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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
여기서, 표준화된 프로토콜은 분자 수준에서 RT-qPCR을 이용하여, 세포 수준에서 형광 기자, 유기체 수준에서의 열회수를 사용하여 Caenorhabditis elegans에서 열 충격 반응(HSR)의 유도를 평가하기 위해 제시된다.
열 충격 반응(HSR)은 단백질 접이식 항상성 또는 프로테오스타증을 복원하는 기능인 세포성 단백질 오도에 의해 유도된 세포 스트레스 반응이다. HsR은 분자, 세포 및 유기체 수준에서 평가될 수 있기 때문에 Caenorhabditis elegans는 HSR 연구를 위한 독특하고 강력한 틈새 시장을 차지합니다. 따라서 분자 수준에서의 변화는 세포 수준에서 시각화될 수 있으며 생리학에 미치는 영향은 유기체 수준에서 양수될 수 있다. HSR측정을 위한 소하는 것은 간단하지만, 문헌에 설명된 타이밍, 온도 및 방법론의 변화는 연구 전반에 걸쳐 결과를 비교하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 또한, 이러한 문제는 그들의 연구에 HSR 분석을 통합 하고자 하는 사람에 대 한 장벽 역할을. 여기서, RT-qPCR, 형광 기자 및 유기체 열회수 분석과 견고하고 재현 가능한 방식으로 HSR의 유도를 측정하기 위한 일련의 프로토콜이 제시된다. 또한, 널리 사용되는 열성 편도 분석은 HSR, HSF-1의 잘 확립 된 마스터 레귤레이터에 의존하지 않으므로 HSR 연구에 사용되어서는 안된다는 것을 보여줍니다. 마지막으로, 문헌에서 찾아낸 이 사실학에 있는 변이는 토론되고 모범 사례는 궁극적으로 신경 퇴행성 질병, 노화 및 HSR 연구를 촉진하는 필드에 걸쳐 결과를 표준화하는 것을 돕기 위하여 제안됩니다.
열 충격 반응(HSR)은 온도 상승 및 기타 프로테오독성 응력에 의한 세포자극 단백질 오폴딩에 의해 유도된 보편적인 세포 응력 반응이다. Caenorhabditis elegans에서 HSR의 활성화는 hsp-70 및 hsp-16.2와 같은 열 충격 유전자의 전사 업 규제로 이어집니다. 많은 열 충격 단백질 (HSP)은 잘못 접히거나 손상된 단백질과 직접 상호 작용하여 단백질 접이식 항상성 또는 프로테오스타증을 복원하는 분자 보호자로 기능합니다. HSR의 마스터 레귤레이터는 전사 인자 열 충격 계수 1 (HSF-1)이며, 그 활성화는 여러 메커니즘1을통해 우아하게 제어됩니다.
HSF-1의 역할은 스트레스에 국한되지 않습니다. HSF-1은 정상적인 성장과 발달을 위해 필요하며, hsf-1의 삭제는 애벌레 체포2로이어집니다. HSF-1은 또한 단백질 골재의 축적 및 프로테오스타증을 유지하는 무능력을 특징으로 하는 노화 및 노화 관련 신경 퇴행성 질환 중에 중요합니다. hsf-1의 녹다운은 단백질 응집체의 축적과 수명을 단축시키는 동시에 hsf-1의 과발현은 단백질 응집을 감소시키고 수명을3,,4로연장한다. 따라서 분자 수준에서 HSF-1의 조절은 유기체 생리학 및 질병에 광범위한 영향을 미칩니다.
C. elegans는 HSR이 분자, 세포 및 유기체 수준,4,,5,6에서측정될 수 있기 때문에 HSR 연구를 위한 강력한 모델 유기체이다. 이 모델의 힘을 강조하는 HSR 조절의 조직별 차이와 같은 HSR 통로를 델린팅하는 주요 발전은 C. elegans7,,8에서발견되었습니다. 또한, C. elegans는 노화 연구에 널리 사용되며 프로테오스타증 중단과 관련된 질병을 모델링하기위한 새로운 시스템입니다.
C. elegans와의 열 충격 실험은 빠르고 재현 할 수 있지만 시작하기 전에 고려해야 할 몇 가지 질문이 있습니다. 예를 들어 HSR 유도에 어떤 온도를 사용해야 하는지, 웜을 얼마나 오래 노출해야 합니까? 마른 인큐베이터 나 수조를 사용하는 것이 더 낫습니까? 어떤 발달 단계를 사용해야 합니까? 불행히도 HSR을 조사하는 데 사용되는 방법론은 실험실마다 크게 다르며 최상의 방법론을 선택하고 현장에서 결과를 비교하기가 어려울 때 혼란을 일으킵니다.
우리는 HSR을 측정하기 위해 RT-qPCR, 형광 기자 및 열회수를 사용하기위한 견고하고 표준화 된 프로토콜을 제시합니다. 이 세 가지 방법은 상호 보완적이지만 각각 고유한 장점과 단점이 있습니다. 예를 들어, RT-qPCR은 HSR의 가장 직접적이고 정량적 측정이며, 이러한 분석서는 많은 상이한 열 충격 유도 유전자를 포함하도록 쉽게 확장될 수 있다. 그러나 RT-qPCR은 가장 비싸고 기술적으로 어려울 수 있으며 특수 장비의 사용이 필요합니다. 대조적으로, 형광 기자는 HSR 유도에 있는 조직 특정 다름을 측정하는 이점이 있습니다. 그러나, 그(것)들은 정확하게 양수하기 어렵고, 특정 임계값 이상 유도를 측정할 수 있고, 형광 현미경의 사용을 요구합니다. 또한, 여기에 설명된 리포터 균주는 표준 N2 균주에 비해 개발지연된다. 단일 복사 전진을 포함하는 새로운 리포터 균주를 사용할 수 있지만 여기에서 테스트되지 않았습니다9. 세 번째 분석, 열회수는 유기체 수준에서 생리학적으로 관련된 판독을 제공하는 장점이 있다. 그러나,이 분석은 틀림없이 가장 민감하고 가장 간접적입니다. 마지막으로, 우리는 이 사실학에서 찾아낸 몇몇 일반적인 변이를 토론하고 이 필드에 있는 연구를 촉진하기 위하여 모범 사례의 세트를 제안합니다.
1. C. 예인자의 유지 보수 및 동기화
2. HSR 기자의 형광 화상 진찰
3. RT-qPCR을 이용한 HSR 유전자 발현 측정
4. 유기 수준에서 HSR을 측정하기위한 열회수 분석
이 원고에 설명된 프로토콜을 사용하여 HSR 유도는 형광 기자, RT-qPCR 및 열회수 분석서를 사용하여 측정되었습니다. 각각의 경우에, 섹션 1.2의 절차는 생식 성숙에 도달하지 않은 동기화된, 젊은 성인 벌레를 생성하기 위하여 이용되었습니다.
세포 수준에서 HSR 유도를 시각화하기 위해AM446(hsp-70p:gfp)및 CL2070(hsp-16.2p::gfp) 형광 기자 균주는 프로토콜의 섹션 2에 따라 분석되었다.hsp-16.2p::gfp 열충격이 없는 음성대조군 시료에서 hsp-16.2 기자는 정상적인 자동형광만 보였지만, hsp-70 기자는 항문우울근내의 결산형 형광을 이전에보고한 4(도1A)였다.Figure 1 33°C에서 1h의 열 충격 후, 두 기자 모두에서 강력한 형광이 관찰되었다. 그러나, 표현의 패턴은 어떤 기자가 사용되었는지(그림1B)에따라 구별되었다. hsp-70 기자는 창자와 정자에서 가장 밝았고 hsp-16.2 기자는 인두에서 가장 밝습니다. 또한 hsp-16.2 기자는 이전에 설명한 대로 유도량이 높은 웜-투-웜 가변성을 보였지만 hsp-70 기자는13도되지 않았다.
섹션 2의 일반적으로 사용되는 변화는 순환 수조 대신 건조 인큐베이터에서 열 충격을 수행하는 것입니다. 따라서 두 방법론 간의 차이도 테스트되었습니다. 순환하는 수조가 모범 사례로 권장되지만 두 프로토콜 모두 우리의 조건을 사용하여 두 형광 기자의 강력한 유도를 초래한 것으로 나타났습니다 (토론 참조)(그림 1B).
전사 인자 HSF-1에 대한 기자들의 의존성을 테스트하기 위해, RNAi를 공급하는 것은 기자 유도를 측정하기 전에 hsf-1을 노크하는 데 사용되었다. 이 기자들이 문학4(도 2)에기재된 바와 같이 HSF-1 에 의존하는 것을 나타내는 HSF-1 녹다운시 두 균주의 형광이 심각하게 감소된 것으로 나타났다. 그러나, 또한 인두 형광이 hsf-1 녹다운시 두 기자모두에서 지속되는 것으로 관찰되었으며, 이는 인두 근육이14를공급하여 RNAi에 내성이 있다는 이전 보고서와 일치한다.
분자 수준에서 HSR의 전체 웜 유도를 양량화하기 위해, 2개의 내인성 HSP는 프로토콜의 섹션 3를 사용하여 RT-qPCR로 측정되었다. 샘플은 트리플리케이트로 측정되었고, 각 프라이머에 대해 표준 곡선이 생성되었고, 품질 관리를 위해 각 샘플에 대해 용융 곡선을 분석하였다. 1h에 대한 33°C 열 충격으로 2개의 열 충격 유전자, hsp-70 및 hsp-16.2(도 3)에대한 상대발현이 2,000배 이상 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 두 내인성 유전자가 HSR 유도를 측정하기에 적합하며 1h에 대한 33°C 열 충격이 상당한 반응을 생성하기에 충분하다는 것을 보여준다. 그러나 열 충격이 없는 mRNA 수준이 매우 낮기 때문에 절대 정도의 열 충격 유도를 해석하는 데 주의해야 한다.
열 충격에 대한 생리적 반응을 분석하기 위해, 유기체 열회수 분석은 프로토콜의 섹션 4를 사용하여 시험되었다. 33°C에서 6h 열 충격에 벌레의 노출이 48h 회복 후 정상적인 움직임을 가진 벌레의 20% 감소를 초래한 것으로나타났다(그림4A). HSF-1 전사 인자에 대한 이 분석법의 의존성은 스트레스에 벌레를 노출하기 전에 HSf-1을 노크하기 위해 RNAi를 먹이는 것으로 테스트되었습니다. hsf-1의 넉다운이 정상적인 움직임에 극적인 감소를 일으킨 것으로 나타났으며, 95%의 벌레가 백금 와이어 픽으로 튀어나온 후 육포 운동이나 마비를 보였습니다.
우리는 일반적으로 열성편성이라고 불리는 널리 사용되는 대체 유기체 분석과 이 열회수 분석체를 비교했습니다. 열편도 분석에서, 벌레는 건조한 인큐베이터를 사용하여 연속 35°C 온도에 노출되고, 살아있는 벌레의 백분율은 다양한 시점에서 측정된다. 이 분석기를 이용하여, 35°C에 지속적으로 노출된 제어 벌레가 약 8시간 노출 후 사망한 것으로나타났다(도 4B). 그러나, HSF-1에 대한 이 분석의 의존성이 RNAi 녹다운을 사용하여 시험되었을 때, hsf-1의 억제가 열성 편협의 감소를 일으키지 않는 것으로 나타났다. 유사한 결과는 이전에 HSF-1 돌연변이를 사용하여 표시되었습니다 (토론 참조). 따라서, HSR을 측정하기 위한 열편협의 분석법을 사용하는 것은 권장되지 않으며, 열회수는 유기체 수준에서 HSR을 검사하는 것이 바람직한 방법이다.

그림 1: 형광 기자로 측정된 HSR 유도. (A)기저 및(B) hsp-70p::gfp 및 hsp-16.2p::gfp 리포터균주는 수조 또는 인큐베이터에서 33°C에서 열 충격 1h 후 균주한다. 벌레는 OP50 박테리아에서 64h에 대해 제기되었고, 열은 충격을 받은 다음 이미징 전에 8 시간 동안 20 °C에서 회복되었습니다. 참고로, 열충격 웜(A)의 열충격 웜이(B)에서재정규화되지 않은 벌레는 열충격 웜의 범위 및 채도에 일치하도록 재정규화되었다.B 두 개의 실험 복제의 대표적인 이미지가 표시됩니다. 스케일 바 = 250 μm. 여기를 클릭하여 이 그림의 더 큰 버전을 확인하십시오.

그림 2: 형광 기자로 측정된 HSR 유도는 HSF-1에 의존한다. hsp-70p:gfp 및 hsp-16.2p::gfp 기자는 64h에 대한 제어(L4440 빈 벡터) 또는 hsf-1 RNAi 플레이트에 올려진 후, 수조에서 33°C에서 1h 열 충격에 노출된 다음 이미징 전에 8h에 대해 20°C에서 회수하였다. 두 개의 실험 복제의 대표적인 이미지가 표시됩니다. 스케일 바 = 250 μm. 여기를 클릭하여 이 그림의 더 큰 버전을 확인하십시오.

그림 3: RT-qPCR로 측정된 HSR 유도. N2 벌레는 HT115 박테리아에서 60h를 위해 제기한 다음 33°C 수조에서 1h로 충격을 받았다. hsp-70(C12C8.1) 및 hsp-16.2의 상대적인 mRNA 수준은 열 충격 제어 없이 정규화된 것으로 나타났다. 플롯된 값은 4개의 생물학적 복제및 오류 막대의 평균이 ±SEM을 나타냅니다. 통계적 유의성은 짝이 없는 학생의 t-테스트를 사용하여 계산하였다. **p & 0.01. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 열성 편협이 아닌 열회수는 HSF-1에 의존합니다. N2 웜은 60시간 동안 제어(L4440) 또는 hsf-1 RNAi 플레이트에 올려진 다음 중 하나에 이동하였다: (A) A 33°C 수조6h에 대한 20°C에서 48시간 동안 회수한 후 정상적인 운동(열회수) 또는 (B) A 35°C 건조 인큐베이터(열)를 채점하고 모든 hh를 제거하였다. 각 분석은 2 독립적 인 일에 n ≥ 30 개인으로 수행되었다. 평균이 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
저자는 공개 할 것이 없습니다.
여기서, 표준화된 프로토콜은 분자 수준에서 RT-qPCR을 이용하여, 세포 수준에서 형광 기자, 유기체 수준에서의 열회수를 사용하여 Caenorhabditis elegans에서 열 충격 반응(HSR)의 유도를 평가하기 위해 제시된다.
이 작품은 프랭크 레슬리의 기부금에 의해 지원되었다. 일부 균주는 연구 인프라 프로그램의 NIH 사무소 (P40 OD010440)에 의해 투자되는 CGC에 의해 제공되었다.
| 18S-forward primer | TTGCGTCAACTGTGGTCGTG | ||
| 18S-reverse primer | CCAACAAAAAGAACCGAAGT CCTG | ||
| AM446 rmIs223[phsp70::gfp; pRF4(rol-6(su1006))] | Morimoto lab | http:// groups.molbiosci.northwestern.edu/morimoto/ | |
| C12C8.1-forward 프라이머 | GTACTACGTACTCATGTGTCG GTATTT | ||
| C12C8.1-reverse primer | ACGGGCTTTCCTTGTTTTCC | ||
| CFX Connect Real-Time PCR Detection System | Bio Rad | 1855200 | |
| CL2070 dvIs70 [hsp-16.2p::GFP + rol-6(su1006)] | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | https://cgc.umn.edu/ | |
| EasyLog 서미스터 프로브 데이터 로거(LCD 포함 | )Lascar | EL-USB-TP-LCD | |
| Greenough 스테레오 현미경 S9i 시리즈 | Leica | ||
| Hard Shell 96 Well PCR Plates | Bio Rad | HSS9601 | |
| hsp-16.2-forward 프라이머 | ACTTTACCACTATTTCCGTCC AGC | ||
| hsp-16.2-reverse 프라이머 | CCTTGAACCGCTTCTTTCTTTG | ||
| iScript cDNA 합성 키트 | Bio Rad | 1708891 | |
| iTaq Universal Sybr Green Super Mix | Bio Rad | 1725121 | |
| Laser Scanning Confocal 현미경 | Nikon | Eclipse 90i | |
| MultiGene OptiMax Thermo Cycler | Labnet | TC9610 | |
| N2 (WT) | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | https://cgc.umn.edu/ | |
| Nanodrop Lite 분광 광도계 | Thermo Scientific | ND-LITE | |
| Parafilm M Roll | Bemis | 5259-04LC | |
| RapidOut DNA 제거 키트 | Thermo Scientific | K2981 | |
| 재순환 가열식 수조 | Lauda Brinkmann | RE-206 | |
| 추적 가능한 백금 초정밀 디지털 온도계 | Fisher Scientific | 15-081-103 | |
| TRIzol 시약 | Invitrogen | 15596026 | RNA 분리 시약 |
| TurboMix 부착 | 과학 산업 | SI-0564 | |
| Vortex-Genie 2 | 과학 산업 | SI-0236 |