$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Les tests de locomotion radiale et de natation offrent une détection sensible de la déficience de la motilité (figure 4 et figure 5). Pour étudier les mécanismes sous-jacents au TDP-43 pathologique dans la SLA, des modèles de C. elegans ont été développés qui expriment le TDP-43 humain de type sauvage ou mutant de la SLA de manière pan-neuronale. Ces animaux présentent des caractéristiques moléculaires et cellulaires qui rappellent la SLA, y compris un dysfonctionnement moteur9. Il est important de noter qu’ils présentent une altération modérée de la motilité avec l’expression de TDP-43 humain de type sauvage et une altération plus grave de la motilité chez les animaux exprimant le TDP-43 mutant de la SLA en utilisant à la fois la locomotion radiale et des tests de natation. Certains animaux mutants ou transgéniques auront plus de difficultés à ramper qu’à nager, ou vice versa. En utilisant deux tests de motilité différents, une image plus claire des différences phénotypiques entre les souches est obtenue.
Locomotion radiale
Lorsqu’il est placé sur une assiette d’agar ensemencée, C. elegans explore son environnement, y compris à la recherche des limites de sa source de nourriture. Les tests de locomotion radiale sont un moyen de tirer parti de ce comportement en tant que mesure de la forme physique. En analysant le comportement locomoteur (ramper sur une surface solide) de manière contrôlée et quantifiable, le test locomoteur radial offre un outil simple et efficace pour évaluer la gravité des déficits moteurs et d’autres phénotypes liés au moteur. Les essais de locomotion radiale saisissent les différences de motilité chez les vers modèles de SLA modérément ou gravement altérés et offrent une base de référence pour comparer la modulation des phénotypes de motilité ou les changements de motilité avec l’âge (Figure 6). Cette stratégie peut être appliquée pour quantifier le comportement d’exploration de toute souche qui a modifié le mouvement des vers de type sauvage (N2) ou de contrôle. Cependant, cette méthode peut ne pas être un bon choix pour évaluer les animaux incapables de ramper normalement, tels que les mutants à rouleaux ou les animaux paralysés. En règle générale, les vers de type sauvage présentent un déplacement moyen compris entre 200 et 300 μm/min lorsqu’ils sont soulevés et testés à 20 °C. Les exemples de données présentés à la figure 4 montrent les résultats attendus comparant N2, deux souches transgéniques différentes exprimant le TDP-43 humain de type sauvage avec un phénotype léger [TDP-43(WT-mild), CK402 (bkIs402[Psnb-1::TDP-43; Pmyo-3::GFP])] ou phénotype plus fort [TDP-43(WT-modéré), CK410 (bkIs402[Psnb-1::TDP-43; Pmyo-2::GFP])], une souche transgénique exprimant le TDP-43 humain mutant avec un phénotype sévère [TDP-43(M337V), CK423 (bkIs423[Psnb-1::TDP-43; Pmyo-2::GFP]), et une souche transgénique exprimant une autre protéine associée à une maladie neurodégénérative, tau humain de type sauvage [tau(WT), CK144 (bkIs144[Paex-3::tau(4R1N); Pmyo-2::GFP])]. Les deux souches exprimant le TDP-43 de type sauvage ont des degrés de déficience différents détectés par la locomotion radiale. Le TDP-43 (WT-low) n’est pas significativement différent du N2, tandis que le TDP-43 (WT-high) présente de nettes différences de motilité. Les souches TDP-43 (M337V) et tau (WT) ont des déficiences plus graves de la motilité.
Essai de natation
C. elegans se livre à des mouvements stéréotypés de natation (battement) lorsqu’ils sont immergés dans un liquide. Immédiatement après la submersion, les vers commencent à plier la tête et la queue l’un vers l’autre avec un angle de courbure d’environ 45 °, le sommet de l’angle étant le point médian du ver. Les vers alternent la flexion dans les directions ventrale et dorsale. Un thrash, tel que mesuré par le logiciel, représente le mouvement de passage d’un angle de courbure droit à un angle de courbure du corps de 20° ou plus, quelle que soit la directionnalité (le seuil d’angle peut être ajusté après le post-traitement dans la fenêtre Analyse et traçage [Workflow | Analyser les | de données | de la forme du corps | d’angle de flexion | à mi-parcours Seuil d’amplitude : # degrés]. Le test de natation décrit ici utilise un suivi et une analyse automatisés sur ordinateur pour fournir une notation impartiale de l’activité de natation. On s’attend à ce que les vers de type sauvage (N2) produisent en moyenne entre 150 et 200 battements par minute lorsqu’ils sont élevés et enregistrés à 20 °C. Les exemples de données présentés à la figure 5 montrent les résultats attendus comparant N2, deux souches transgéniques différentes exprimant le TDP-43 humain de type sauvage avec un phénotype léger [TDP-43(WT-mild), CK402 (bkIs402[Psnb-1::TDP-43; Pmyo-3::GFP])] ou phénotype plus fort [TDP-43(WT-modéré), CK410 (bkIs402[Psnb-1::TDP-43; Pmyo-2::GFP])], et une souche transgénique exprimant une autre protéine associée à une maladie neurodégénérative, tau humain de type sauvage [tau(WT), CK144 (bkIs144[Paex-3::tau(4R1N); Pmyo-2::GFP])]. La souche transgénique exprimant le mutant de la SLA TDP-43 [TDP-43(M337V)] ne se jette pas dans le liquide, et elle est donc indiquée sur le graphique comme ND (pas de données). Ce test peut discriminer différents phénotypes que le test de locomotion radiale illustré à la figure 4. Par exemple, dans le test de locomotion radiale (figure 4), le TDP-43 (WT-low) n’était pas significativement différent du N2. Cependant, dans le test de natation (figure 5), le TDP-43 (WT-low) et le TDP-43 (WT-high) sont significativement différents du N2, ainsi que significativement différents l’un de l’autre. De plus, bien que le TDP-43 (M337V) et le tau (WT) aient de graves déficiences rampantes par locomotion radiale (Figure 4), seul le tau(WT) est capable de battre suffisamment pour être suivi par le logiciel (Figure 5). Les animaux TDP-43(M337V) sont incapables de battre, et l’analyse logicielle ne détecte ni ne suit ces vers avec précision. Ainsi, les données sur ces vers n’ont pas été collectées (ND, pas de données).

Figure 1 : Flux de travail du test de locomotion radiale. Les panneaux A-E montrent les étapes généralisées du test de locomotion radiale. Les étapes sont les suivantes: (A) Les plaques NGM, avec OP50 ensemencé sur les bords, sont préparées en étiquetant et en marquant le point central, (B) les vers sont placés au centre de la gélose comme marqué par le point central, (C) les vers sont autorisés à se déplacer librement pendant un certain temps, (D) la plaque est retournée de bas en haut et l’emplacement final de chaque ver est marqué dans une couleur différente de celle du point central, (E) La distance entre le point central et chaque emplacement final du ver est mesurée à la main ou numériquement. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Mesure numérique de l’emplacement final à l’aide d’ImageJ. Les mesures de distance par rapport au centre peuvent être mesurées à la main ou numériquement, pour mesurer numériquement à l’aide d’ImageJ (A) balayage arrière de la plaque avec une règle dans le cadre. (B) Dessinez une longueur connue à l’aide de l’outil Ligne. (C) Utilisez la longueur connue dessinée en (B) pour définir l’échelle [Analyser | Définir l’échelle...]. (D) Utilisez l’outil Ligne pour tracer une ligne du point central à une marque d’emplacement finale, répétez pour chaque marque. (E) Une ligne de pinceau marquant la première marque mesurée aide à la notation (ligne noire ondulée près de la marque 1). Les repères finaux sont numérotés en jaune pour illustrer la directionnalité de la notation. (F) Les mesures sont enregistrées dans la fenêtre Résultats. Enregistrez les résultats ailleurs pour une analyse statistique. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Réglages des matériaux et du matériel pour l’utilisation du logiciel. (A) Matériaux utilisés pour le test de natation assisté par logiciel. (B) Configuration générale du logiciel et du matériel nécessaire, notez que le boîtier est en position surélevée. (C) La hauteur du support de montage de l’objectif peut être ajustée. Cette image montre la piste réglable et un indicateur de bande marquant la hauteur préférée pour effectuer des tests de natation. Il est nécessaire d’ajuster la lumière du champ lumineux et la mise au point de la caméra avant l’enregistrement. (D) Une plaque d’essai de 35 mm est placée sur la scène, des animaux en M9 sont ajoutés à la plaque et une minuterie de 1 min est démarrée. (E) Il est parfois avantageux de faire tourbillonner doucement la plaque pour rapprocher les vers du centre - observez l’emplacement sur l’écran de capture en direct; Alternativement, quelques gouttes de M9 d’un pipetteur peuvent être utilisées pour séparer les vers. (F) Réglez la bague de mise au point sur l’objectif de l’appareil photo, observez les vers sur l’écran pour déterminer la mise au point optimale. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : Les essais de locomotion radiale détectent des différences de vitesse de rampement. La dispersion non stimulée des larves L4 au stade du développement a été mesurée à l’aide du test de locomotion radiale décrit ci-dessus et représentée graphiquement en μm/min parcouru (A-B). Les mêmes données tracées en (A) et (B) démontrent deux présentations graphiques différentes possibles. En (A), les données sont affichées sous forme de graphique à barres, ce qui rend les différences relatives entre les souches plus claires. En (B), le déplacement final de chaque ver est dessiné dans le graphique, ce qui permet de mieux visualiser la variation au sein de la population. Pour évaluer la signification parmi les souches testées, une analyse unidirectionnelle de la variance (ANOVA) avec le test de comparaison multiple de Tukey a été utilisée. **p=0,0022, ****p<0,0001, ns=non significatif. TDP-43 (M337V) et tau (WT) sont également significativement différents de N2, p<0.0001. Les barres d’erreur en (A) sont l’erreur-type de la moyenne (SEM) et en (B) sont l’écart-type. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 5 : Les essais de natation détectent des différences de battement dans le liquide. Les taux de nage (fréquence de battement ou d’ondulation dans le liquide) ont été mesurés à l’aide d’une notation et d’une analyse assistées par ordinateur non biaisées décrites ci-dessus et représentées graphiquement sous forme de battements/min (A-B). Mêmes données tracées en (A) et (B). Dans (A), les données sont représentées sous forme de graphique à barres, ce qui rend les différences relatives entre les souches plus faciles à voir. Dans (B), les données de chaque ver individuel noté sont tracées dans le graphique, ce qui permet de mieux visualiser la variation au sein de la population. Pour évaluer la signification parmi les souches testées, une analyse unidirectionnelle de la variance (ANOVA) avec le test de comparaison multiple de Tukey a été utilisée. p<0,0001, ns=non significatif. TDP-43 (WT-modéré) et tau (WT) sont également significativement différents de N2, p<0,0001.Les barres d’erreur dans (A) sont l’erreur type de la moyenne (SEM) et dans (B) sont l’écart type. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 6 : Les vers TDP-43 mutants voyagent moins que les vers de type sauvage. Plaques montrant une différence représentative dans l’emplacement final de l’étagé L4 N2 (type sauvage) et du TDP-43 (M337V) (CK423 (bkIs423[Psnb-1::TDP-43; Pmyo-2::GFP]), une souche exprimant le TDP-43 humain mutant avec une fonction motrice gravement altérée après 1 heure de rampement non stimulé à température ambiante. Les plaques sont marquées d’un point rouge pour le point central et de points bleus pour l’emplacement final des animaux. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure supplémentaire 1 : Enregistrement du comportement de nage à l’aide du logiciel d’imagerie et de suivi. (A) Le flux de travail de suivi et l’emplacement de l’icône de capture vidéo. (B) La fenêtre Capture vidéo s’affiche en mode Live View et les aspects les plus importants sont mis en évidence. Les mots verts « Live view » se transformeront en « Enregistrement » rouge lorsque le bouton d’enregistrement sera activé. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Figure supplémentaire 2 : Préparation et suivi du comportement de nage. Cette figure montre une série de captures d’écran pour aider à configurer une séquence d’images vidéo pour le suivi. Le protocole général pour la préparation d’une séquence vidéo consiste à ouvrir chaque menu de flux de travail dans l’ordre suivant : Importer une séquence d’images | Définir les informations de séquence | Ajuster la | de l’image Détecter et suivre | Enregistrer le projet. La fenêtre Analyser les données ne peut être utilisée qu’après le suivi d’un fichier projet. (A) affiche un fichier .avi (vidéo) ouvert après l’importation de la séquence dans le logiciel à partir du flux de travail Track . (B) La fenêtre Définir les informations de séquence fournit un emplacement pour les notes, définir/modifier l’échelle et vérifier les métadonnées d’une séquence vidéo. Les instructions pour changer l’échelle se trouvent dans cette fenêtre et doivent être suivies lorsque la caméra est abaissée ou relevée (B). L’image (C) affiche les paramètres de la fenêtre Ajuster l’image . (D) Capture d’écran montrant l’onglet de détection de la fenêtre Détecter et suivre . La détection des vers est utilisée pour entraîner le logiciel et doit être définie pour chaque séquence vidéo. Des paramètres de détection supplémentaires peuvent être définis ici si vous le souhaitez. (E) Capture d’écran de l’onglet Suivi de la fenêtre Détecter et suivre avec les paramètres recommandés pour suivre le comportement de natation. Il s’agit de la dernière étape de la configuration d’une séquence vidéo. Enregistrez la séquence en tant que projet à l’aide de la fenêtre Enregistrer le projet . Répétez ces étapes pour chaque séquence vidéo. Les paramètres peuvent être enregistrés en tant que configuration pour réduire la charge de travail et garantir que toutes les séquences sont traitées de la même manière (non affichées). Pour suivre les fichiers de projet à des fins d’analyse, accédez au flux de travail par lots . (F) affiche l’icône utilisée pour accéder au flux de travail Batch et (G) affiche la fenêtre de traitement par lots, met en surbrillance les boutons d’ajout et de démarrage et affiche l’apparence attendue d’un fichier projet qui a été suivi. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Figure supplémentaire 3 : Analyse du comportement de nage. Une fois qu’un fichier de projet a été suivi, il peut être ouvert à l’aide de [Fichier | Ouvrir le projet]. Les vers apparaîtront en vert comme indiqué dans (A). Le nettoyage de la vidéo offre une vérification rapide que la vidéo traitée comme prévu, la surbrillance verte disparaîtra pendant le nettoyage. La fenêtre Analyse et traçage des données s’ouvre à partir de l’élément de flux de travail Analyser les données . (B) affiche la fenêtre Analyse des données et traçage avec la vue Position ouverte (par défaut), toutes les pistes sont mises en surbrillance. Sous les points de données se trouve un graphique montrant la piste enregistrée pour chaque ver mis en surbrillance. L’analyse sommaire de la piste est utilisée pour calculer les virages par minute. (C-D) afficher le rapport de synthèse de la piste et les détails de l’exportation. (E-F) montrer le résumé de la piste dans une feuille de calcul et comment calculer les tours par minute, la sortie mesurée dans ce test. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.