Mevcut protokol, Caenorhabditis elegans için sıvı ve plaka üstü kültürlerde lipit takviyesi yöntemlerini, uzunlamasına çalışmalar ve toplu veya birkaç solucan ve solucan dokusundan gen transkripsiyonel analizi ile birlikte tanımlamaktadır.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
* These authors contributed equally
Mevcut protokol, Caenorhabditis elegans için sıvı ve plaka üstü kültürlerde lipit takviyesi yöntemlerini, uzunlamasına çalışmalar ve toplu veya birkaç solucan ve solucan dokusundan gen transkripsiyonel analizi ile birlikte tanımlamaktadır.
Yaşlanma, hem çevresel hem de genetik katkılardan kaynaklanan ilerleyici fizyolojik değişikliklerle karakterize karmaşık bir süreçtir. Lipitler, hücre zarlarının yapısal bileşenlerini oluşturmada, enerji depolamada ve sinyal molekülleri olarak çok önemlidir. Lipid metabolizmasının ve sinyalizasyonun düzenlenmesi, farklı uzun ömürlü yolları aktive etmek için esastır. Yuvarlak kurt Caenorhabditis elegans , lipid metabolizmasının ve sinyalizasyonun uzun ömür regülasyonuna katkısını incelemek için mükemmel ve güçlü bir organizmadır. Çok sayıda araştırma çalışması, spesifik lipit moleküllerinin diyet takviyesinin C. elegans ömrünü nasıl uzatabileceğini açıklamıştır; Bununla birlikte, takviye koşullarındaki küçük farklılıklar, farklı laboratuvarlardaki bilim adamları arasında tekrarlanabilirlik sorunlarına neden olabilir. Burada, C. elegans için iki ayrıntılı takviye yönteminin, plakalara tohumlanmış bakterilerle veya sıvı kültürde bakteriyel süspansiyonla lipit takviyesi kullanıldığı bildirilmiştir. Burada ayrıca, ömür boyu lipit takviyesi ve bütün bir solucan lizatı veya birkaç solucandan türetilen disseke dokular kullanılarak qRT-PCR analizi ile ömür boyu tahliller yapmak için detaylar verilmiştir. Uzunlamasına çalışmaların ve lipit takviyesi üzerine transkripsiyonel araştırmaların bir kombinasyonunu kullanarak, beslenme analizleri, lipitlerin uzun ömürlülüğü ve sağlıklı yaşlanmayı nasıl etkilediğini incelemek için güvenilir yaklaşımlar sağlar. Bu metodoloji ayrıca, az sayıda disseke doku veya birkaç hayvan kullanarak transkriptlerin bir alt kümesindeki değişiklikleri değerlendirmek için çeşitli beslenme tarama yaklaşımları için uyarlanabilir.
Lipit
Lipitler, organik çözücülerde çözünen, ancak suda çözünmeyen küçük hidrofobik veya amfipatik moleküllerdir 1,2. Farklı lipit molekülleri, zincirlerinde bulunan karbonların sayısına, konumlarına, çift bağların sayısına ve gliserol veya fosfatlar dahil olmak üzere bağlı yapılara bağlı olarak birbirlerinden ayrılırlar. Lipitler, membran çift katmanlarını oluşturmak, enerji depolaması sağlamak ve sinyal molekülleri olarak hareket etmek de dahil olmak üzere organizma fonksiyonlarını düzenlemek için farklı hücreler içinde ve arasında çok önemli roller oynar 3,4.
İlk olarak, lipitler, iç bölmeleri hücre dışı ortamdan ayıran plazma zarı ve hücre içi hücre altı membranlar dahil olmak üzere biyolojik membranların yapısal bileşenleridir. İkincisi, lipitler omurgalı ve omurgasız hayvanlarda enerji depolamanın ana şeklidir. Triasilgliseroller de dahil olmak üzere nötr lipitler, yağ dokusu da dahil olmak üzere çeşitli dokularda uzun süre depolanır. Nematodda Caenorhabditis elegans, bağırsak başlıca metabolik yağ depolama organıdır; işlevi sadece besinlerin sindirimi ve emiliminde değil, aynı zamanda memeli hepatositlerinin aktivitesine benzeyen detoksifikasyon sürecinde de rol oynar. Diğer yağ depolama dokuları, lipitlerin oosit gelişimi için gerekli olduğu germline ve cilt benzeri epidermal hücrelerden oluşan hipodermisi içerir 3,5. Üçüncüsü, son yıllarda, lipitlerin, G proteinine bağlı ve nükleer reseptörler de dahil olmak üzere çeşitli reseptörlere doğrudan etki ederek veya dolaylı olarak membran akışkanlık modülasyonu veya çeviri sonrası modifikasyonlar yoluyla hücre içi ve hücre dışı sinyalleşmede rol oynayan güçlü sinyal molekülleri olduğunu ileri sürmüştür 6,7,8,9 . Daha ileri çalışmalar, uzun ömürlülüğü ve sağlık süresini teşvik etmede lipid sinyallemesinin altında yatan moleküler mekanizmaları aydınlatmaya devam edecektir.
Model organizmalar, insanlarda çalışılamayacak kadar karmaşık olan belirli biyolojik soruları ele almak için önemlidir. Örneğin, yuvarlak kurt C. elegans, insan beslenmesi ve hastalığı ile ilgili biyolojik süreçleri incelemek için genetik analiz yapmak için mükemmel bir modeldir10. İnsan fizyolojisi, karmaşık dokular, davranış kalıpları ve bol miktarda genetik manipülasyon araçları ile ilgili yüksek oranda korunmuş moleküler yollar, C. elegans'ı dikkate değer bir model organizma11 yapar. Örneğin, C. elegans, fenotipe özgü genleri tanımlamak için genetik ekranların iletilmesinde ve RNA girişimi12 yoluyla genom çapında ters genetik ekranlarda mükemmeldir.
Laboratuvarlarda, nematodlar, Escherichia coli bakterilerinin bir çimi ile tohumlanmış agar Petri plakaları üzerinde yetiştirilir, proteinler, karbonhidratlar ve enerji ve yapı taşları olarak doymuş ve doymamış yağ asitleri gibi makro besinler ve ko-faktörler ve vitaminler gibi mikro besinler sağlar13. Memelilere benzer şekilde, nematodlar yağ asidi moleküllerini hem palmitik asitten hem de stearik asitten (sırasıyla doymuş 16-karbon ve 18-karbon molekülleri) sentezler, bunlar sırayla doymamış ve çeşitli tekli doymamış yağ asitleri (MUFA'lar) ve çoklu doymamış yağ asitleri (PUFA'lar) 14,15,16,17,18'e uzatılır. İlginçtir ki, C. elegans, yağ asidi biyosentezi, doygunluğun giderilmesi ve uzamasında rol oynayan gerekli tüm yağ asitlerinin ve çekirdek enzimlerin de novo sentezini yapabilir ve uzun zincirli PUFA'ların sentezini kolaylaştırır19. Diğer hayvan türlerinden farklı olarak, C. elegans 18-karbon ve 20-karbon ω-6 yağ asitlerini kendi ω-3 desaturaz enzimleri ile ω-3 yağ asitlerine dönüştürebilir. Ek olarak, solucanlar oleik asitten linoleik asit (LA) oluşumunu katalize eden bir Δ12 desaturaza sahiptir (OA, 18: 1) 20,21. Çoğu hayvan veya bitki hem Δ12 hem de ω-3 desaturazlardan yoksundur ve bu nedenle PUFA'larını elde etmek için ω-6 ve ω-3'ün diyet alımına güvenirken, C. elegans diyet yağ asitleri gerektirmez22. Fonksiyonel desaturaz enzimlerinden yoksun izole mutantlar, spesifik yağ asitlerinin üreme, büyüme, uzun ömürlülük ve nörotransmisyon dahil olmak üzere farklı biyolojik süreçlerdeki işlevlerini incelemek için kullanılmıştır. Bireysel yağ asitlerinin spesifik biyolojik yollar üzerindeki etkisi, hem genetik bir yaklaşım hem de diyet takviyesi kullanılarak ele alınabilir16,17,23. Bugüne kadar, lipit araştırmaları, nörolojik ve gelişimsel koşullarda lipit sentezi, bozulması, depolanması ve parçalanmasında rol oynayan genleri karakterize etmeye odaklanmıştır24. Bununla birlikte, lipitlerin uzun ömürlülük regülasyonundaki rolleri yeni ortaya çıkmaya başlamıştır.
Uzun ömürlülük regülasyonunda lipit sinyalizasyonu
Lipitler, farklı dokularda ve hücre tiplerinde hücresel sinyal kaskadlarını aktive ederek uzun ömürlülük regülasyonunda önemli roller oynamaktadır. Son zamanlarda yapılan çalışmalar, lipid bağlayıcı proteinler yoluyla transkripsiyon ve hücre-hücre iletişiminin modüle edilmesinde veya membran reseptörlerinin tanınmasında lipitlerin aktif rollerini vurgulamıştır25. Ek olarak, diyet lipit takviyesi, lipit metabolizmasının C. elegans'ta yaşam süresini nasıl etkilediğini incelemek için mükemmel bir araç sunar. Farklı MUFA'ların ve PUFA'ların, transkripsiyon faktörleri 26,27'yi aktive ederek uzun ömürlülüğü arttırdığı gösterilmiştir.
İnsülin / IGF-1 sinyallemesi ve germline öncü hücrelerinin ablasyonu da dahil olmak üzere uzun ömürlü modeller, MUFA biyosentez yolu ile ilişkilidir ve oleik asit, palmitoleik asit ve cis-vaccenic dahil olmak üzere MUFA takviyesi, C. elegans ömrünü uzatmak için yeterlidir26. MUFA uygulaması tarafından verilen uzun ömürlülük etkisi daha fazla araştırma gerektirse de, altta yatan mekanizmanın, oksidatif stres yanıtının ve uzun ömür düzenlemesinin kilit bir aktivatörü olan SKN-1 / Nrf2 transkripsiyon faktörü tarafından aracılık edilmesi muhtemeldir28,29. MUFA'lar arasında, N-asiletanolaminler (NAE'ler) adı verilen belirli bir yağlı açil etanolamidler sınıfı, iltihaplanma, alerjiler, öğrenme, hafıza ve enerji metabolizması gibi farklı mekanizmalarda çok önemli roller oynar30. Özellikle, oleoylethanolamid (OEA) olarak bilinen lipit molekülü, nükleer hormon reseptörleri NHR-49 ve NHR-807'yi aktive etmek için lipit bağlayıcı protein 8'in (LBP-8) çekirdeğe translokasyonunu teşvik ederek uzun ömürlülüğün pozitif bir düzenleyicisi olarak tanımlanmıştır. OEA analog KDS-5104'ün takviyesi ömrünü uzatmak için yeterlidir ve oksidatif stres yanıtları ve mitokondriyal β-oksidasyonda rol oynayan genlerin ekspresyonunu indükler 7,8.
Aynı zamanda, PUFA'ların rolü de uzun ömürlülük düzenlemesiyle ilişkilendirilmiştir. PUFA ω-3 yağ asidi α-linolenik asit (ALA) uygulaması, NHR-49 / PPARa, SKN-1 / NRF transkripsiyon faktörlerini aktive ederek ve mitokondriyal β-oksidasyonu indükleyerek uzun ömürlülüğü arttırır31. İlginç bir şekilde, oksilipinler olarak adlandırılan ALA'nın perokside ürünleri, SKN-1 / NRF'yi aktive eder, bu da hem PUFA'ların hem de oksidatif türevlerinin uzun ömürlülük yararları sağlayabileceğini düşündürmektedir23. ω-6 yağ asidi arakidonik asit (AA) ve dihomo-γ-linolenik asit (DGLA) takviyesi, otofaji aktivasyonu yoluyla ömrünü uzatır, protein kalite kontrolünü teşvik eder ve atık ve toksik protein agregalarının bozulmasına neden olur27,32. Daha yakın zamanlarda, lipid bağlayıcı protein 3 (LBP-3) ve DGLA'nın aracılık ettiği bir hücre-otonom olmayan sinyal düzenlemesinin, nöronlara periferik sinyaller göndererek uzun ömürlülüğü teşvik etmek için çok önemli olduğu gösterilmiştir, bu da lipid moleküllerinin sistemik seviyelerde dokular arası iletişimde uzun vadeli bir rol oynadığını düşündürmektedir33. Bu çalışma, plakalara ekilen bakterilerle lipit takviyesi veya sıvı kültürde bakteriyel süspansiyon ile lipit takviyesi yapmak için her adımı bildirmektedir. Bu metodolojiler, tüm vücut içeriğini veya birkaç solucandan türetilen disseke dokuları kullanarak yaşam süresini ve transkripsiyonel analizi değerlendirmek için kullanılır. Aşağıdaki teknikler çeşitli beslenme çalışmalarına uyarlanabilir ve lipit metabolizmasının uzun ömürlülüğü ve sağlıklı yaşlanmayı nasıl etkilediğini incelemek için geçerli bir araç sunar.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Şekil 1 , farklı deneysel ortamlar kullanılarak lipit beslemenin bir şemasını göstermektedir.
1. Lipid şartlandırılmış bakterilerin hazırlanması
2. Lipid takviyesi için senkronize C. elegans'ın hazırlanması
3. C. elegans için lipit takviyesi
4. Transkripsiyonel analiz için RNA ekstraksiyonu
5. Ters transkripsiyon ve qRT-PCR
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Lipid takviyesi üzerine birkaç bütün solucan kullanılarak transkripsiyonel değişikliklerin doğrulanması
RNA'yı birkaç bütün solucandan cDNA'ya çıkarma ve retrotranskripsiyon protokolünün çoğaltılabilir olup olmadığını ve toplu solucanlardan elde edilen verilerle karşılaştırılabilir olup olmadığını araştırmak için, bağırsakta lizozomal asit lipaz lipl-4'ü aşırı eksprese eden uzun ömürlü bir solucan suşu 7,8,33,35<...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Lipid takviyesi, bazı lipit türlerinin sağlıklı yaşlanma üzerindeki doğrudan etkisini aydınlatmak için yaşlanma araştırmalarında kullanılmıştır 6,7,23,26,27,31. Bununla birlikte, lipit takviyesi prosedürü zor olabilir ve deneyler arasındaki herhangi bir tutarsızlık tekrarlanamayan sonuçlara neden olabilir. Burada, ilk ayrıntı...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarların çıkar çatışması yoktur.
Bakım desteği için P. Svay'a teşekkür ederiz. Bu çalışma NIH hibeleri R01AG045183 (MCW), R01AT009050 (MCW), R01AG062257 (MCW), DP1DK113644 (MCW), March of Dimes Foundation (MCW), Welch Foundation (MCW), HHMI araştırmacısı (M.C.W.) ve NIH T32 ES027801 doktora öncesi öğrenci arkadaşı (M.S.) tarafından desteklenmiştir. Bazı suşlar, NIH Araştırma Altyapı Programları Ofisi (P40 OD010440) tarafından finanse edilen CGC tarafından sağlanmıştır.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 1.5 mL Havaneli | Genesee Scientific | 93-165P15 | Trizol |
| Agarose | Sigma | A9639-500G | |
| AmfiRivert cDNA Sentezi ile | GenDEPOT | R5600 | Toplu solucan örneklerinden ters transkripsiyon için |
| Uygulamalı Biyosistemler QuanStudio 3 Gerçek Zamanlı PCR | ThermoFisher | A28567 | qRT-PCR için |
| Benchmark Scientific StripSpin 12 Mikrosantrifüj | Benchmark Scientific | C1248 | PCR tüplerini döndürmek için |
| Branson 450 Dijital Sonifier, 1/8" uçlu | Branson Ultrasonic Corporation | 100-132-888R | |
| Kloroform | Fisher Scientific | C298-500 | |
| Kolesterol | Sigma | C8503-25G | |
| Dimetil sülfoksit (DMSO) | Sigma | D8418-100ML | |
| Eppendorf 5424 R santrifüj | Eppendorf | 22620444R | RNA ekstraksiyonu için |
| Eppendorf vapo protect mastercycler pro | Eppendorf | 950030010 | Ters transkripsiyon için |
| Etanol, Mutlak (200 Kanıt) | Fisher Scientific | BP2818-500 | |
| Greiner Bio-One CELLSTAR, 12 W Plakalı | Neta Scientific | 665180 | 12 kuyulu sıvı besleme plakaları |
| Greiner Bio-One Petri Kabı, Ps, 100 x 20 mm | Neta Scientific | 664161 | Bakteriyel LB plakaları ve solucan için 10 cm NGM plakaları |
| Greiner Bio-One Petri Kabı, Ps, 60 x 15 mm | Neta Scientific | 628161 | Solucan için6 cm NGM plakaları |
| Invitrogen nükleaz içermeyen su | ThermoFisher | AM9937 | |
| İzoproanol | Sigma | PX1835-2 | |
| Levamizol hidroklorür | VWR | SPCML1054 | |
| lipl-4Tg | MCW Lab | N/A | Transgenik C. elegans |
| lipl-4Tg; yağ-3(wa22) | MCW Lab | N/A | Transgenik C. elegans |
| Luria Suyu Bazlı | ThermoFisher | 12795-084 | |
| Magnezyum sülfat (MgSO4) | Sigma | M2643-500G | |
| MicroAmp EnduraPlate Barkodlu Optik 96 Kuyulu Hızlı Şeffaf Reaksiyon Plakası | ThermoFisher | 4483354 | 96 kuyulu qPCR plakası |
| MicroAmp Optik Yapışkan Film | Uygulamalı BioSystem | 4311971 96 oyuklu qPCR plakasını sızdırmaz hale getirmek için | |
| Milli-Q Advantage A10 Su Arıtma Sistemi | Sigma | Z00Q0V0WW | Protokolde nükleaz içermeyen su olarak belirtilmedikçe, tampon ve kültürel ortamlar da dahil olmak üzere tüm reaktifleri yapmak için kullanılan deiyonize su |
| N2 | Caenorhabditis Genetics Center | N/A | C. elegans yabani izolat |
| NanoDrop ND-1000 Spektrofotometre | ThermoFisher | N/A | RNA konsantrasyonunu ölçmek için |
| OP50 | Kaenorhabdit Genetik Merkezi | N/A | C. elegans gıda olarak kullanılan bakteriler |
| Potasyum fosfat dibazik trihidrat (K2HPO4· 3H2O) | Sigma | P5504-1KG | |
| Potasyum fosfat monobazik (KH2PO4) | Sigma | P0662-2.5KG | |
| Güç SYBR Yeşil hücrelerden CT'ye kiti | ThermoFisher | 4402953 | Birkaç solucan veya solucan dokusundan ters transkripsiyon ve qPCR için |
| Power SYBR Green Master Mix | ThermoFisher | 4367659 | Toplu solucan örneklerinden qPCR |
| Saf Parlak antiseptik ultra ağartıcı | KIK Uluslararası LLC. | 59647210143 | %6 ev tipi çamaşır suyu Solucan yumurtası hazırlama için |
| Dokuz çöküntülü Pyrex nokta plakası | Sigma | CLS722085-18EA | Solucanları incelemek için saat camı |
| RNaseZap RNase Dekontaminasyon Çözeltisi | ThermoFisher | AM9780 | |
| Sodyum klorid (NaCl) | Sigma | S7653-1KG | |
| Sodyum hidroksit (NaOH) | Sigma | SX0590-3 | |
| Sodyum fosfat dibazik heptahidrat (Na2HPO4· 7H2O) | Sigma | S9390-1KG | |
| Thermo Sorvall Legend Mach 1.6R Santrifüj | Thermo | 7500-4337 | Bakteri toplama için |
| Thermo Sorvall ST 8 santrifüj | Thermo | 7500-7200 | Solucan yumurtası hazırlama için |
| TRIzol Reaktifi | TheroFisher | 15596018 | RNA ekstraksiyon reaktifi |
| Turbo DNA içermeyen kit | ThermoFisher | AM1907 | RNA ekstraksiyonlarında DNA kontaminasyonunu gidermek için |
| Vortexer 59 | Denville Scientific INV | S7030 | |
| VWR Tek Kullanımlık Pelet Karıştırıcılar ve Akülü Motor | VWR | 47747-370 | Trizol |
| VWR Kinetik Enerji 26 Joule Mini Santrifüj ile solucan öğütme için 26 Joule Mini Santrifüj C1413 V-115 | VWR | N/A | Solucan toplama için. Üretimi durdurulan model, Cat # 76269-064 |
| Solucan seçici | WormStuff | 59-AWP |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.