Avaliação Compreensiva de Germline Chemical Toxicity Usando o Nemátodo<em> Caenorhabditis elegans</em
Summary
We describe the detailed steps of a high-throughput chemical assay in the nematode Caenorhabditis elegans used to assess germline toxicity. In this assay, disruption of germline function following chemical exposure is monitored using a fluorescent reporter specific to aneuploid embryos.
Abstract
A identificação da toxicidade reprodutiva das milhares de substâncias químicas presentes em nosso ambiente tem sido um dos desafios mais tentadoras no campo da saúde ambiental. Isto é devido em parte à falta de sistemas modelo que podem (1) recapitulam precisão chaves características dos processos reprodutivos e (2) fazê-lo em um meio a high-throughput forma, sem a necessidade de um elevado número de animais vertebrados.
Descrevemos aqui um ensaio no nemátodo C. elegans que permite a rápida identificação de substâncias tóxicas da linha germinal por monitorização da indução de embriões aneuplóidicos. Ao fazer uso de uma linha repórter GFP, erros na segregação cromossoma resultante da interrupção da linha germinativa são facilmente visualizados e quantificados por microscopia de fluorescência automatizada. Assim, o rastreio de um determinado conjunto de compostos para a sua toxicidade pode ser realizada num formato de placa de 96 a 384 poços numa questão de dias. Análise secundária de h positivoseu pode ser realizado para determinar se as anomalias cromossómicas originado meiótica perturbação ou de erros iniciais de segregação cromossoma embrionárias. Ao todo, este ensaio representa uma estratégia de primeira passagem rápida para a rápida avaliação da disfunção germline seguinte exposição a substâncias químicas.
Introduction
Há cerca de 87.000 produtos químicos registrados para o comércio nos Estados Unidos, mas apenas um pequeno número destes foram testados quanto aos efeitos potenciais sobre a saúde 1. Daqueles que foram testados, apenas uma parte foi avaliada para efeitos de saúde reprodutiva, em parte devido à dificuldade em determinar a alteração dos eventos precoces reprodutivas em mamíferos, especialmente durante o desenvolvimento de células germinativas femininas e diferenciação. Na verdade, os primeiros eventos da meiose ocorrem durante os primeiros estágios do desenvolvimento embrionário em mamíferos do sexo feminino e são, portanto, de difícil acesso e coletar em números adequados para fins de rastreio.
A linha germinativa proporciona a ligação crucial entre gerações, e a sua função apropriada depende da execução precisa do programa intrincado da divisão celular e alterações cromossómicas denominado meiose. A desregulação do processo meiótico pode resultar na redução da fertilidade e da produção degametas e embriões com um número anormal de cromossomos, uma condição denominada aneuploidia. Erros de segregação cromossômica na meiose são altamente relevantes para a saúde humana. Anormalidades cromossômicas são comuns, com uma frequência de 1 em cada 150 nascidos vivos, Trissomia 21, 18 e 13, bem como X e Y erros de cromossomos, sendo os tipos mais prevalentes 2,3. Além disso, malformações congênitas, incluindo os de origem cromossômicas, são a principal causa de morte infantil em os EUA 4 A idéia de que as influências ambientais podem afetar a segregação e do comportamento cromossômico não é nova 5, mas ainda é pouco compreendida. Assim, é fundamental investigar qual dos produtos químicos introduzidos no nosso ambiente estão a interferir com a fertilidade humana, o desenvolvimento precoce e saúde reprodutiva em geral.
À luz dessas limitações dos modelos de mamíferos, temos desenvolvido um ensaio de tela de alto rendimento para testar a toxicidade reprodutiva na lombriga <em> C. elegans. Temos mobilizou várias características importantes oferecidos por este sistema modelo genético comumente utilizadas, tais como seu pequeno tamanho, baixo custo, ciclo de reprodução curta, alta proporção de células germinativas e facilidade de manipulação 6. Os vermes podem ser cultivadas em placas de 96 poços ou em culturas líquidas de alto volume e por causa de sua transparência pode ser visualizado directamente em placas para a detecção de repórteres fluorescentes. O ensaio descrito a seguir aproveita estas características e tira vantagem de uma estirpe repórter que contém o sem-fim fluorescente Pxol-1 :: GFP para detectar perturbações da linha germinal e indução de aneuploidia embrionária.
A utilização desta estirpe repórter é baseada na ocorrência rara geralmente de machos na população verme principalmente hermafroditas. Estes homens (<0,2%) originam naturalmente de erro na segregação do cromossomo X 7. No entanto, como a interrupção da linha germinativa frequentemente leva a erros na segregação dos autossomose de heterochromosomes, correlaciona-se ambos com uma incidência elevada de machos do fenótipo (X missegregation), bem como a letalidade embrionária (autosome missegregation). Para detectar facilmente a indução de machos, contornando o problema da letalidade embrionária, um promotor específico do macho (Xol-1) é utilizado para conduzir a expressão da GFP em embriões precoces ainda contidos no interior do útero do sem-fim. Como tal, o aparecimento de embriões que expressam GFP é utilizado como um substituto para a presença de embriões aneuplóidicos. Este método tem sido utilizado anteriormente para identificar genes implicados na manutenção da linha germinal e meiose 8,9. Adaptado para filtragem de produtos químicos, esta estirpe é empregue numa forma de tela de alto rendimento. É importante ressaltar que a cepa relata fielmente a aneugenicity de produtos químicos e é, portanto, relevante para endpoints reprodução de mamíferos 10. O ensaio descrito aqui será particularmente útil para toxicologistas em configurações da indústria química farmacêutica e à procurapara avaliar rapidamente a toxicidade dos produtos químicos para com terminais reprodutivos. Além disso, este ensaio se alinha totalmente com as prioridades governamentais destacadas na toxicidade no st relatório 21 do século 11.
Protocol
Representative Results
Discussion
O método aqui descrito constitui a primeira estratégia de grande escala para a identificação de substâncias tóxicas da linha germinal. Ele requer o uso de um transgênico GFP Pxol-1 :: GFP contendo tensão que relata fielmente a indução de aneuploidia em embriões, que é usado como um proxy para a disfunção da linha germinativa. O método envolve a sincronização cuidadosa de um C. população sem-fim elegans e exposição dos vermes aos agentes químicos em formato de 96 poços se…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank the following funding sources NIH ES020353 and the Colgate-Palmolive Alternative Research Grant award for making this work possible.
Materials
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| 60mm vented, sharp edge Petri Dishes | Tritech | T3315 | |
| Agar | Apex | 20-274 | |
| Axygen 96 Well Clear Round Bottom 2mL Polypropylene Deep Well Plate | Corning | P-DW-20-C-S | |
| Bactopeptone | Apex | 20-261 | |
| Bacto-tryptone | Fisher Scientific | BP1421-2 | |
| Bleach | Clorox | ||
| Calcium Chloride (CaCl2) | VWR | AA12316-A1 | |
| Cholesterol | Fisher Scientific | ICN10138225 | |
| DMSO | VWR | IC19018680 | |
| E. coli (OP50) | Caenorhabditis Genetics Center | http://www.cbs.umn.edu/cgc | |
| Ethanol 200 proof | VWR | EM-4455S | |
| Greiner CELLSTAR 384 well plates | Sigma-Aldrich | M1937-32EA | |
| ImageXpress Micro XLS System | Molecular Devices | ||
| Levamisole hydrochloride | Fluka | 31742 | |
| Magnesium Sulfate Anhydrous (MgSO4) | VWR | 97061-438 | |
| MetaXpress High Content Image Acquisition & Analysis Software | Molecular Devices | ||
| Potassium phosphate monobasic (KH2PO4) | Sigma-Aldrich | P5655 | |
| Rayon Films for Biological Cultures | VWR | 60941-086 | |
| Sodium Chloride (NaCl) | Sigma-Aldrich | S5886 | |
| Sodium hydroxide (NaOH) | Fisher Scientific | S318 | |
| Sodium Phosphate Dibasic (Na2HPO4) | VWR | BDH0316 | |
| Stereomicroscope | Nikon | SMZ 745 | This microscope has a total magnification form 3.35x to 300x. Any microscope with similar characteristics will work. |
| TY2441 C. elegans, Pxol-1::GFP reporter strain | Caenorhabditis Genetics Center | http://www.cbs.umn.edu/cgc | |
| Yeast extract | Becton Dickinson | 212750 |
References
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