Nahrungsergänzung von mehrfach ungesättigten Fettsäuren<em&gt; Caenorhabditis elegans</em

Zusammenfassung

Caenorhabditis ele ist ein nützliches Modell, um die Funktionen der mehrfach ungesättigten Fettsäuren in der Entwicklung und Physiologie zu erforschen. Dieses Protokoll beschreibt ein effizientes Verfahren zur Ergänzung des C. elegans Ernährung mit mehrfach ungesättigten Fettsäuren.

Zusammenfassung

Fettsäuren sind für eine Vielzahl von Zellfunktionen unerlässlich. Sie dienen als effiziente Energiespeichermoleküle bilden den hydrophoben Kern von Membranen, und beteiligen sich an verschiedenen Signalwege. Caenorhabditis elegans synthetisiert alle notwendigen Enzyme, um eine Reihe von Omega-6-und Omega-3-Fettsäuren zu produzieren. Dies, kombiniert mit der einfachen Anatomie und Umfang der verfügbaren genetischen Werkzeugen, machen es zu einem attraktiven Modell zur Fettsäure-Funktion zu untersuchen. Um die genetischen Ursachen, die die physiologischen Wirkungen von Nahrungsfettsäuren vermitteln zu untersuchen, haben wir ein Verfahren, um die C ergänzen entwickelten elegans Diät mit ungesättigten Fettsäuren. Nahrungsergänzung ist ein wirksames Mittel, um die Fettsäurezusammensetzung von Würmern zu ändern und kann auch verwendet werden, um Defekte in Fettsäure-Mutanten zu retten. Unsere Methode verwendet Nematoden Wachstumsmedium-Agar (NGM) mit Fett acidsodium Salze ergänzt. Die Fettsäuren in den Platten ergänzt werden InkorporationTED in den Membranen der Bakterienlebensmittelquelle, die dann von der C aufgenommen elegans ergänzt, die auf den Bakterien ernähren. Wir beschreiben auch ein Gaschromatographie-Protokoll, um die Veränderungen in der Fettsäurezusammensetzung, die ergänzt Würmer auftreten überwachen. Dies ist eine effiziente Möglichkeit, die Diäten von großen und kleinen Populationen von C. ergänzen elegans, so dass für eine Reihe von Anwendungen für diese Methode.

Einleitung

Fettsäuren sind wesentliche strukturelle Bestandteile von Membranen sowie effiziente Energiespeichermolekülen. Zusätzlich können Fettsäuren aus Zellmembranen durch Lipasen gespalten werden und enzymatisch modifiziert, um Signalisierungs Effektoren ¹ herzustellen. Natürlich vorkommenden mehrfach ungesättigten Fettsäuren (PUFAs) zwei oder mehr cis-Doppelbindungen. Die Omega-3-Fettsäuren und die Omega-6-Fettsäuren sind voneinander unterscheiden, basierend auf den Positionen der Doppelbindungen in Bezug auf die Methylende der Fettsäure. Gesunde Ernährung benötigen sowohl Omega-6 und Omega-3-Fettsäuren. Allerdings sind westliche Ernährung besonders reich an Omega-6-Fettsäuren und arm an Omega-3-Fettsäuren. Eine Omega-6-zu Omega-3-Fettsäure-Verhältnis mit einem erhöhten Risiko von kardiovaskulären und entzündlichen Krankheiten, jedoch werden die genauen positiven und negativen Funktionen bestimmter Fettsäuren nicht gut verstanden ² verbunden. Die Fadenwurm Caenorhabditis elens ist nützlich bei der Untersuchung Fettsäure-Funktion, weil sie synthetisiert alle notwendigen Enzyme, um eine Reihe von Omega-6 und Omega-3-Fettsäuren, mit einem Omega-3-Desaturase, eine Aktivität, die bei den meisten Tieren ^3,4 fehlt erzeugen. Mutanten, denen Fettsäure-Desaturase-Enzyme nicht auf spezifische PUFAs produzieren, was zu einer Reihe von Entwicklungs-und neurologische Defekte ^6.4.

Um die physiologischen Wirkungen von Nahrungsfettsäuren zu studieren, haben wir eine biochemische Assays mit genetischen Analyse entwickelt kompatibel mit sowohl Mutante und RNAi-Knockdown-Techniken in C. elegans. Ergänzung mit spezifischen PUFAs durch Zugabe einer Fettsäure-Natriumsalz-Lösung auf die Agar-Medium vor dem Gießen erreicht. Dies resultiert in PUFA-Aufnahme durch den E. coli Nahrungsquelle, wo es in den Bakterienmembranen ansammelt. C elegans einnehmen PUFA-haltigen Bakterien, und diese Nahrungsergänzung ist ausreichend, um die schad rettents von PUFA-defizienten Mutanten. Ergänzung der meisten Fettsäuren hat keine nachteiligen Auswirkungen auf Wildtyp-Tiere, jedoch bestimmte Omega-6-Fettsäuren, insbesondere Dihomo-Gamma-Linolensäure (DGLA 20:3 n-6) zu einer dauerhaften Zerstörung von C. elegans Keimzellen ^7,8.

Gaschromatographie verwendet wird, um die Aufnahme des ergänzten Fettsäure in der bakteriellen Nahrungsquelle (entweder OP50 oder HT115) sowie in der Nematoden zu überwachen. Die Zugabe der Waschmittel Tergitol (NP-40) in den Medien ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der Fettsäuren durch die gesamte Platte und effiziente Aufnahme der Fettsäuren durch die E. coli und die Nematoden. Wir haben gefunden, daß ungesättigte Fettsäuren leicht von Bakterien und C aufgenommen elegans, aber die Aufnahme von gesättigten Fettsäuren ist viel weniger effizient. Dieser Artikel beschreibt Schritt für Schritt, wie Sie die Agar-Medien mit Fettsäuren zu ergänzen, als auch, wie man die Fettsäureaufnahme in th überwachenE Nematoden mittels Gaschromatographie.

Protokoll

Mehrfach ungesättigte Fettsäuren sind empfindlich gegen Hitze, Licht und Sauerstoff. Daher muss darauf bei der Vorbereitung Fettsäure-Supplementierung Platten genommen werden, dass Fettsäuren nicht, um überschüssige Wärme und Licht ausgesetzt ist. NGM-Medium, enthaltend 0,1% Tergitol (NP-40) wird autoklaviert und teilweise abgekühlt, wonach Fettsäure Natriumsalze unter konstantem Rühren zugegeben. Die Platten können in der Dunkelheit trocknen. Aufnahme von Fettsäuren von C elegans kultiviert auf diesen Platten kann dann durch Gaschromatographie verfolgt werden.

1. Herstellung von Fettsäure Ergänzte Medien

1. Messen Sie Media-Komponenten in einen entsprechend dimensionierten Kolben. Pro 1 L, fügen 17 g Bacto-Agar, 2,5 g Trypton, 3 g NaCl, 1 ml 5 mg / ml Cholesterin in Ethanol gelöst und 10 ml 10% Tergitol in Wasser gelöst.
2. In 80% der endgültigen gewünschten Volumen von Millipore Wasser und Autoklaven werden die Medien mit leeren Glasflaschen (gleich der Anzahl der verschiedenenFettsäure-Konzentrationen getestet werden), sowie geeignete Messzylinder.
3. Coole Medien in einem Wasserbad auf 55 ° C eingestellt Während die Medien ist die Kühlung bereiten den Arbeitsstammlösung des Fettsäure-Natriumsalz durch Aufbrechen der Glasfläschchen mit Sicherheitsvorkehrungen und die Gewährleistung Glaspartikel nicht zu verwechseln mit den Fettsäuren. Wiegen Sie genug Fettsäure zu 100 mm Arbeits Lager zu machen.
4. Bringt die Fettsäurelösung bis zu einer Endkonzentration von 100 mM mit gereinigtem Wasser. Voll Auflösen des Fettsäure-Natriumsalz dauert in der Regel ca. 20-30 min. Spülen Sie die Arbeits Lager Fettsäure mit Argon oder Stickstoff, weil der Kontakt mit einem inerten Gas verhindert die Oxidation. Verschließe das Röhrchen und lagern Sie den Arbeitsvorrat im Dunkeln, bis Medien abgekühlt ist.
5. (Optional) Wenn RNAi Medien gewünscht wird, messen Ampicillin und Isopropyl β-D-1-(IPTG)-Lösungen hier.
6. Wenn der Agar auf 55 ° C gekühlt und fügen je 1 L: 1ml 1 M MgSO _4, 1 ml 1 M CaCl ₂ und 25 ml Phosphatpuffer (108,3 g KH ₂ PO ₄ und 35,6 g K ₂ HPO ₄ pro 1 L Autoklaven). Fügen Sie den Filter sterilisiert Ampicillin und IPTG-Lösungen machen, wenn RNAi-Platten. Für alle Arten von Platten, fügen sterilem Wasser, um die endgültige Medien Volumen auf 1 L. bringen
7. In der Nähe einer Flamme, Medien zu übertragen, um eine autoklaviert und entsprechend dimensionierten Messzylinder und fügen Sie dann warme sterilem Wasser auf das gewünschte Volumen. Übertragen Sie Medien zu den ursprünglichen Kolben und mischen durch Rühren.
8. In der Nähe der Flamme, übertragen Medium in einer Reihe von Flaschen gleich der Anzahl der durch Messung mit einer autoklavierten Konzentrationen getestet werden und entsprechend bemessen Messzylinder. Pflegen Sie die aliquotiert Medien als Flüssigkeit mit einem Wasserbad, bis die Fettsäure Arbeits Lager vollständig aufgelöst hat.
9. Legen Sie eine Flasche auf einem Aufsehen Platte und rühren, bis die Medien sich warm an, aber nicht heiß. Achten Sie darauf, sich selbst genug zu verlassenZeit, in der Fettsäure-Stammlösung rühren und Platten gießen, bevor die Medien beginnt sich zu verfestigen. Wenn rühren Platte Temperaturregelung, stellen Sie es auf 55 ° C
10. Verdünnen Sie die 100 mM Fettsäurearbeitsmaterial in den Medien für die gewünschte Endkonzentration. Stir Medien bis der weiße Niederschlag in der Lösung (ca. 1 min). Medien können noch leicht bewölkt danach.
11. (Optional) Falls RNAi Medien auf 0,1 mg / ml und 2 mM IPTG zu einer Endkonzentration gewünschten Add Ampicillin.
12. Gießen Sie Medien mit Hilfe eines automatisierten Pipette Hilfe und ein steriles 25 ml Pipette Zugabe von 8 ml Medium pro 60 mm-Platte oder 25 ml Medium pro 100 mm-Platte. Wiederholen Fettsäure Addition und Platte gießen Schritte für die restlichen Flaschen.
13. Nach dem Erstarren des Agars, decken Sie die Fettsäure-Platten, ergänzt mit einer Box oder bei Zimmertemperatur in einem gut belüfteten Schublade, um vor Licht Oxidation zu schützen.
14. Samen E. coli OP50 auf Platten zwei Tage nach Platten getrocknet sind.60 mm-Platten, Pipetten 300 ul einer Übernachtkultur OP50 (bei 37 º C gezüchtet). Wenn RNAi-Platten wurden gegossen, Saatgut mit 300 ul von RNAi-Bakterien nach der die Platten für vier Tage getrocknet. Platte Trocknungszeit muss möglicherweise aufgrund von Unterschieden in der Feuchtigkeit in verschiedenen Laborumgebungen angepasst werden.
15. Die Platten in einer dunklen Umgebung Inkubation bei Raumtemperatur, während der Bakterienrasen trocknet.

2. Induktion Keimzell-Zerstörung durch Ergänzung von DGLA

1. C. elegans gewachsen auf Platten, die 0,3 mM DGLA (20.03 n-6) werden aufgrund der Zerstörung von Keimzellen in beiden Larvenstadium und Erwachsenen Nematoden steril.
   1. Bereiten Sie eine synchronisierte Bevölkerung von L1-Larven durch die Behandlung schwangeren Hermaphroditen mit alkalischen Hypochlorit-Lösung (für ein 10 ml-Lösung: 0,5 ml 5 M NaOH, 2,5 ml Haushaltsbleiche, und 7 ml H ₂ O). Schütteln Sie die trächtige Hermaphroditen in dieser Lösung bis zum erwachsenen Wurms aufzulösen. Eier bleiben erhalten und können durch Zentrifugation bei niedriger Geschwindigkeit pelletiert werden.
   2. Waschen Ei Zubereitung 3 mal in M9-Puffer (3 g KH ₂ PO _4, 6 g Na _{&sub2; HPO &sub4;,} 5 g NaCl, 1 ml 1 M MgSO _4, H ₂ O auf 1 L MgSO ₄ In nach dem Autoklavieren). Um genügend Sauerstoff zu versorgen, zu suspendieren, die Eier in einem 15 ml Kunststoffrohr auf ein Gesamtvolumen von 5 ml M9-Puffer und Rock auf einem Schüttler über Nacht.
   3. L1-Larven sollte zwei Tage nach der Aussaat mit OP50, oder einen Tag nach dem Ausplattieren der Bakterien an die RNAi ergänzt Platten hinzugefügt werden. Würmer Inkubation bei 20 ° C für drei Tage oder bis sie das Erwachsenenstadium erreichen.
2. Erwachsene Würmer für Sterilität mit einem Binokular mit einer ausreichend hohen Vergrößerung zu entwickelnden Embryonen in der Gebärmutter zu visualisieren erzielt werden. Erfolgreiche Keimzellverlust wird als klare Leere des Uterus Eier erscheinen.
3. Worms kann auch durch Fixierung und Färbung mit dem Nukleinsäure eine gewertetcid Farbstoff diamindinophenylindole (DAPI), die die Visualisierung von Kernen in Keimzellen und sich entwickelnden Embryonen ermöglicht. Eine schnelle DAPI-Färbung wird durch Wahl Würmer in einem Tropfen M9 Puffer auf einem Uhrglas ⁹ gelöst.
   1. Flood Uhrglas mit 1 ml einer 0,2 ng / m. DAPI in 95% Ethanol-Lösung, lassen Sie sich für ca. 5 min.
   2. Wählen Würmer in einen Tropfen Vectashield auf einer Folie und dann mit einem Deckglas abdecken.
   3. Seal Deckglas und bei 4 ° C über Nacht im Dunkeln für eine optimale Färbung, jedoch gleitet auch sofort eingesehen werden. Note auf die Anwesenheit oder Abwesenheit von Keimzellkerne mit einem Fluoreszenzmikroskop mit einer UV-Lampe und Filter.

3. Bestätigung Fettsäureaufnahme durch Gaschromatographie

Gesamtfettsäurezusammensetzung C. elegans kann durch Herstellung von Fettsäuremethylester (FAME), die dann getrennt und quantifiziert mit Gas chr bestimmt werdenomatography ^4.

1. Sammeln 500-1.000 erwachsenen Würmer durch Waschen aus der Platten mit Wasser und Übertragen auf den silanisierten 13 mm x 100 mm Glasschraube Oberrohr.
2. Lassen Würmer nieder durch die Schwerkraft, und entfernen Sie so viel Wasser wie möglich mit einer Glaspasteurpipette.
3. Würmer einmal mit Wasser waschen, und dann wieder entfernen, so viel Wasser wie möglich.
4. FAME werden durch Zugabe von 1 ml 2,5% H ₂ SO ₄ in Methanol, und dann Erhitzen auf 70 º C für 1 Stunde in einem Wasserbad ausgebildet.
5. Die Küvetten aus dem Wasserbad abkühlen und für 1 min.
6. Auszug FAME durch Zugabe von 1,5 ml Wasser und 0,25 ml Hexan.
7. Recap Rohre und kräftig schütteln.
8. Zentrifugenröhrchen in einer Tischklinikzentrifuge für 1 min bei Maximalgeschwindigkeit zu Hexan von wässrigen Lösungsmittel trennen.
9. Übertragen Hexan (obere Schicht) zu einem GC-Vial Einsatz in einem GC-Vial, vorsichtig zu einem der wässrigen Phase nicht zu übertragen. Für GC einnalyse wird 1-2 ul FAME in Hexan auf einer polaren Kapillar-Gaschromatographie-Säule geeignet für FAME-Analyse injiziert. Agilent 7890 GC-Injektor wird auf 250 º C eingestellt, mit einer Fließgeschwindigkeit von 1,4 ml / min, und die GC-Ofen wird für eine Anfangstemperatur von 130 ° C, die 1 Minute lang gehalten wird, programmiert. Anschließend wird die Temperatur hochgefahren 10 ° C / min bis 190 ° C, und dann rampenförmig wieder auf 5 ° C / min bis 210 ° C und für weitere 1 min gehalten.
10. Um sicherzustellen, dass die Aufnahme von DGLA aufgetreten FAME Analyse von Flammenionisationsdetektor (FID) oder Massenspektrometrie (MS) Detektion unter Verwendung authentischer Standards für die Identifizierung des C elegans-Fettsäuren.

Ergebnisse

Ergänzung des C. elegans Diät wird durch die Fähigkeit der bakteriellen Nahrungsquelle in der Bakterienmembran zu integrieren Aufnahme und Fettsäure beschränkt. Um die Fähigkeit von E. bestimmen coli OP50 verschiedenen Fettsäuren in ihre Membranen aufzunehmen, OP50 wurde auf Medien ohne Ergänzung, 0,1 mM und 0,3 mM Konzentrationen von Stearinsäure (18.00), Natriumoleat (18.01 n-9) und Natrium DGLA (20 plattiert : 3n-6). Die Platten wurden bei Raumtemperatur für 2 Tage im Dunkeln getr...

Diskussion

Hier beschreiben wir ein Verfahren zur Ergänzung von C. elegans mit ungesättigten Fettsäuren. Wie oben erwähnt, muß bei der Herstellung von PUFA ergänzt Platten genommen werden, da die reaktive Natur der Doppelbindungen in PUFAs bewirkt diese Fettsäuren oxidationsempfindlich sein, durch Hitze und Licht ^11. Um Oxidation zu vermeiden, ist es wichtig, die PUFA zu dem flüssigen Agar-Medium hinzugefügt, nachdem das Medium auf 55 ° C und speichert Platten in einer dunklen Umgebung gekühlt.

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Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Bacto-Agar	Difco	214010
Tryptone	Difco	211705
NaCl	J.T. Baker	3624-05
Tergitol	Sigma	NP40S-500mL
Cholesterol	Sigma	C8667-25G	(5 mg/mL in ethanol)
MgSO4	J.T. Baker	2504-01
CaCl2	J.T. Baker	1311-01
K2HPO4	J.T. Baker	3254-05
KH2PO4	J.T. Baker	3246-05
Sodium dihomogamma linolenate	NuCHEK	S-1143
Warm sterile Millipore water
Sterile water for collecting worms
Nuclease-free Water for DGLA stock solution	Ambion	AM9932
Ampicillin	Fisher Scientific	BP1760-25	100 mg/ml in water (for RNAi plates)
Isopropyl-beta-D-thiogalactopyranoside (IPTG)	Gold Biotechnology	12481C100	1 M in water (for RNAi plates)
HSO4	J.T. Baker	9681-03
Methanol	Fisher Scientific	A452-4
Hexane	Fisher Scientific	H302-4
diamindinophenylindole (DAPI)	Sigma	D9542
VectaShield	Vector Laboratories	H-1000
Glass Flask	Corning	4980-2L
Autoclaveable Glass bottles with stirbars	Fisherbrand	FB-800
Autoclaveable Glass Graduated Cylinder	Fisherbrand	08-557
Stir Plate	VWR	97042-642
Waterbath at 55+ °C	Precision Scientific Inc.	66551
Screwcap Brown Glass Vial	Sun SRI	200 494
Argon gas tank
Automated Pipette aid	Pipette-Aid	P-90297
Sterile Serological Pipettes (25 ml)	Corning	4489
Bunsen Burner	VWR	89038-534
Dissection microscope	Leica	TLB3000
Silanized glass tube	Thermo Scientific	STT-13100-S	for FAMEs derivitization
PTFE Screw caps	Kimble-Chase	1493015D
Clinical tabletop centrifuge	IEC
GC Crimp Vial	SUN SRi	200 000
GC Vial Insert	SUN SRi	200 232
GC Vial cap	SUN SRi	200 100
Gas Chromatograph	Agilent	7890A
Mass Spectrometry Detector	Agilent	5975C
Column for gas chromatography	Suppelco	SP 2380	30 m x 0.25 mm fused silica capillary column