Obecny protokół przedstawia metody przeprowadzania zakrojonego na szeroką skalę testu grawitastycznego z larwami Caenorhabditis dauer. Protokół ten pozwala na lepsze wykrywanie zachowania grawitasji w porównaniu z testem na płytce.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Obecny protokół przedstawia metody przeprowadzania zakrojonego na szeroką skalę testu grawitastycznego z larwami Caenorhabditis dauer. Protokół ten pozwala na lepsze wykrywanie zachowania grawitasji w porównaniu z testem na płytce.
Odczuwanie grawitacji jest ważnym i stosunkowo słabo zbadanym procesem. Wyczuwanie grawitacji umożliwia zwierzętom poruszanie się po otoczeniu i ułatwia poruszanie się. Dodatkowo, odczucie grawitacji, które występuje w uchu wewnętrznym ssaków, jest ściśle związane ze słuchem - dlatego zrozumienie tego procesu ma implikacje dla badań słuchowych i przedsionkowych. Testy grawitaksji istnieją dla niektórych organizmów modelowych, w tym Drosophila. Pojedyncze robaki były wcześniej badane pod kątem ich preferencji orientacyjnych, gdy osiedlają się w roztworze. Nie opisano jednak wiarygodnego i solidnego testu na Caenorhabditis gravitaxis. Niniejszy protokół określa procedurę wykonywania testów grawitataksji, które mogą być używane do testowania setek dauers Caenorhabditis jednocześnie. Ten wielkoskalowy, długodystansowy test pozwala na szczegółowe gromadzenie danych, ujawniając fenotypy, które mogą zostać pominięte w standardowym teście na płytce. Ruch Dauera wzdłuż osi pionowej jest porównywany z kontrolkami poziomymi, aby upewnić się, że odchylenie kierunkowe jest spowodowane grawitacją. Preferencje grawitaktyczne można następnie porównać między szczepami lub warunkami eksperymentalnymi. Ta metoda może określić molekularne, komórkowe i środowiskowe wymagania dotyczące grawitasji u robaków.
Wyczuwanie przyciągania grawitacyjnego Ziemi jest kluczowe dla orientacji, ruchu, koordynacji i równowagi wielu organizmów. Jednak mechanizmy molekularne i obwody nerwowe odczuwania grawitacji są słabo poznane w porównaniu z innymi zmysłami. U zwierząt odczucie grawitacji oddziałuje z innymi bodźcami i może być przez nie konkurowane, aby wpływać na zachowanie. Wskazówki wizualne, proprioceptywne sprzężenie zwrotne i informacje przedsionkowe można zintegrować, aby wygenerować poczucie świadomości ciała w odniesieniu do otoczenia zwierzęcia1,2. I odwrotnie, preferencja grawitaktyczna może być zmieniona w obecności innych bodźców3,4,5. Dlatego zachowanie grawitaktyczne jest idealne do badania odczuwania grawitacji i zrozumienia złożonej integracji sensorycznej i podejmowania decyzji w układzie nerwowym.
C. elegans jest szczególnie użytecznym organizmem modelowym do badania grawitaksji ze względu na jego polifenowy cykl życia. Pod wpływem czynników stresogennych podczas rozwoju, w tym upału, przeludnienia lub braku pożywienia, larwy C. elegans przekształcają się w dauery, które są bardzo odporne na stres6. Jako dauery, robaki zachowują się charakterystycznie, np. w nictacji, w której robaki "stoją" na ogonach i machają głowami, co może ułatwić rozprzestrzenianie się do lepszych siedlisk7. Testy grawitaksji C. elegans i C. japonica sugerują, że larwy dauer negatywnie gravitaxe i że takie zachowanie jest łatwiej obserwowane u dauers niż u dorosłych8,9. Testowanie grawitasji u innych szczepów Caenorhabditis może ujawnić naturalną zmienność w zachowaniu grawitaktycznym.
Mechanizmy odczuwania grawitacji zostały scharakteryzowane u Eugleny, Drosophila, Ciony i różnych innych gatunków za pomocą testów grawitaksji3,10,11. Tymczasem badania grawitaxii w Caenorhabditis początkowo przyniosły mieszane wyniki. Badanie preferencji orientacyjnych C. elegans wykazało, że robaki orientują się z głowami skierowanymi w dół w roztworze, co sugeruje pozytywną preferencję grawitaktyczną12. Tymczasem, mimo że C. japonica dauers został wcześnie zidentyfikowany jako negatywnie grawitaktyczny8, zachowanie to zostało dopiero niedawno opisane w C. elegans9. Pojawia się kilka wyzwań związanych z opracowaniem reprezentatywnego testu grawitaksji u robaków. Szczepy Caenorhabditis są utrzymywane na płytkach agarowych; Z tego powodu testy behawioralne zazwyczaj wykorzystują płytki agarowe jako część swojego projektu eksperymentalnego13,14,15. Najwcześniejszy opisany test grawitataksji w Caenorhabditis został przeprowadzony przez postawienie płytki na boku pod kątem 90° do poziomej płytki kontrolnej8. Jednak zachowanie grawitasji nie zawsze jest solidne w tych warunkach. Podczas gdy dorosłe robaki mogą być badane pod kątem preferencji orientacyjnej w solution12, ta preferencja kierunkowa może być również zależna od kontekstu, prowadząc do różnych zachowań, jeśli robaki pełzają, a nie pływają. Ponadto C. elegans jest wrażliwy na inne bodźce, w tym światło i pola elektromagnetyczne16,17, które zakłócają ich reakcje na grawitację9. Dlatego zaktualizowany test grawitaksji, który chroni przed innymi zmiennymi środowiskowymi, jest ważny dla analizy mechanizmów tego procesu sensorycznego.
W niniejszym protokole opisany jest test do obserwacji Caenorhabditis gravitaxis. Przygotowanie do tego badania opiera się częściowo na metodzie opracowanej do badania integralności nerwowo-mięśniowej18,19. Larwy Dauer są hodowane i izolowane przy użyciu standardowych procedur20. Następnie są one wstrzykiwane do komór wykonanych z dwóch pipet serologicznych o pojemności 5 ml wypełnionych agarem. Komory te mogą być zorientowane pionowo lub poziomo i umieszczone w ciemnej klatce Faradaya na 12-24 godziny, aby chronić przed światłem i polami elektromagnetycznymi. Lokalizacja każdego robaka w komorach jest rejestrowana i porównywana z pionowymi taksacjami szczepu referencyjnego, takiego jak C. elegans N2.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Szczepy użyte w niniejszym badaniu to C. elegans (N2) i C. briggsae (AF16) (zobacz Tabelę Materiałów). Do każdego testu wykorzystano populację dauerów mieszanej płci.
1. Przygotowanie komory
2. Napełnianie komór agarem
3. Izolowanie larw dauer
4. Dodawanie dauerów do komory
5. Przeprowadzanie i ocenianie testu
UWAGA: Gravitaxis może być testowany w różnych warunkach, które mogą wpływać na zachowanie9.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Porównanie gravitaksji między gatunkami
Zgodnie z opisaną powyżej procedurą, gravitaksję form dauer C. briggsae można porównać z gravitaksją C. elegans oraz kontrolami w poziomie. Rozkład pionowy (bordowy) form dauer C. briggsae jest przesunięty w stronę górnych części komór, przy czym duży odsetek nicieni osiąga poziom +7 (Rycina 2A). W kontraście do kontroli w poziomie (turkusowy), w których formy dauer są rozmieszczone w krzywej zbliżonej do...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Porównanie z wcześniejszymi metodami
W przeciwieństwie do chemotaksji, grawitaksji w Caenorhabditis nie można wiarygodnie zaobserwować przy użyciu tradycyjnego eksperymentalnego projektu płytki agarowej. Standardowa szalka Petriego ma średnicę 150 mm, co oznacza, że tylko 75 mm jest dostępne w każdym kierunku, aby dać możliwość wykazania preferencji grawitascytu. Chociaż preferencję orientacyjną C. elegans można oznaczyć w roztworze12, metoda ta jest mało pr...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują brak sprzecznych interesów.
To badanie było wspierane przez granty badawcze z National Institutes of Health dla JHR (#R01 5R01HD081266 i #R01GM141493). Niektóre szczepy zostały dostarczone przez CGC, które jest finansowane przez Biuro Programów Infrastruktury Badawczej NIH (P40 OD010440). Chcielibyśmy podziękować Pradeepowi Joshiemu (UCSB) za jego wkład redakcyjny. Konsultacje statystyczne zapewnione przez UCSB DATALAB.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 1% roztwór dodecylosiarczanu | Od magazynu 10% (w/v) SDS w wodzie DI | ||
| 15 ml Probówki wirówkowe | Falcon | 14-959-53A | |
| Klucz | Można użyć innych metalowych narzędzi o podobnej wielkości | ||
| % agar w normalnym podłożu wzrostu (NGM) - 1 L | Przed autoklawowaniem: 3 g NaCl, 40 g agaru, 2,5 g peptonu, 2 g dekstrozy, 10 ml uracylu (2 mg/ml), 500 μ L Cholesterol (10 mg/ml), 1 ml CaCl2, 962 ml wody DI; Po autoklawowaniu: 24,5 ml buforu fosforanowego, 1 ml 1 MgSO4 (1 M), 1 ml Streptomycyny (200 mg/ml) | ||
| 5 ml Pipety serologiczne | Fisherbrand | S68228C | Polistyren, nie szkło borokrzemianowe |
| 60% Zimny roztwór | 60% sacharozy (w/v) w wodzie DI; sterylizować przez filtrację (0,45 μ m filtra). Trzymaj się 4 stopni; C | ||
| AF16 C. briggsae lub inny szczep | eksperymentalny Dostępne w CGC (Caenorhabditis Genetics Center) | ||
| Bunsena | |||
| Folia spożywcza | Fisherbrand | 22-305654 | |
| Wirówka kliniczna | |||
| Jednorazowe żyletki | Fisherbrand | 12-640 | |
| Klatka | Może być zbudowana z tektury i folii aluminiowej; 30" dł. x 6" szer. x 26" wys. lub większe | ||
| Markery tuszowe | Sharpie lub inna marka do znakowania na plastiku | ||
| Taśma do etykietowania | Carolina | 215620 | |
| Bufor | 22 mM KH2PO4, 42 mM Na2HPO4, 86 mM NaCl | ||
| N2 C. elegans | Dostępne w płytkach CGC (Caenorhabditis Genetics Center) | ||
| NGM z agarem OP50 | 1,7% (w/v) w NGM (patrz opis: agar 4% w NGM). Nasiona z folią parafinową OP50 | ||
| Bemis | 13-374-10 | ||
| Plastikowa deska | |||
| Szczypce | |||
| Mieszalnik obrotowy | pionowy BTLab SYSTEMS | BT913 | Z probówką 22 x 15 ml |
| Pipetor serologiczny | Corning | 357469 | |
| Mikroskop stereoskopowy | Laxco | S2103LS100 | |
| Licznik talii | ULINE | H-7350 | |
| Grube podłoże NGM/płytka agarowa - 1 L | Zobacz 4% agar w przepisie NGM; zastąp 40 g agaru 20 g | ||
| pęsetą |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.