012 | |
magnesium sulphate | Sigma Aldrich | M7506 | |
monobasic potassium phosphate | Sigma Aldrich | P0662 | |
Multitron Standard shaking incubator | Infors HT | INFO28573 | |
Nalgene 1 L Centrifuge pots | Fisher Scientific | 3120-1000 | |
P10 pipette | Eppendorf Research Plus | 3123000020 | |
P1000 pipette | Eppendorf Research Plus | ||
P200 pipette | Eppendorf Research Plus | 3123000055 | |
pipeteboy 2 | VWR | 612-0927 | |
Polystyrene microbeads | Sigma Aldrich | MFCD00131491 | |
RC5C plus floor mounted centrifuge | Sorvall | 9900884 | |
Reusable ringed cytology slides | ThermoFisher Scientific | 22037242 | |
SK4005 zdIs5[Pmec-4GFP] | contract Driscoll lab | GFP expressed in touch neurons | |
sodium chloride | Sigma Aldrich | 13422 | |
Sodium hydroxide | Fisher Chemical | S/4880/53 | |
Tactrol 2 Autoclave | Priorclave | ||
Triton-X | Thermofisher scientific | 28313 | |
Tween 20 | Sigma Aldrich | 9005-64-5 | |
X-Light V2 Spinning Disk Confocal Unit | CrestOptics | ||
ZB4065 bzIs166[Pmec-4mCherry] | contract Driscoll lab | mCherry expressed in touch neurons | |
ZB4067 bzIs167[Pmec-4mitogfp Pmec-4mCherry4]; igIs1[Pmec-7YFP Pmec-3htt57Q128::cfp lin-15+] | contract Driscoll lab | Q128 expressed in touch neurons | |
ZB4509 bzIs166[Pmec-4mCherry]; bzIs168[Pmec-7LMP-1::GFP] | contract Driscoll lab | mitoROGFP expressed in touch neurons | |
ZB4528 bzIs166[Pmec-4mCherry]; zhsEx17 [Pmec-4mitoLS::ROGFP] | contract Driscoll lab | autophagy marker expressed in touch neurons | |
ZEISS Axio Vert.A1 | Zeiss |