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方法論記事

カ エノラブディティス・エレガンスにおける簡単でアクセスしやすい卵孵化アッセイ:薬物スクリーニングのための適応型フォーマット

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DOI:

10.3791/72016

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2026年7月3日

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1Institute of Biochemical Research of Bahía Blanca, Department of Biology, Biochemistry and Pharmacy, National University of the South (UNS)-CONICET

この記事について

サマリー

本研究は、複数の実験フォーマットを統合したカ エノルハブディティス・エレガン スにおける柔軟かつ標準化された卵孵化アッセイプラットフォームを提示します。このアプローチは再現性、拡張性、アクセス性を高め、薬物効果や発生過程の堅牢な評価を可能にしつつ、コスト効率が高く、研究用途や教育現場の両方に容易に適応できます。

要約

卵孵化アッセイ(EHA)は、特に駆虫研究において、化学化合物が線虫の初期発生段階に与える影響を評価するために広く用いられています。しかし、既存の手法はフォーマット、複雑さ、再現性において大きく異なり、適応可能な実験的枠組みというよりも固定されたプロトコルとして提示されることが多いです。本研究では、 Caenorhabditis elegans における卵孵化アッセイのためのシンプルでアクセスしやすく柔軟なプラットフォームを構築し、3つの実験構成を統合・直接比較します:(i) マイクロ遠心分離管内での制御培養後、寒天プレートへのシード、(ii) 薬物含有寒天プレートへの直接曝露、(iii) 多層液体アッセイ。このアッセイを説明するために、2つの代表的な化合物が用いられました。1つは卵の孵化を阻害するもの、もう1つは検出可能な効果がないものです。それぞれの構成は、実験的な制御、スループット、アクセスの面で明確な利点を提供します。マイクロ遠心分離機チューブを用いたアプローチは、薬物曝露の精密な制御を可能にし、定量的な薬理学的解析をサポートします。寒天ベースのアッセイは、連続曝露や教育環境に適した簡略かつ低コストの代替手段を提供します。マルチウェルフォーマットにより、現代の創薬パイプラインに沿ったスケーラブルで標準化されたスクリーニングが可能になります。これらのフォーマットを直接比較することで、方法論の選択がアッセイの再現性、薬物曝露の動態、生物学的解釈にどのように影響するか、特に卵殻の保護的役割や分子標的発現の発生的変異といった段階特異的要因に関連して示しています。総じて、本研究はC . elegans における卵孵化アッセイを、駆虫スクリーニング、毒物学的評価、発生研究、教育実験室など多様な応用に適応できる多用途かつ拡張可能なプラットフォームとして確立し、この方法論のより広く合理的な利用を促進します。

概要

卵孵化アッセイ(EHA)は、化学物質の殺卵活性および初期発生効果を評価する線虫学の基盤的な手法として長らく確立されています。もともとは寄生線虫のために開発されたこれらのアッセイは、管理されたin vitro条件下で胚発生や幼虫の出現抑制を定量化し、孵化率や濃度応答解析(例:EC50またはIC50)など、堅牢で生物学的に関連性の高いエンドポイントを提供します。

Haemonchus contortusやTrichostrongylus colubriformisなどの寄生線虫における古典的な卵ベースのアプローチは、合成薬や天然産物の有効性評価、抗虫抵抗性の監視に広く用いられています 1,2,6,8,9,10 .これらの手法は、卵の生存率や孵化の直接評価から、糞培養後の幼虫の発生評価まで幅広い指標を含みます。これらは総合的に、薬物曝露と寄生虫の生殖量および感染可能性を結びつける上で中心的な役割を果たしてきました。しかし、これらの手法は感染した宿主からの複雑なサンプル準備、長期の培養期間、専門的なインフラを必要とすることが多く、アクセスのしやすさ、拡張性、実験室間での再現性が制限されることがあります。

Caenorhabditis elegansをモデル生物として利用することは、寄生線虫に関連するいくつかの制限を克服する強力な戦略として浮上しています。その短いライフサイクル、遺伝的扱いやすさ、培養の容易さ、そして寄生種と共有する主要な分子標的の保存性により、薬理学的、毒性学的、発生学的研究に特に適しています。重要なのは、C. elegansの胚発生が迅速かつ高い再現性を持つため、卵の生存率や孵化アッセイを初期発生過程やその異種生物による破壊の定量的かつ信頼性の高い読み取りとして用いることができる点です。

さらに、よく特徴づけられた変異株の存在により、薬物作用や耐性に関する機構的洞察が可能になりました。過去の研究では、生体活性化合物に対する耐性が段階依存的に現れることが示されており、胚期と幼生期の段階で感度が異なることが示されています。例えば、グルタミン酸作動性シグナル伝達の変化は幼虫の耐性表現型と関連している一方で、卵の孵化は影響を受けなかった14,18,19,20。これは薬剤感受性の段階特異性を浮き彫りにし、胚期段階は後期の発達段階と異なる標的やアクセスの差を伴う可能性を示唆しています。

寄生虫学を超えて、C. elegansの卵の生存可能性アッセイは毒性学や初期創薬においてますます重要になっています。これらのアッセイは駆虫活性の評価だけでなく、発生毒性や薬物誘発性胚の異常の評価にも適用されており、その結果はより高い生物毒性プロファイルと相関する可能性があります(15,16)。同時に、卵殻の存在は重要な生物学的制約をもたらし、胚を包む保護的かつ選択的な透過性バリアとして機能します。その結果、一部の生体活性分子は、後期発生段階14、19、23、24で活性を示しても胚に到達できないことがあります。したがって、胚へのアクセスは分子サイズや極性を含む各化合物の物理化学的性質に依存する可能性が高いです。これは、卵孵化アッセイで観察される活性と、後期の発生段階での活動の違いに寄与している可能性があります。この区別は、実験的文脈と測定対象の生物学的エンドポイントの両方を明確に定義することの重要性を強調しています。

方法論的には、Caenorhabditis elegansにおける卵孵化アッセイは、同期卵の液体培養、薬物含有寒天プレートへの直接曝露、中〜高スループットスクリーニング用に適応されたマルチウェルベースのアッセイ(11,13,14,16,19,23,24)など、幅広い実験フォーマットで実施されています。

液体ベースおよびマイクロプレートフォーマットは、均質な曝露条件を提供し、薬物濃度の正確な制御を容易にし、濃度と反応の関係を定量的に解析できるため、薬理学的スクリーニング研究で広く採用されています。同時に、寄生線虫に対しては、従来の96ウェルプレートアッセイから384ウェルフォーマットを用いた超高スループットプラットフォームまで、類似のマルチウェルベースの戦略が広範に開発されています。これらのアプローチは、異なる線虫種間での卵孵化アッセイの多様性と拡張性、そして小規模な機構研究から大規模な化合物スクリーニングまで多様な実験環境への適応性を強調しています。

各フォーマットは、実験制御、再現性、スループット、アクセスの面で明確な利点と制限を持っています。液体ベースのアッセイは均質な曝露条件を提供し、定量的な薬理学的解析に適しています。一方、寒天ベースのアッセイは発酵中も連続曝露を可能にしますが、薬剤拡散や生体利用率に関連するばらつきが生じます。マルチウェル形式は並列化と試薬消費の削減を可能にし、現代のスクリーニング戦略に沿ったものです。

広く使われているにもかかわらず、卵孵化アッセイは柔軟な方法論的枠組みというよりも固定されたプロトコルとして提示されることが多いです。フォーマット間の直接比較は乏しく、機構解析から高スループットスクリーニングや教育環境に至るまで、特定の用途に最適な構成を選ぶための指針も限られています。

本研究では、C . elegansにおける卵孵化アッセイのためのシンプルでアクセスしやすく適応可能なプラットフォームを提案し、3つの実験構成を統合・比較します:(i) マイクロ遠心分離機管内での制御培養後、寒天プレートでのシード、(ii) 薬物含有寒天プレートでの直接曝露、(iii) 多孔ベースの液体アッセイ。

これらの構成を体系的に評価することで、実験的な制御、単純性、スケーラビリティのトレードオフを浮き彫りにする実践的な枠組みを確立することを目指します。この統合的な視点は、従来の寄生虫学的手法と現代のモデルベースのスクリーニング手法を橋渡しし、卵孵化アッセイを単一の標準化された技術としてではなく、駆虫菌の発見、毒物学的評価、発生生物学、教育応用など多様な研究文脈に適応可能な多機能なプラットフォームとして位置づけています。

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プロトコル

1. カエノラブディティス・エレガン スの系統と培養

  1. 野生型N2(ブリストル)株および/または遺伝子移行株PD4251(ccIs4251;dpy-20(e1282))を用いて、方法論25,26を開発・検証します。PD4251はGFPを発現し、必要に応じて可視化や画像化応用を容易にし、本研究で用いられた実験条件下で野生型N2株で観察されたものと区別がつかない卵孵化および発生反応を示します27。
  2. 株(例:野生型N2株)は、国立衛生研究所研究インフラプログラム局(P40 OD010440)が支援する カエノラブディティス 遺伝センター(CGC)から入手してください。
  3. ミミズは、餌源としてEscherichia coli OP50をまきまく新たに調製した線虫成長培地(NGM)寒天培地で、標準的な実験室環境下18〜25°Cで維持してください。NGMは、16gの寒天、3gのNaCl、2.5gのバクトペプトンを975mLの蒸留水または超純水に溶かして調製します。オートクレーブで滅菌してください。培地を55°Cまで冷却した後、リン酸カリウム緩衝液(25 mL、1 M、pH 6.0)、CaCl₂(1 mL、1 M)、MgSO₄(1 mL、1 M)、およびコレステロール(絶対エタノール中の1 mL、5 mg/mL)の滅菌溶液を加えます。よく混ぜて、無菌状態で皿を注ぎます。
  4. WormBookおよび関連研究24、26、28、29で定められた手順に従い、定期的な取り扱い、増殖、保守を行います。細菌の餌を継続的に供給し、過密な皿を避けることで、虫を飢餓状態に陥れない状態に保ちましょう。培養は推奨温度範囲(18〜25°C)内に収め、過度に乾燥した環境を避けるため、寒天の脱水を加速させる恐れがあります。
  5. アッセイ開始前の一般的な考慮事項
    1. 温度(18–25°C)、潜伏時間(4–8時間)、湿度(50–70%)、取り扱い手順など、すべての実験パラメータを事前に定義してください。
    2. アッセイ開始前にすべての材料を準備し、適切なタイミングとワークフローの調整を確保してください。
    3. すべての複製で一貫した実験条件を維持し、変動を最小限に抑えましょう。

2. 試験化合物およびコントロールの準備

  1. 実験当日にすべての化合物を新たに準備してください。化合物の適合性やアッセイ条件に応じて、M9バッファー(22 mM KH₂PO₄、42 mM Na₂HPO₄、86 mM NaCl、1 mM MgSO₄)または滅菌蒸留水に溶解します。
    注:水培地の選択は C. elegans のアッセイにおける化合物活性に影響を与えることがあります。例えば、セロトニンのような化合物は、無菌蒸留水で調製した場合とM9バッファーで異なる有効濃度を示すことがあります。したがって、アッセイ最適化の際には、車両適合性と生物学的応答の両方を実証的に評価する必要があります。また、水溶性の低い化合物には、ジメチルスルホキシド(DMSO)やエタノールなどの適切なビニクルが使用されます。毒性を避けるために、最終溶媒濃度は低く(通常0.2% v/v未満)に保つべきです。C . elegans の過去の研究では、標準的な実験室条件下で最大0.5%までのDMSO濃度が最小限の効果をもたらすと報告されています17。
  2. 濃度-応答曲線の構築やIC50 またはIC90 の値の推定を可能にするため、各化合物につき少なくとも5つの濃度を準備してください。2〜3倍濃度ステップの連続希釈を出発点として使い、各化合物の期待される効力、溶解度、実験応答に応じて最終濃度範囲を調整します。
    注意:試験化合物が光に敏感な場合は、劣化を防ぐために薄暗い光の下ですべての準備作業を行うべきです。これには、ストック溶液、希釈液、薬物含有寒天プレートの準備が含まれます。可能な限り、プレートはアルミホイルで覆い、暗闇に保管してください。同様に、多孔プレートはインキュベーション中は、ホイルや不透明の蓋で覆われておくべきです。実験全体を通じて化合物の安定性を維持するために、光の照射を制限する密閉容器や湿潤なチャンバーの使用が推奨されます。
  3. すべての実験には以下の対照を含めてください:バッファーのみのコントロール(M9または水)および車両コントロール(例:処理に使用される濃度のDMSOやエタノール)。
    注意:溶媒の選択が非常に重要です。DMSOやエタノールは、低濃度でも生体適合性を保ちつつ、疎水性化合物を溶解するため一般的に使われています。Tween 20やシクロデキストリンなどの代替的なアプローチは、溶解度向上のために検討されることがあります。薬物溶液は調製後すぐに使用すべきであり、安定性は時間とともに変動し再現性に影響を与える可能性があります。

3. 同期した C. elegans の卵の取得

注:C. elegansの卵の分離は、過去の研究29,32で広く記述されています。ここでは、孵化アッセイに適した清潔でゴミのない卵の回収を最適化するための小さな修正を加えながら、主な手順をまとめます。

  1. 妊娠ミミズのコレクション
    1. 妊娠中の成体の合流培養を含む3〜5枚のNGMプレートから始めます 25,26。多数の繁殖ミミズや目に見える卵を含むプレートを好み、過密または飢餓の培養は避けます。この段階で正確な虫数は通常決定されません。C. elegansの卵の分離プロトコルは、正確な動物数ではなく、合流する生殖培養に依存していることが多いからです。一般的な参考として、60mmのプレートには数百体の妊娠した成体が含まれているべきです。
    2. 各皿に蒸留水を加え、ミミズを15mLの円錐形チューブに優しく洗い流します。寒天の表面をこすり落とさないように、ゴミを最小限に抑えましょう。
    3. 266 × g から3分(18–25°C)で遠心分離機でミミズをペレット状にします。上清液を含む細菌を取り除きます。
    4. 上澄液を取り除き、洗浄工程を3回繰り返します。残留細菌の除去を促進するために、ペレットを毎回優しく再懸浮させてください。
  2. 漂白による卵子の分離
    1. ミミズペレットを新たに調製した漂白液(1.2% NaOClおよび0.5 M NaOH、最終容積5 mL)に再懸浮させます。使用直前に溶液を準備して活性を保ちましょう。
      注:正しく漂白されたサンプルとは、成体の死骸を攪乱・消化しつつ、形態的に正常かつ生存可能な卵を保つ調製と定義されました。過剰漂白されたサンプルは、損傷または溶解した卵、異常な卵形態、孵化率の低下、または孵化後に生存可能な幼虫がいないことによって識別されました。
    2. 成体の溶解と卵の放出を促進するために管を激しく攪拌します。均一な曝露を確保するために、培養中は連続的に混合してください。
    3. 反応を注意深く観察し、5分を超えないようにしてください。目で確認してください:成体の体はほとんど溶けているが、卵はそのまま残るべきです。
    4. 反応を注意深く観察し、冷たい無菌蒸留水(できれば10°C)を加えて5分後に停止し、最終体積は最大14mLまで加えます。卵の損傷を防ぐために、この時間を超えて孵化させないでください。
    5. チューブにキャップをして、漂白液を素早く薄めるために優しく数回逆さにします。卵子の生存率を保つために、この工程は遅滞せずに行ってください。
    6. 266 × g で3分間(18〜25°C)遠心分離し、上清液を慎重に捨てます。
    7. 卵ペレットは滅菌蒸留水で3回洗い、残留漂白剤を完全に除去します。洗車間にはしっかりリサスペンションを行ってください。卵を5mLのM9バッファーまたは滅菌水に再懸浮させます。
      注:妊娠雌雄同体を漂白すると、同期アッセイに適した無菌卵の調製液が得られます。餌がない場合、孵化した幼虫はL1発達停止に入り、摂食時に同期して発育を再開します。
  3. 精製工程(ショ糖浮選)
    1. 漂白後にミミズのゴミが見える場合はこのステップを行ってください。
    2. 60%の滅菌ショ糖ストック溶液を希釈して30%ショ糖溶液を準備します(例:同じ量の混合物:60%ショ糖5mLと蒸留水5mLを混ぜます)。
    3. スクロース溶液をペレットに加え、逆さまに優しく混ざります。渦巻きは避けてください。
      注:この精製工程は短時間で、その後すぐにク糖残留を除去するための洗浄作業が行われるため、本研究で用いられた条件下では卵子の生存率に検出可能な影響は認められませんでした。対照的に、ミミズの残骸除去は卵の可視化、カウント精度、サンプル間の薬物曝露の均一性を大幅に向上させます。
    4. 遠心分離機で266× g で5分間(18〜25°C)使用。
    5. 卵の層は溶液の上部にある薄い白いリングとして特定してください。すぐにピペットの先端をリングに沿って慎重に動かして、卵を含む上澄液4mLを採取します。
    6. この工程は素早く行いましょう。卵は重力によって遠心分離後すぐに沈み始めるためです。
    7. 採取した上清液を無菌蒸留水を含む清潔なチューブに移します。卵は冷たい滅菌水で2回洗い、残留するショ糖を取り除きます。
      注意:このステップは任意ですが、強く推奨されます。ゴミを取り除くことで卵の可視化とカウントの精度が向上し、卵が残留ミミズの物質に閉じ込められるのを防ぐことで、より均一な曝露が保証されます。
  4. 卵のストック溶液の調合
    1. 卵の懸濁液を試食前に優しく混ぜてください。卵は急速に沈殿します。
    2. 20μLの滴を3滴スライドに置き、立体顕微鏡で卵を数えます。
    3. 平均値を計算し、M9バッファーを使って100μLあたり50〜100個の卵数に調整します。均一な分布を維持するために、アリクオートの前にもう一度混ぜます。
    4. 選択したプロトコルに従って、各実験条件に必要な卵子懸浮量を割り当てます。

4. 卵孵化アッセイ形式

  1. マイクロ遠心分離機管内での短期卵曝露(高制御フォーマット)
    注:この実験構成は、以前に記載された手順25に基づいており、曝露条件の制御と再現性の向上を目的とした適応が加えられています。
    1. 卵孵化アッセイのための寒天プレートの準備
      1. 無薬寒天プレートは寒天と蒸留水のみ(1.7gの寒天を100mLの水に浸注)で準備します。栄養素や細菌は添加しないでください。目的は食物源の妨げなしに卵の孵化を評価することです。実験全体で一貫した寒天深さを維持するために、35mmペトリ皿あたり約3mLの寒天を注ぎます。
      2. 使用の12〜24時間前にプレートを準備してください。この期間を超えないようにしてください。過度の乾燥は卵の生存率を下げ、幼虫の動きにも影響を及ぼします。
      3. 固化後は各板を4つの象限に分けて計数を容易にします。
      4. プレートは乾燥を防ぐため、密閉環境で8〜10°Cで保存します。使用前にプレートを室温に均衡させてください。
    2. 各条件に応じて500μLの卵懸濁液を1.5mLのマイクロ遠心分離機管に移します。ピペッティングの合間に卵の沈殿を防ぐために優しく混ぜてください。卵は重力で急速に沈殿します。均質な懸濁液を維持することは、条件間で卵数を同等にするために非常に重要です。
    3. 500μL卵懸濁液に500μLの処理液または対応する制御剤を加えます。22°Cで4〜8時間培養します。潜伏期間を事前に定め、実験間で一定に保つ(例:6時間)してください。この時間の変動は薬物曝露に直接影響します。
      注意:卵懸濁液と混ぜた後の希釈で最終作業濃度を得られるように、最終濃度の2倍で処理溶液を準備してください。
    4. チューブローテーター(例:5〜20rpmの垂直回転)やロッキングプラットフォームを用いて、インキュベーション中は連続的に穏やかな攪拌を維持します。卵の沈殿を防ぎ、均一な露出を促進するために、チューブが常に動いていることを確認してください。このステップは極めて重要で、静的な環境では卵子の蓄積や薬物の不均一曝露が起こります。
    5. 培養後、チューブを3,420 × g で3分間(18〜25°C)遠心分離します。チューブの壁に小さな白い堆積物として見えるペレットを特定してください。遠心分離前にチューブを一貫して(例:片側にマーキング)して、ペレットの素早い定位を促し、上清除去時の誤った損失を防ぎます。
    6. ペレットを乱さないように上清液を慎重に除去してください。卵はM9バッファーで3回洗い、残留化合物を除去します。最終ペレットを240μLのM9バッファーに再懸浮させます。
    7. 懸浮液を寒天プレートにプレートし、各象限あたり20μLを分散します。各州ごとに3枚のプレートを使いましょう。卵が表面に移るのを防ぐために、滴を完全に乾かしたり反逆させたりしてください。
      注意:洗浄工程中の卵子損失を補うために、厳密に必要な量よりも多めの卵液懸濁量を最初に使い、盛り付けとカウントのための十分な最終サンプル数を確保してください。特に教育現場での作業を簡素化し、寒天プレートの使用を減らすために、再懸濁卵を寒天プレートではなく直接マルチウェルプレートに移すことが推奨されます。最終的な容量を1井戸あたり200μLに調整し、未使用井戸には蒸発を最小限に抑えるために滅菌水で満たします。
  2. 薬物含有寒天プレートへの直接卵子曝露
    1. 寒天と滅菌蒸留水のみを含む寒天溶液(1.7gの寒天100mL)を準備します。完全に溶けるまで加熱し、溶液を液体のまま維持します。化合物を加える前に寒天を50〜55°Cまで冷却し、実験室の温度計で温度を監視してください。この工程は、前述の通り化合物の安定性を保ち、均一な取り込みを確保するために重要です。濃度反応分析およびIC50 推定を可能にするために、1化合物あたり少なくとも5つの濃度を準備してください。
      注意:細菌性の食品は絶対に加えないでください。餌がない場合、孵化した幼虫は同期したL1発達停止に入り、検査期間26.33の間に後期幼虫段階への進行を妨げます。
    2. 冷却した寒天に適切な量の薬物溶液またはビニクルコントロールを加えます。均一な分布を確保するためにゆっくりと反転させて優しく混ぜます。泡の形成を防ぐために渦巻きや激しい揺れは避けてください。
    3. すぐに約3mLの寒天を35mmのペトリ皿に注ぎます。温度とプレートの厚さを一定に保つために着実に作業してください。各条件につき少なくとも3〜5枚のプレートを用意してください。
    4. 板の保管と取り扱い方法は以下の通りです:平らな面で室温で板を固める。凝縮が寒天表面に到達しないように、保存プレートを逆さまにします。
    5. 実験の準備:50〜100個の卵を直接寒天プレートに種まきます。温度、培養時間、湿度、プレート準備タイミングなどの実験パラメータを一定に保ちます。濃度反応分析には少なくとも5つの濃度を用いてください。
      注意:使用の12〜24時間前にプレートを準備してください。過度乾燥は卵の生存率や幼虫の移動に影響を及ぼす可能性があるため避けてください。光に敏感な化合物を扱う際は脱水を防ぎ、光から守るためにプレートを包んでください。プレートは清潔でできれば加湿された環境(例:湿った紙で密封された容器)に保管し、変動を最小限に抑えましょう。
  3. マルチウェルプレート(中〜高スループットフォーマット)における卵孵化アッセイ
    注:このフォーマットはC . elegans および寄生線虫の中〜高スループットスクリーニングで広く使用されており、標準化された条件下で複数の化合物や濃度を並行して評価することが可能です。
    1. ウェルプレート準備と実験設計:96ウェルプレート(またはスループットのニーズに応じて代替フォーマット)を使用してください。プレートレイアウトを事前に準備し、薬物濃度(カラム間に配置され)、複製(行間)、およびコントロール(バッファーのみ(M9または水)やビークルコントロール(例:治療で使用される最終濃度のDMSOやエタノール)を定義します。
      注意:透視型の平底マルチウェルプレートを使用して、透射LED照明下で各ウェル内で直接可視化とカウントを行うようにしてください。卵や孵化したL1幼虫は、移送工程を経ずにウェル内で直接定量され、サンプルの損失や人工物の取り扱いを最小限に抑えます。
    2. 各井戸に適切な量の薬物溶液または制御剤を事前に充填してください。すべての井戸で均等な体積を使いましょう。
    3. 卵懸濁液の追加
      1. 定められた濃度で均質化された卵懸濁液を準備します(第2節参照)。
      2. 薬剤溶液を含む各井戸に等量の卵懸濁液を加えます。最終体積は1ウェルあたり200μLを使用します。
      3. 卵の密度を1井戸あたり少なくとも30個(理想的には30〜100個)に調整してください。1井戸あたり100個を超えないようにしてください。過密は手作業で定量を大きく複雑にします。個々の卵の識別が難しくなり、運動性のL1幼虫は井戸内を積極的に泳ぎ回り、カウント精度が低下し、実験の変動性が増加します。
      4. 均一な分布を確保するために、卵の懸濁液を優しく混ぜて配布してください。
    4. 皿を慎重に積み込め。気泡の発生は避けてください。ピペットは一貫して使い、条件ごとにチップを交換して交差汚染を防ぎましょう。プレートを優しく叩いて、すべての内容物が井戸の底に沈むようにします。
    5. 抱卵条件:卵分離から合計24時間、20〜22°Cの湿度の高い制御された条件下で盤を抱卵します。
      注意:蒸発を減らすために外井戸の使用やバッファーの充填を避けて変動を最小限に抑えましょう。プレートは加湿チャンバー(例:湿った紙で密封された容器)で培養し、光に敏感な化合物を扱う際には光から守ります。抱卵中の不必要な動きは避けてください。すべての複製で卵子の準備と薬物曝露のタイミングを一貫させてください。発生段階やデータの解釈に影響を与える可能性があります。

5. 評価とカウント

  1. 卵分離から24時間後に孵化を評価し、制御条件が定められた温度内で完全に孵化していることを確認します。卵子採取の瞬間からこの時点を計算し、十分な胚の発育を促します。この段階で孵化していない卵は処理の影響を受けていると考えてください。
  2. 立体顕微鏡でサンプルを調べてください。各条件(寒天プレートまたはマルチウェルプレート)ごとに、孵化していない卵の数と孵化したL1幼虫の数を定量化します。
  3. 観測エリア全体、プレートの縁や井戸の境界までスキャンしてください。運動性のL1幼虫は不均一に分布し、これらの領域に蓄積することがあります。
    注意:追加の機器を使わずに、立体顕微鏡下での直接カウントを迅速に評価してください。条件間で卵密度を一貫させ、各条件で少なくとも3〜5回の技術的再現を用い、異なる卵の調製を用いて最低3回の独立した実験を行い、信頼性の高い比較を確保します。

6. 画像取得と記録

  1. デジタルカメラを搭載した立体顕微鏡を使って画像を取得します。寒天プレートの場合は各象限を記録します。マルチウェルプレートの場合は、各ウェルを個別に記録します。幼虫がたまる可能性のあるプレートの縁や井戸の境界を含むすべてのエリアを捕獲してください。
    注:標準的な10倍の接眼レンズと対物レンズ(0.6倍から5倍(総倍率6倍から50倍)が広く使われており、カウントエリア内で卵とL1幼虫の両方を明確に確認できます。透過型LED照明を使いましょう。すべての実験条件下でカメラの取得設定(明るさ、露出、コントラスト)を一定に保ち、画質の安定とサンプル間の信頼性の高い比較を確保します。
  2. 適切な取得ソフトウェアを使って画像を撮影しましょう。画像解析ソフトウェアを使って画像を処理・解析します。明るさ、コントラスト、倍率、同じ取得領域・視野、カウント基準を含むすべての実験条件で同一の解析パラメータを維持してください。
  3. 取得した画像から孵化していない卵とL1幼虫の数を定量化してください。幼虫は卵殻から完全に出てきた時点で孵化したと考えてください。部分的に羽化した幼虫を含む卵は未孵化と分類されるべきです。すべての実験条件において同一の分類基準を適用してください。
  4. 卵の孵化抑制が可逆的かどうかを評価するために、16〜18°Cでさらに12〜24時間、追加で培養板またはマルチウェルプレートを培養します。定められた実験条件下では、この段階で孵化していない卵は処理の影響を受けます。

7. データ分析

  1. 卵孵化抑制を次のように計算します:
    孵化していない卵の割合 = (孵化していない卵の数) / (卵の総数+幼虫数)
  2. 異なる卵のバッチを使って少なくとも3〜5回の独立した実験を行いましょう。平均±標準偏差(平均±標準偏差)として表します。
  3. 非線形回帰を用いて濃度-応答曲線を作成し、IC50 値を決定します。
  4. Studentの t検定を用いて条件間の統計的比較を行い、 p < 0.05で統計的有意性を定義します。
  5. 適切な統計ソフトウェアを使ってデータを分析しましょう。

8. トランスシンナマルデヒドおよびリナリル酢酸塩を用いた卵孵化アッセイの応用

注:本研究は特定の化合物に焦点を当てたものではなく、代表的な薬剤を用いて、各実験フォーマットが類似の条件下でどのように実装され、制御され、解釈されるかを示しています。トランスシナマルデヒド(TCA)は、これまでに解析され、ここに示した3つのアッセイ構成で一貫して卵の孵化を強固かつ再現性のある抑制で生じさせているため、示す化合物として選ばれました。重要なのは、TCAを含める目的は、フォーマット間の相対的な効力や性能の比較を確立するためではなく、プロトコルの実装と代表的な集中反応行動を示すことであったことです。

  1. 実験装置と化合物調製
    1. 寒天のみ培地(蒸留水中1.7%)で、12〜24時間前に寒天プレート(35mm皿あたり3mL)を準備します。プレートにラベルを貼り、数えるために4つの区画に分け、乾燥を防ぐために密封状態で保管し、使用前に室温に均衡させてください。
    2. DMSOで新鮮なトランスシナマルデヒド(TCA)ストック溶液を準備し、滅菌水または寒天で希釈して最終濃度8(0.05–0.7 mM)を得ます。すべての条件下で最終DMSO濃度を0.2%未満に保つこと。水、寒天、DMSOをそれぞれネガティブコントロールと車両コントロールとして含めてください。
    3. リナリルアセテートを5 mMで陰性化合物対照としてテストし、同一実験条件下で活性化合物と非活性化合物を識別する能力を評価する。
    4. 上記の同期卵懸濁液を準備し、密度を100μLあたり50〜100個に調整します。すべての形態で均等な体積と比較可能な卵数を用い、条件間の一貫性を確保します。
  2. 参照化合物を用いた実験フォーマットの応用
    1. マイクロ遠心分離機管での短期曝露(高制御フォーマット)
      1. 卵懸濁液500 μLと、TCA含有量0.05〜0.7 mMを含む処理液500 μLを混ぜます。チューブは18〜20°Cで6時間キュベートし、すべての実験で一貫して培養時間を保つこと。
      2. 培養中はローテーターを使ってチューブを継続的に優しく攪拌してください。
      3. 曝露後、3,420 × g で3分間(18〜25°C)遠心分離し、上清液を慎重に除去します。卵は蒸留水で3回洗い、残留化合物を取り除き、定められた孵化期間中の曝露を制限します。
      4. 最終ペレットを240μLの蒸留水に再懸濁し、各四分円あたり20μLの懸濁液を3枚のプレートで寒天プレートにプレートします。卵分離後、16〜18°Cで24時間培養します。
    2. 薬物含有寒天プレートへの直接曝露
      1. 薬剤含有寒天プレートは、TCA溶液を50〜55°Cで冷却した寒天に加え、均一な分布を確保するために優しく混合します。1プレートあたり約3mLの寒天を注ぎ、使用12〜24時間前にプレートを準備します。
      2. 種卵を他のフォーマットと同等の密度で直接プレート表面に落とします(100 μLあたり50〜100個の卵)。この構成では洗浄作業は行わないでください。
      3. 卵分離後24時間まで16〜18°Cで培養します。
    3. マルチウェルプレートアッセイ(中〜高スループットフォーマット)
      1. 薬剤溶液と制御剤をプリロードした96ウェルプレート。卵懸濁液を加えて、最終体積は1ウェルあたり200μL、密度は50〜100個の卵となります。
      2. 充填時には気泡を避け、井戸間の均一な体積を維持することで均一な分布を確保します。卵分離後、20〜22°Cの湿度で24時間培養します。
  3. 画像取得と定量化
    1. 卵の分離から24時間後に、制御条件下で孵化が完了した後に孵化を評価してください。各条件ごとに、立体顕微鏡で孵化していない卵とL1幼虫の数を数えます。プレートの縁や井戸の境界を注意深く調べてください。これらの領域には幼虫が蓄積することがあります。
    2. 記録のためにデジタルカメラを搭載した立体顕微鏡で画像を取得します。寒天プレートの各象限を記録し、マルチウェルプレートの各ウェルを体系的に画像化します。定量化をサポートするために必要に応じて画像解析ソフトウェアを使用してください。
    3. 画像取得後さらに12〜24時間インキュベートし、観察された孵化抑制が可逆的かどうかを評価します。
    4. すべての実験は少なくとも3つの独立した生物学的複製を用いて実施してください。

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結果

TCAは 、図1に示すように、すべての実験フォーマットにおいて濃度依存的な卵孵化の明確な抑制を生み出しました。各アッセイ構成の代表的な濃度-応答曲線が示されています:マイクロ遠心チューブ(図1A)、寒天プレートへの直接曝露(図1B)、およびマルチウェルプレート(図1C)。

推定IC₅₀値は、マイクロ遠心管で0.19±0.0262 mM、寒天プレートで0.1758±0.0463 mM、マルチウェルプレートで0.2267 ±0.0093 mMでした。これらの値は、各アッセイ形式で得られる濃度と反応の関係の代表例として示されています。わずかな差は見られたものの、すべての値は比較的狭い範囲内にあり、実験構成間の全体的な整合性を示しています。重要なのは、化合物特異的反応は物理化学的性質やア...

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ディスカッション

本研究は、 Caenorhabditis elegansにおける卵孵化アッセイのためのシンプルで適応可能なプラットフォームを提示します。これは、制御、曝露ダイナミクス、スケーラビリティの面で異なる3つの相補的な実験フォーマットを中心に構成されています。単一の最適プロトコルを定義するのではなく、卵孵化アッセイは特定の実験目的に適応可能な柔軟な方法論的枠組みとみなすべきだという見解を支持しています。

マイクロ遠心分離機チューブベースのフォーマットは、薬物曝露に高度に制御された環境を提供し、培養時間、化合物濃度、洗浄工程の正確な定義を可能にします。この構成は、曝露段階とその後の発生過程を分離できるため、定量的な薬理学的解析や機構的研究に特に適しています。このフォーマットで得られるIC50 値(0.19 mM)は、化合物曝露が時間制限され、孵化前に残留薬物レベルを下げる洗浄工程を経るこれらの制御条件を反映しています。この設計は長時間の曝露に伴う交絡効果を最小限に抑え、幼虫を細菌の種子...

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開示事項

著者たちは本記事の内容に対して利益相反がないと宣言しています。

謝辞

この研究は国立南大学(PGI 24/B366からGHまで)の支援を受けました。WormBase(https://wormbase.org)に感謝します。株はNIH研究インフラプログラム局(P40 OD010440)から資金提供される カエノラブディティス 遺伝センター(CGC)によって提供されました。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
細菌学用アガーBritania B0101406新鮮に調製する（1.7 grを100 mLのH2Oに）
漂白液N/AN/A1.2 % (v/v) NaOHと0.5 M NaOH
遠心分離機ThermoScientific. Sorvall ST16R.  
遠心分離機BiofugePICOからeppendorfチューブへHeraeus 75003235  
デジタルカメラToupCam TP605100A産業用デジタルカメラ。焦点距離調整可能USB 2.0
DMSOBioBasic RAS#7-68-5MW: 78,13
リナリル酢酸SIGMANo.CAS: 115-95-7新鮮に調製する
リソジェニーブロス（LB）培地N/AN/A10 g Bacto-トリプトン、5 g 酵母エキス、10 g NaClを1 Lの蒸留水に
M9バッファーN/AN/A3 g KH2PO4, 6 g Na2HPO4, 5 g  NaCl, 0,25 g MgSO4を1 Lの蒸留水に
ミニローテーターBioSanBio RS-24
線虫成長培地（NGM）N/AN/A3 g NaCl, 17 g アガー, 2,5 g  Bacto-ペプトンを1 Lの蒸留水に。オートクレーブで滅菌する。1 mLのコレステロール（5 mg/mL）を、1 mLのCaCl2（1 M）を、25 mLのカリウムリン酸緩衝液（1 M、pH 6.0）を、1 mLのMgSO4（1 M）を補充する
ペトリ皿（3 - 5 mm）ThermoScientific. Nunclon DeltaSurface 153066
ペトリ皿（90 mm x 15 mm）ExtraGene 1026160305実験室用のみ、ポリスチレン。 
ピペットFisherbrandN/A
SigmaPlot 12.0Systat SoftwareN/Aバージョン 12.0
ステレオマイクロスコープARCANOZTX-T 1:4 LEDトリノキュラーステレオマイクロスコープ（10x〜40xの合計倍率；LEDの入射および透過照明）
サクローズLaboratorio Cicarelli Art 84160 % (v/v) サクローズ 
96ウェル組織培養プレートBiofil TCP 012096ポリスチレン、低蒸発蓋。 
ToupView ToupTek PhotonicsN/A
トランスシナムアルデヒド（TCA）Santa Cruz Biotechnology J1712新鮮に調製する

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