Summary

חוקר את החלבונים כמו פריון-הפצת ורעילות של שימוש במטזואניים דגם אורגניזם<em> C. elegans</em

Published: January 08, 2015
doi:

Summary

Prion-like propagation of protein aggregates has recently emerged as being implicated in many neurodegenerative diseases. The goal of this protocol is to describe, how to use the nematode C. elegans as a model system to monitor protein spreading and to investigate prion-like phenomena.

Abstract

Prions are unconventional self-propagating proteinaceous particles, devoid of any coding nucleic acid. These proteinaceous seeds serve as templates for the conversion and replication of their benign cellular isoform. Accumulating evidence suggests that many protein aggregates can act as self-propagating templates and corrupt the folding of cognate proteins. Although aggregates can be functional under certain circumstances, this process often leads to the disruption of the cellular protein homeostasis (proteostasis), eventually leading to devastating diseases such as Alzheimer’s disease (AD), Parkinson’s disease (PD), Amyotrophic lateral sclerosis (ALS), or transmissible spongiform encephalopathies (TSEs). The exact mechanisms of prion propagation and cell-to-cell spreading of protein aggregates are still subjects of intense investigation. To further this knowledge, recently a new metazoan model in Caenorhabditis elegans, for expression of the prion domain of the cytosolic yeast prion protein Sup35 has been established. This prion model offers several advantages, as it allows direct monitoring of the fluorescently tagged prion domain in living animals and ease of genetic approaches. Described here are methods to study prion-like behavior of protein aggregates and to identify modifiers of prion-induced toxicity using C. elegans.

Introduction

מחלות רבות ניווניות, כוללים מחלת אלצהיימר, מחלת פרקינסון (PD) (AD), טרשת לרוחב amyotrophic (ALS), וencephalopathies transmissible spongiform (TSEs), המשויכות חלבוני צבירה מועדת ומכאן ידועות קולקטיבי חלבון misfolding הפרעות (PMDs ). TSEs או מחלות פריון מהוות מעמד ייחודי של PMDs בכך שהם יכולים להיות זיהומיות, באדם ובעלי החיים 1. ברמה המולקולרית, פריונים לשכפל על ידי גיוס והמרת PRP monomeric α-helix-עשיר בקידוד המארח הסלולרי (PRP C) לקונפורמציה PRP Sc β גיליון העשיר פתולוגי 2,3. אגרגטים חלבון עצמי הפצת גם זוהו בפטריות, אשר חולקות מאפיינים חשובים עם פריונים יונקים 4,5. בנוסף, פריונים יונקים מסוגלים לנוע מתא אל תא ולהדביק תאים נאיביים 6,7.

בעוד oth PMDsאה מ TSEs אינו מדבק, הם חולקים עיקרון פתוגניים משותף עם מחלות פריון 8,9. למרות שהחלבונים הקשורים לכל אחד מPMDs אינם קשורים במבנה או פונקציה, הם כל אגרגטים הטופס באמצעות תהליך התגבשות כמו שנקרא גרעיניים או זרע פילמור; יתר על כן זרעים חלבוניים לגדול על ידי גיוס isoforms המסיס 2,10,11. היעילות להפיץ עצמי משתנה in vivo, בהתאם למאפיינים הפנימיים של החלבון, אשר יחד עם גורמים סלולריים נוספים כגון מלווים מולקולריים סופו של דבר יקבעו את התעריפים של התגרענות כוללת, זריעה, פיצול והפצת 12-15. מכאן, שחייב להתקיים איזון עדין בין הגורמים הללו, המאפשר התפשטות יעילה של צבירת חלבון. זה עשוי גם להסביר מדוע רק חלק אגרגטים amyloidogenic נמל המאפיינים של פריון, ולכן לא כל PMDs הם מדבקים. נראים פריונים לייצג o 'מלמעלה מבצעים'ספקטרום רחב של fa אגרגטים חלבוניים המשכפלים את עוצמה, מה שהופך אותם כלי רב עוצמה כדי ללמוד PMDs 8,13.

מעניין לגלות שההרעלה כרוכה באגרגטים הקשורים למחלות לעתים קרובות יש מרכיב אוטונומי של תאים הלא 16,17. משמעות דבר היא כי הם משפיעים על תאים שכנים, שאינו מבטאים את הגן המתאים, בניגוד להשפעה אוטונומית תא בהחלט, מה שמרמז שרק תאים המבטאים את גן התערוכה פנוטיפ הספציפי. הדבר בא לידי הביטוי משכנע על ידי ביטוי רקמות ספציפיות או להפיל של החלבונים המתאימים במספר רב של דגמים של מחלות ניווניות 18-26. מנגנונים שונים הוצעו כבסיס לרעילות זו אינה תא אוטונומית בPMDs, כוללים אספקת חומרי מזון פחת, חוסר איזון באיתות עצבית, הפעלת יתר רעילה גלוטמט, וneuroinflammation 16,27,28. בנוסף, תנועה כמו פריון-אגרגטים צמודי מחלה בין תאי might לתרום להיבט זה 29,30. ראיות מצביעות על כך שהגדלת תכלילים חלבון אחרים מאשר פריונים יכולים לשדר מתא אל תא, שעשוי להסביר את מאפיין הפצה של פתולוגיה שנצפתה בPMDs רב 30-36. עם זאת, זה עדיין לא נקבע אם יש קשר סיבתי ברור בין תנועה בין תאית של חלבוני מחלה וההשפעה הרעילה על תאי שכנים. לכן, הבנה טובה יותר של המסלולים הסלולריים העומדים בבסיס שידור ורעילות אוטונומית שאינו תא תא אל התא היא הכרחית וחיונית לפיתוח תרופות חדשניות. עם זאת, היבטים רבים של פריון כמו גורמי הפצה וסלולריים המשפיעים על העברת תא אל התא של חלבוני misfolded בmetazoans אינם מובנה היטב, בפרט ברמת האורגניזם.

יש נמטודות elegans Caenorhabditis מספר יתרונות המספקים פוטנציאל ל לגלות היבטים חדשים של spreadi כמו פריון-ng בmetazoans 17. זה שקוף, המאפשר למעקב in vivo חלבונים של מתויגים fluorescently באורגניזם החי. יתר על כן, תהליכים תאיים ופיסיולוגיים רבים במחלה נשמרים מתולעים לאדם, ו- C. elegans הוא גם נוח למגוון רחב של מניפולציות גנטיות וניתוחים מולקולריים וביוכימיים 37-39. בדיוק 959 תאים סומטיים מרכיבים את אנדרוגינוס המבוגר עם תכנית גוף פשוט כי עדיין יש כמה סוגי רקמות שונים, כולל שרירים, תאי עצב ומעי.

לבסס מודל פריון חדש בג elegans, בחרנו להביע אקסוגני גלוטמין / -rich פריון NM תחום של חלבון פריון שמרי cytosolic Sup35 asparagine המאופיין היטב (Q / N), שכן אין חלבוני פריון אנדוגני ידועים בתולעים 4,40. פריונים שמרים כבר לא יסולא בפז בהבהרת מנגנונים בסיסיים של שכפול פריון 41-44. יתר על כן, NM הוא האשוחחלבון st cytosolic כמו פריון-שהוכח לשחזר את מחזור החיים המלא של פריון בתרבית תאי יונקים 45,46. כמו כן, כאשר באו לידי ביטוי בג elegans, תחום פריון Sup35 אימץ להפליא לדרישות השונות לריבוי בתאים מטזואניים בהשוואה לתאי שמרים ותכונות עיקריות הציגו ביולוגיה פריון צבירת 40. NM הייתה קשורה עם פנוטיפ רעיל עמוק, כוללים השיבוש של יושרה ומראה של המיטוכונדריה שלפוחית ​​שונות הקשורים autophagy ברמה התאית, כמו גם מעצר עוברי וזחל, עיכוב התפתחותי, והפרעה נרחבת של סביבת קיפול חלבונים ברמת האורגניזם. באופן מפתיע, תחום הפריון מציג רעילות אוטונומית תא תא אוטונומי ובלתי, המשפיע על רקמות השכנות, שבי transgene לא באו לידי ביטוי. יתר על כן, תחבורת לפוחי של תחום הפריון בתוך ובין התאים היא פיקוח בזמן אמת <em> In vivo 40.

כאן אנו מתארים כיצד לבחון הפצה כמו פריון-בג elegans. אנו נסביר כיצד לפקח על תחבורת התוך ובין תאית של שלפוחית ​​המכילה תחום הפריון באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי הזמן לשגות. אנו להדגיש את השימוש בחיישני קיפול רקמות ספציפיות וכל מקום בגוף הביעו כתבי לחץ כדי לבדוק את השפעות תא אוטונומיות ובלתי תא אוטונומיות על כושר סלולארי. לבסוף, נתאר את ההליך של מסך הגנום ביצע לאחרונה רחב התערבות RNA (RNAi) לזהות מכפילי חדשים של רעילות עקב פריון. בשילוב, שיטות אלה יכולים לעזור ללהפריד מסלולים גנטיים מעורבים בתנועה בין תאית של חלבונים והרעילות האוטונומית מסוג התאים לא.

Protocol

1. ניטור Transcellular הפצת של חלבונים כמו פריון-ידי in vivo זמן לשגות הדמיה הערה: לגדול ג elegans wild-type (WT) (N2) וקווים מהונדסים על פי שיטות סטנדרטיים ולשלוט בזהירות את טמפרטורת טיפוח 47. <li style=";text-align:right;direct…

Representative Results

ניטור אינטר הפצה של חלבונים כמו פריון-ידי in vivo הדמיה הזמן לשגות המהונדס C. קווי elegans להביע תחום הפריון הם גם מתאימים במיוחד לניתוח של היבטים מסוימים של חלבונים כמו פריון-, למשל, העברת תא אל התא ורעילות א?…

Discussion

השיטות שתוארו כאן לעזור כדי להמחיש מתפשטים ורעילות אוטונומית תא התא המורכב אוטונומית ולא של חלבונים כמו פריון. לאחרונה גילינו שתחום פריון cytosolic צבירה מועדת הוא נלקח לתוך שלפוחית ​​קרום הנכנס בתהליך autophagy קשור. תת-קבוצה מסוימת של שלפוחית ​​אלה משלוחי תחום הפריון בת…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We thank Cindy Voisine and Yoko Shibata for helpful discussion and critical comments on the manuscript. We acknowledge the High Throughput Analysis Laboratory (HTAL) and the Biological Imaging Facility (BIF) at Northwestern University for their assistance. This work was funded by grants from the National Institutes of Health (NIGMS, NIA, NINDS), the Ellison Medical Foundation, and the Daniel F. and Ada L. Rice Foundation (to R.I.M.). C.I.N.-K. was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (KR 3726/1-1).

Materials

Reagent
Nanosphere size standards 100 nm ThermoScientific 3100A
Levamisole Sigma L-9756
IPTG Sigma 15502-10G
Ahringer RNAi library Source BioScience LifeSciences  http://www.lifesciences.sourcebioscience
.com/clone-products/non-mammalian/c-elegans/c-elegans-rnai-library/
Equipment
Sorvall Legend XTR Refrigerated Centrifuge, 120VAC ThermoScientific 75004521 http://www.coleparmer.com/Product/Thermo_Scientific_Sorvall_Legend_
XTR_Refrigerated_Centrifuge_120
VAC/EW-17707-60
96 pin replicator  Scionomix   http://www.scinomix.com/all-products/96-pin-replicator/
HiGro high-capacity, incubating shaker  Digilab http://www.digilabglobal.com/higro
Multidrop Combi Reagent Dispenser  Titertrek http://groups.molbiosci.northwestern.edu/hta/titertek.htm
Biomek FX AP96 Automated Workstation  Beckman Coulter http://groups.molbiosci.northwestern.edu/hta/biomek_multi.htm
Innova44 shaker New Brunswick http://www.eppendorf.com/int///index.php?sitemap=2.3&pb=d78efbc05310ec
04&action=products&contentid=1&
catalognode=83389
M205 FA  Leica http://www.leica-microsystems.com/de/produkte/stereomikroskope-makroskope/fluoreszenz/details/product/leica-m205-fa/
ORCA-R2 C10600-10BDigital CCD camera Hamamatsu http://www.hamamatsu.com/jp/en/community/life_science_camera/product/search/C10600-10B/index.html
Spinning Disc AF Confocal Microscope  Leica http://www.leica-microsystems.com/products/light-microscopes/life-science-research/fluorescence-microscopes/details/product/leica-sd-af/
Falcon 4M60 camera  Teledyne Dalsa  http://www.teledynedalsa.com/imaging/products/cameras/area-scan/falcon/PT-41-04M60/
Software
MetaMorph Microscopy Automation & Image Analysis Software Molecular Devices http://www.moleculardevices.com/products/software/meta-imaging-series/metamorph.html
Hamamatsu SimplePCI Image Analysis Software Meyer Instruments http://meyerinst.com/imaging-software/hamamatsu/index.htm
ImageJ NIH http://rsbweb.nih.gov/ij/download.html
wrMTrck plugin for ImageJ http://www.phage.dk/plugins/wrmtrck.html
C. elegans strains
N2 (WT) Caenorhabditis Genetics Center (CGC) http://www.cgc.cbs.umn.edu/strain.php?id=10570
AM815                                                    rmIs323[myo-3p::sup35(r2e2)::rfp] Morimoto lab available from our laboratory 
See table 1 for a source for folding sensor and stress reporter strains

References

  1. Prusiner, S. B. Novel proteinaceous infectious particles cause scrapie. Science. 216 (4542), 136-144 (1982).
  2. Jarrett, J. T., Lansbury, P. T. Seeding ‘one-dimensional crystallization’ of amyloid: a pathogenic mechanism in Alzheimer’s disease and scrapie. Cell. 73 (6), 1055-1058 (1993).
  3. Caughey, B., Kocisko, D. A., Raymond, G. J., Lansbury, P. T. Aggregates of scrapie-associated prion protein induce the cell-free conversion of protease-sensitive prion protein to the protease-resistant state. Chem Biol. 2 (12), 807-817 (1995).
  4. Wickner, R. B. [URE3] as an altered URE2 protein: evidence for a prion analog in Saccharomyces cerevisiae. Science. 264 (5158), 566-569 (1994).
  5. Chien, P., Weissman, J. S., DePace, A. H. Emerging principles of conformation-based prion inheritance. Annu Rev Biochem. 73, 617-656 (2004).
  6. Kimberlin, R. H., Walker, C. A. Pathogenesis of mouse scrapie: patterns of agent replication in different parts of the CNS following intraperitoneal infection. J R Soc Med. 75 (8), 618-624 (1982).
  7. Beekes, M., McBride, P. A., Baldauf, E. Cerebral targeting indicates vagal spread of infection in hamsters fed with scrapie. J Gen Virol. 79 (3), 601-607 (1998).
  8. Jucker, M., Walker, L. C. Self-propagation of pathogenic protein aggregates in neurodegenerative diseases. Nature. 501 (7465), 45-51 (2013).
  9. Aguzzi, A. Cell biology: Beyond the prion principle. Nature. 459 (7249), 924-925 (2009).
  10. Scherzinger, E., et al. Self-assembly of polyglutamine-containing huntingtin fragments into amyloid-like fibrils: implications for Huntington’s disease pathology. Proc Natl Acad Sci U S A. 96 (8), 4604-4609 (1999).
  11. Wood, S. J., et al. alpha-synuclein fibrillogenesis is nucleation-dependent. Implications for the pathogenesis of Parkinson’s disease. J Biol Chem. 274 (28), 19509-19512 (1999).
  12. Wang, Y. Q., et al. Relationship between prion propensity and the rates of individual molecular steps of fibril assembly. J Biol Chem. 286 (14), 12101-12107 (2011).
  13. Cushman, M., Johnson, B. S., King, O. D., Gitler, A. D., Shorter, J. Prion-like disorders: blurring the divide between transmissibility and infectivity. J Cell Sci. 123 (8), 1191-1201 (2010).
  14. Tanaka, M., Collins, S. R., Toyama, B. H., Weissman, J. S. The physical basis of how prion conformations determine strain phenotypes. Nature. 442 (7102), 585-589 (2006).
  15. Winkler, J., Tyedmers, J., Bukau, B., Mogk, A. Chaperone networks in protein disaggregation and prion propagation. J Struct Biol. 179 (2), 152-160 (2012).
  16. Ilieva, H., Polymenidou, M., Cleveland, D. W. Non-cell autonomous toxicity in neurodegenerative disorders: ALS and beyond. J Cell Biol. 187 (6), 761-772 (2009).
  17. Nussbaum-Krammer, C. I., Morimoto, R. I. Caenorhabditis elegans as a model system for studying non-cell-autonomous mechanisms in protein-misfolding diseases. Dis Model Mech. 7 (1), 31-39 (2014).
  18. Lino, M. M., Schneider, C., Caroni, P. Accumulation of SOD1 mutants in postnatal motoneurons does not cause motoneuron pathology or motoneuron disease. J Neurosci. 22 (12), 4825-4832 (2002).
  19. Li, J. Y., et al. Lewy bodies in grafted neurons in subjects with Parkinson’s disease suggest host-to-graft disease propagation. Nat Med. 14 (5), 501-503 (2008).
  20. Desplats, P., et al. Inclusion formation and neuronal cell death through neuron-to-neuron transmission of alpha-synuclein. Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (31), 13010-13015 (2009).
  21. Clement, A. M., et al. Wild-type nonneuronal cells extend survival of SOD1 mutant motor neurons in ALS mice. Science. 302 (5642), 113-117 (2003).
  22. Gu, X., et al. Pathological cell-cell interactions elicited by a neuropathogenic form of mutant Huntingtin contribute to cortical pathogenesis in HD mice. Neuron. 46 (3), 433-444 (2005).
  23. Yamanaka, K., et al. Mutant SOD1 in cell types other than motor neurons and oligodendrocytes accelerates onset of disease in ALS mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 105 (21), 7594-7599 (2008).
  24. Garden, G. A., et al. Polyglutamine-expanded ataxin-7 promotes non-cell-autonomous purkinje cell degeneration and displays proteolytic cleavage in ataxic transgenic mice. J Neurosci. 22 (12), 4897-4905 (2002).
  25. Raeber, A. J., et al. Astrocyte-specific expression of hamster prion protein (PrP) renders PrP knockout mice susceptible to hamster scrapie. EMBO J. 16 (20), 6057-6065 (1997).
  26. Yazawa, I., et al. Mouse model of multiple system atrophy alpha-synuclein expression in oligodendrocytes causes glial and neuronal degeneration. Neuron. 45 (6), 847-859 (2005).
  27. Lobsiger, C. S., Cleveland, D. W. Glial cells as intrinsic components of non-cell-autonomous neurodegenerative disease. Nat Neurosci. 10 (11), 1355-1360 (2007).
  28. Sambataro, F., Pennuto, M. Cell-autonomous and non-cell-autonomous toxicity in polyglutamine diseases. Prog Neurobiol. 97 (2), 152-172 (2012).
  29. Polymenidou, M., Cleveland, D. W. Prion-like spread of protein aggregates in neurodegeneration. J Exp Med. 209 (5), 889-893 (2012).
  30. Brundin, P., Melki, R., Kopito, R. Prion-like transmission of protein aggregates in neurodegenerative diseases. Nat Rev Mol Cell Biol. 11 (4), 301-307 (2010).
  31. Braak, H., Braak, E., Bohl, J. Staging of Alzheimer-related cortical destruction. Eur Neurol. 33 (6), 403-408 (1993).
  32. Meyer-Luehmann, M., et al. Exogenous induction of cerebral beta-amyloidogenesis is governed by agent and host. Science. 313 (5794), 1781-1784 (2006).
  33. Luk, K. C., et al. Pathological alpha-synuclein transmission initiates Parkinson-like neurodegeneration in nontransgenic mice. Science. 338 (6109), 949-953 (2012).
  34. Clavaguera, F., et al. Transmission and spreading of tauopathy in transgenic mouse brain. Nat Cell Biol. 11 (7), 909-913 (2009).
  35. Nonaka, T., et al. Prion-like Properties of Pathological TDP-43 Aggregates from Diseased Brains. Cell Rep. 4 (1), 124-134 (2013).
  36. Lundmark, K., et al. Transmissibility of systemic amyloidosis by a prion-like mechanism. Proc Natl Acad Sci U S A. 99 (10), 6979-6984 (2002).
  37. Lai, C. H., Chou, C. Y., Ch’ang, L. Y., Liu, C. S., Lin, W. Identification of novel human genes evolutionarily conserved in Caenorhabditis elegans by comparative proteomics. Genome Res. 10 (5), 703-713 (2000).
  38. Xu, X., Kim, S. K. The early bird catches the worm: new technologies for the Caenorhabditis elegans toolkit. Nat Rev Genet. 12 (11), 793-801 (2011).
  39. Boulin, T., Hobert, O. From genes to function: the C. elegans genetic toolbox. Wiley Interdiscip Rev Dev Biol. 1 (1), 114-137 (2012).
  40. Nussbaum-Krammer, C. I., Park, K. W., Li, L., Melki, R., Morimoto, R. I. Spreading of a prion domain from cell-to-cell by vesicular transport in Caenorhabditis elegans. PLoS Genet. 9 (3), e1003351 (2013).
  41. Chernoff, Y. O., Lindquist, S. L., Ono, B., Inge-Vechtomov, S. G., Liebman, S. W. Role of the chaperone protein Hsp104 in propagation of the yeast prion-like factor [psi. Science. 268 (5212), 880-884 (1995).
  42. Liu, J. J., Lindquist, S. Oligopeptide-repeat expansions modulate ‘protein-only’ inheritance in yeast. Nature. 400 (6744), 573-576 (1999).
  43. Halfmann, R., et al. Prions are a common mechanism for phenotypic inheritance in wild yeasts. Nature. 482 (7385), 363-368 (2012).
  44. Tyedmers, J., Madariaga, M. L., Lindquist, S. Prion switching in response to environmental stress. PLoS Biol. 6 (11), e294 (2008).
  45. Krammer, C., et al. The yeast Sup35NM domain propagates as a prion in mammalian cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (2), 462-467 (2009).
  46. Hofmann, J. P., et al. Cell-to-cell propagation of infectious cytosolic protein aggregates. Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (15), 5951-5956 (2013).
  47. Stiernagle, T. Maintenance of C. elegans. WormBook. , (2006).
  48. Berkowitz, L. A., Knight, A. L., Caldwell, G. A., Caldwell, K. A. Generation of Stable Transgenic C. elegans Using Microinjection. J. Vis. Exp. (18), e833 (2008).
  49. Evans, T. C. Transformation and microinjection. WormBook. , (2006).
  50. Shaham, S. Methods in cell biology. Wormbooks. , (2006).
  51. Kim, E., Sun, L., Gabel, C. V., Fang-Yen, C. Long-term imaging of Caenorhabditis elegans using nanoparticle-mediated immobilization). PLoS One. 8 (1), e53419 (2013).
  52. Fay, D. Genetic mapping and manipulation: Chapter 1-Introduction and basics. WormBook. , (2006).
  53. Kamath, R. S., Ahringer, J. Genome-wide RNAi screening in Caenorhabditis elegans. Methods. 30 (4), 313-321 (2003).
  54. Rual, J. F., et al. Toward improving Caenorhabditis elegans phenome mapping with an ORFeome-based RNAi library. Genome Res. 14 (10B), 2162-2168 (2004).
  55. Shaner, N. C., Steinbach, P. A., Tsien, R. Y. A guide to choosing fluorescent proteins. Nat Methods. 2 (12), 905-909 (2005).
  56. Kern, A., Ackermann, B., Clement, A. M., Duerk, H., Behl, C. HSF1-controlled and age-associated chaperone capacity in neurons and muscle cells of C. elegans. PLoS One. 5 (1), e8568 (2010).
  57. Becker, J., Walter, W., Yan, W., Craig, E. A. Functional interaction of cytosolic hsp70 and a DnaJ-related protein, Ydj1p, in protein translocation in vivo. Mol Cell Biol. 16 (8), 4378-4386 (1996).
  58. Salvaterra, P. M., McCaman, R. E. Choline acetyltransferase and acetylcholine levels in Drosophila melanogaster: a study using two temperature-sensitive mutants. J Neurosci. 5 (4), 903-910 (1985).
  59. Goloubinoff, P., Mogk, A., Zvi, A. P., Tomoyasu, T., Bukau, B. Sequential mechanism of solubilization and refolding of stable protein aggregates by a bichaperone network. Proc Natl Acad Sci U S A. 96 (24), 13732-13737 (1999).
  60. Schroder, H., Langer, T., Hartl, F. U., Bukau, B. D. n. a. K. DnaJ and GrpE form a cellular chaperone machinery capable of repairing heat-induced protein damage. EMBO J. 12 (11), 4137-4144 (1993).
  61. Rampelt, H., et al. Metazoan Hsp70 machines use Hsp110 to power protein disaggregation. EMBO J. 31 (21), 4221-4235 (2012).
  62. Gupta, R., et al. Firefly luciferase mutants as sensors of proteome stress. Nat Methods. 8 (10), 879-884 (2011).
  63. Gidalevitz, T., Ben-Zvi, A., Ho, K. H., Brignull, H. R., Morimoto, R. I. Progressive disruption of cellular protein folding in models of polyglutamine diseases. Science. 311 (5766), 1471-1474 (2006).
  64. Ben-Zvi, A., Miller, E. A., Morimoto, R. I. Collapse of proteostasis represents an early molecular event in Caenorhabditis elegans aging. Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (35), 14914-14919 (2009).
  65. Karady, I., et al. Using Caenorhabditis elegans as a model system to study protein homeostasis in a multicellular organism. J Vis Exp. (82), e50840 (2013).
  66. Gidalevitz, T., Krupinski, T., Garcia, S., Morimoto, R. I. Destabilizing protein polymorphisms in the genetic background direct phenotypic expression of mutant SOD1 toxicity. PLoS Genet. 5 (3), e1000399 (2009).
  67. Morley, J. F., Brignull, H. R., Weyers, J. J., Morimoto, R. I. The threshold for polyglutamine-expansion protein aggregation and cellular toxicity is dynamic and influenced by aging in Caenorhabditis elegans. Proc Natl Acad Sci U S A. 99 (16), 10417-10422 (2002).
  68. Brignull, H. R., Moore, F. E., Tang, S. J., Morimoto, R. I. Polyglutamine proteins at the pathogenic threshold display neuron-specific aggregation in a pan-neuronal Caenorhabditis elegans model. J Neurosci. 26 (29), 7597-7606 (2006).
  69. Mohri-Shiomi, A., Garsin, D. A. Insulin signaling and the heat shock response modulate protein homeostasis in the Caenorhabditis elegans intestine during infection. J Biol Chem. 283 (1), 194-201 (2008).
  70. Libina, N., Berman, J. R., Kenyon, C. Tissue-specific activities of C. elegans DAF-16 in the regulation of lifespan. Cell. 115 (4), 489-502 (2003).
  71. Schatzl, H. M., et al. A hypothalamic neuronal cell line persistently infected with scrapie prions exhibits apoptosis. J Virol. 71 (11), 8821-8831 (1997).
  72. Keith, S. A., Amrit, F. R., Ratnappan, R., Ghazi, A. The C. elegans healthspan and stress-resistance assay toolkit. Methods. , (2014).
  73. Pierce-Shimomura, J. T., et al. Genetic analysis of crawling and swimming locomotory patterns in C. elegans. Proc Natl Acad Sci U S A. 105 (52), 20982-20987 (2008).

Play Video

Cite This Article
Nussbaum-Krammer, C. I., Neto, M. F., Brielmann, R. M., Pedersen, J. S., Morimoto, R. I. Investigating the Spreading and Toxicity of Prion-like Proteins Using the Metazoan Model Organism C. elegans. J. Vis. Exp. (95), e52321, doi:10.3791/52321 (2015).

View Video