Dit protocol stelt methoden vast voor het extraheren en kwantificeren van reacties op het vluchtige seksferomoon in C. elegans, en biedt hulpmiddelen om chemische communicatie en navigatietraject te bestuderen.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Dit protocol stelt methoden vast voor het extraheren en kwantificeren van reacties op het vluchtige seksferomoon in C. elegans, en biedt hulpmiddelen om chemische communicatie en navigatietraject te bestuderen.
Chemische communicatie is van vitaal belang voor de gezondheid, de voortplanting en het algehele welzijn van het organisme. Het begrijpen van de moleculaire routes, neurale processen en berekeningen die deze signalen beheersen, blijft een actief onderzoeksgebied. De nematode Caenorhabditis elegans biedt een krachtig model voor het bestuderen van deze processen, omdat het een vluchtig seksferomoon produceert. Dit feromoon wordt gesynthetiseerd door maagdelijke vrouwtjes of sperma-verarmde hermafrodieten en dient als lokstof voor mannetjes.
Dit protocol beschrijft een gedetailleerde methode voor het isoleren van het vluchtige seksferomoon uit verschillende C. elegans-stammen (WT-stam N2, daf-22 en fog-2) en C. remanei. We bieden ook een protocol voor het kwantificeren van de mannelijke chemotaxisrespons op het vluchtige seksferomoon. Onze analyse maakt gebruik van metingen zoals de chemotaxis-index (CI), aankomsttijd (AT) en een trajectplot om mannelijke reacties onder verschillende omstandigheden nauwkeurig te vergelijken. Deze methode maakt robuuste vergelijkingen mogelijk tussen mannen met verschillende genetische achtergronden of ontwikkelingsstadia. Bovendien is de hier geschetste experimentele opstelling aanpasbaar aan het onderzoeken van andere chemo-aantrekkingschemicaliën.
De wisselwerking tussen chemische communicatie en reproductief succes is een fundamenteel principe in het dierenrijk 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10. Seksferomonen veroorzaken een breed scala aan seksueel dimorf gedrag dat essentieel is voor het vinden van partners, het coördineren van de stappen die betrokken zijn bij het vinden en aantrekken van een partner, en uiteindelijk het bevorderen van de voortplanting van een soort 11,12,13,14,15,16,17. Er is aanzienlijke vooruitgang geboekt in het begrijpen van feromoonsignalering, maar de moleculaire mechanismen, neurale circuits en computationele processen die deze interacties beheersen, blijven vaak onvolledig gedefinieerd 18,19,20,21,22,23,24,25,26.
De nematode Caenorhabditis elegans biedt een krachtig model om deze vragen te ontleden. Met name C. elegans vertoont een ongebruikelijke voortplantingsstrategie - hermafrodieten kunnen zichzelf bevruchten, maar ook uitkruisen met mannetjes 27,28,29,30,31,32,33. Deze flexibiliteit vereist een robuust communicatiesysteem om de voortplantingsstatus te signaleren. C. elegans staat bekend om zijn goed gekarakteriseerde wateroplosbare feromonen, de ascarosiden, die verschillende rollen spelen bij ontwikkeling, gedrag en sociale interacties. Recente ontdekkingen hebben een aparte klasse van vluchtige seksferomonen onthuld die door nematoden worden gebruikt. Deze feromonen worden specifiek geproduceerd door geslachtsrijpe C. elegans en C. remanei maagdelijke vrouwtjes en sperma-verarmde hermafrodieten, en dienen als lokstof voor volwassen mannen 29,34,35. Deze lokstof vertoont een opmerkelijk seksueel dimorfisme in zijn productie en perceptie. De vrouwelijke somatische geslachtsklier regelt de synthese van dit vluchtige seksferomoon, en de productie weerspiegelt dynamisch de voortplantingsstatus, stopt bij het paren en wordt enkele uren later hervat29,34.
Inzicht in de communicatie van nematodenseksferoomen geeft inzicht in de evolutie van chemische communicatiesystemen, de wisselwerking tussen voortplantingstoestand en gedrag, en de mechanismen die ten grondslag liggen aan seksueel dimorfe neurale verwerking 24,26,36,37,38,39. Studies impliceren dat het amfideneuron AWA bij mannen cruciaal is voor de detectie van feromoonen, waarbij de G-eiwitgekoppelde receptor SRD-1 een sleutelrol speelt bij de detectie van feromonen bij mannen24. C. elegans is zeer geschikt voor het bestuderen van chemische communicatie bij dieren, met name seksferomoonsignalering, vanwege zijn afhankelijkheid van het olfactorische systeem voor het zoeken naar partners. Hoewel er veel bekend is over ascaroside-signalering, biedt het vluchtige seksferomoonsysteem unieke vergelijkingsmogelijkheden 25,26,36,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,
51,52,53,54,55,56,57. Bovendien is C. elegans een krachtig genetisch modelorganisme vanwege zijn volledig gesequencede genoom, duidelijk gedefinieerde cellulaire afstamming en goed gekarakteriseerde olfactorische mutanten.
Het volledige neurale circuit dat betrokken is bij de verwerking van dit feromoon, de berekeningen die de perceptie vertalen in gericht partnerzoekend gedrag en de biosyntheseregulatie moeten echter nog volledig worden opgehelderd. Verder onderzoek naar deze processen is cruciaal voor het begrijpen van de diverse mechanismen die de communicatie en het voortplantingsgedrag van dieren bepalen. De identificatie van sleutelgenen die betrokken zijn bij feromoonsynthese, secretie en perceptie belooft nieuwe moleculaire spelers in de communicatie met dieren te onthullen. De hier beschreven analyses bieden een basis om deze vragen te beantwoorden.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. Ruwe geslachtsferomoonextractie van vrouwen en hermafrodieten
2. Ruwe seksferomoonextractie van maagdelijke vrouwtjes van één dag oud (figuur 1A)
OPMERKING: We nemen een eerder vastgesteld protocol24 aan om seksferomonen te extraheren uit eendags oude virgin fog-2 (feminisatie van de kiembaan) mutante vrouwtjes van C. elegans en WT-vrouwtjes van C. remanei.
3. Een grote hoeveelheid ruwe seksferomoonextractie van 6 dagen oude maagdelijke hermafrodieten (Figuur 1A)
4. Vluchtige chemomolumon-chemoaantrekkelijkheidstest
OPMERKING: De chemoattractiontest met vluchtige seksferomoon is aangepast van eerder vastgestelde methoden die in andere chemoattractionstudies worden gebruikt 24,29,59,60,61. Deze aanpassingen werden geïmplementeerd om de gevoeligheid en specificiteit van de test te optimaliseren voor het detecteren van reacties op vluchtige seksferomonen. Deze op maat gemaakte aanpak verbetert de toepasbaarheid van de test op specifieke onderzoeksbehoeften.

5. Richtlijnen voor timing en scores voor chemo-aantrekkingstest
6. Optionele wijzigingen
7. Analyse van de gegevens
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Trajectanalyse van vluchtige seksferomoonperceptie defecte stam in chemoattractietest
Deze chemo-aantrekkingstest maakt op betrouwbare wijze onderscheid tussen wildtype en mutante stammen van C. elegans in hun reactie op vluchtige seksferomonen. Succesvolle experimenten met hem-5 mannetjes tonen consequent robuuste chemotaxis aan in de richting van de feromoonbron. Dit komt tot uiting in een hoge chemotaxis-index (C.I.) (Figuur 2...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Dit protocol biedt een robuuste methodologie voor de extractie van vluchtige seksferomonen uit C. elegans, samen met het opzetten van een robuuste chemo-aantrekkingstest om mannelijke chemo-aantrekkingsreacties te meten. Aanvullende informatie is te vinden in de gebruikershandleiding van WormLab (zie de Tabel met materialen); Voor een basiscode om het bewegingstraject van de worm te visualiseren, zie protocolsectie 7.3.8.5. Een aantal cruciale stappen in het pro...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben geen belangenconflicten bekend te maken.
We zijn Dr. Tingtao Zhou dankbaar voor het ontwerpen en schrijven van de code voor de trajectvisualisaties die in onze analyse zijn gebruikt. Dit werk werd ondersteund door financiering: R01 NS113119 (PWS), Chen senior postdoc fellowship en het Tianqiao en Chrissy Chen Institute for Neuroscience.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 10 cm Petri dishes | Falcon | 25373-100 | Falcon bacteriologische Petri-schaal 100 x 15 mm |
| 6 cm Petri dishes | Falcon | 25373-085 | Falcon bacteriologische Petri-schaal 60 x 15 mm |
| C. remanei (EM464) | CGC | ||
| Centrifuge | Eppendorf | centrifuge 5418 | Elk merk mag werken. |
| Chemoattractie assay platen | Zelf gemaakte oplossing | N/A | 1,5% agar, 25 mM NaCl, 1,5 mM Tris-base en 3,5 mM Tris-Cl |
| Cholesterol | Alfa Aesar | 57-88-5 | |
| Dissectiemicroscoop | Leica | LeicaMZ75 | Elk merk mag werken. |
| E. Coli OP50 | CGC | ||
| Ethanol | Koptec | 64-17-5 | |
| fog-2(q71) (JK574) | CGC | ||
| him-5(e1490)(CB4088) | CGC | ||
| Huishoudbleek | Clorox Germicidal bleek geconcentreerd | Bleekmiddel | |
| M9 buffer | Zelf gemaakte oplossing | N/A | 3 g KH2PO4, 11,3 g Na2HPO4.7H2O, 5 g NaCl, H2O tot 1 L. Steriliseer door autoclaven. Voeg 1 mL 1 M MgSO4 toe nadat het is afgekoeld tot kamertemperatuur. |
| Magnesiumsulfaat, watervrij, poeder | Macron | M1063-500GM-EA | |
| Microgolfoven | TOSHIBA | N/A | Elk merk mag werken. |
| N2 | CGC | ||
| NaOH | Sigma-aldrich | S318-3 | 1 M |
| NGM platen oplossing | Zelf gemaakte oplossing | N/A | 2,5 g Pepton, 18 g agar, 3 g NaCl, H2O tot 1 L.Steriseer door autoclaven. Wacht tot de temperatuur van het medium 65 °C is gedaald (2 u). Zet op een hotplate op 65 °C en roer. Voeg vervolgens het volgende toe, 5 minuten wachten tussen elk om kristallisatie te voorkomen: 1 mL CaCl2 (1 M), 1 mL MgSO4 (1 M), 25 mL K3PO4 (1 M, pH=6), 1 mL Cholesterol ( 5 mg/mL in ethanol). |
| Parafilm | Bemis | 13-374-10 | Bemis Parafilm M Laboratoriumwikkelfilm |
| Pepton | VWR | 97063-324 | |
| Pipet- aid | Drummond Scientific | 4-000-100 | Elk merk mag werken. |
| Kunststofpapier | Octago | Waterproof Screen Printing Inkjet Transparency Film | https://www.amazon.com/Octago-Waterproof-Transparency-Printing-Printers/dp/B08HJQWFGD |
| Kaliumchloride | Sigma-aldrich | SLBP2366V | |
| Kaliumfosfaat | Spectrum | 7778-77-0 | |
| Pipet | Eppendorf | SKU: EPPR4331; MFG#: 2231300006 | 20 - 200 µL, 100 - 1000 µL, elk merk mag werken. |
| Rotator | Labnet | SKU: LI-H5500 | Labnet H5500 Mini LabRoller met tweerichtingsrotator. Elk merk mag werken. |
| Natriumchloride | VWR | 7647-14-5 | |
| natriumfosfaat dibasisch | Sigma-aldrich | SLCG3888 | |
| Tris-base | Sigma-aldrich | 77-86-1 | |
| Tris-Cl | Roche | 1185-53-1 | |
| Trypton | VWR | 97063-390 | |
| Vortex | Scientific industries | Vortex-Genie 2 | Elk merk mag werken. |
| WormLab systeem | MBF Bioscience | N/A | https://www.mbfbioscience.com/help/WormLab/Content/home.htm; https://www.mbfbioscience.com/products/wormlab/ |
| Wormpicker | Zelf gemaakt | N/A | gemaakt met platina en glazen pipet tips |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.