Name: in vivo imaging of dauer-specific neuronal remodeling in c. elegans
Uploaded: 2014-09-04T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 39 s
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I thank Dr. Maureen Barr, under whose supervision the dauer IL2 remodeling phenotype was initially characterized. Thanks to Dr. C. Britt Carlson for critical reading of the manuscript. Funding in the Barr lab was from the NIH (5R01DK59418) and postdoctoral fellowships from the USDA (2010-65106-20587) and the New Jersey Commission on Spinal Cord Research (CSCR12FEL004). Current funding for this work is from a University of Illinois Urbana-Champaign College of ACES FIRE grant.

1. Crude Dauer Pheromone Produktion <ol><li> Wachsen OP50 E. coli aus einer einzigen Kolonie O / N bei 37 ° C unter Schütteln in 100 ml LB-Brühe mit 200 Upm. ANMERKUNG: Diese O / N-Kultur kann im Voraus erfolgen und bei 4 ° C gelagert werden. </li><li> Wachsen N2 C. elegans auf Juni 15-20 cm Petrischalen mit Agar NGM (siehe Rezept in Tabelle 1) ausgesät mit 50 ul OP50 E. coli, bis die Bakterien fast aufgebraucht ist 19. </li><li> Machen 5x 250 ml S-Medien (siehe Rezept in Tabelle 1) in 1 L Erlenmeyerkolben 19. HINWEIS: Diese Lösung kann im Voraus gebucht werden. </li><li> Wachsen, eine Kultur der OP50 E. coli in 4 l LB-Brühe O / N durch Inokulation mit 1 ml OP50 in E. coli und Schütteln bei 37 ° C für 16 Stunden. </li><li> Von Platten (Schritt 1.2) mit 1 ml S-Grundlösung (siehe Rezept in Tabelle 1) und die Übertragung von Nematoden 4-5 Platten in jedem der 4 1 L Erlenmeyerkolben mit der S-Medien in Schritt 1.3 vorbereitet Waschen Sie die Nematoden (4- 5 Plattenpro Kolben) 19. </li><li> Zentrifugieren Sie die OP50 von Schritt 1.4 bei 650 g für 10 min und entfernen Überstand. Resuspendieren jeder Bakterienpellet in 10 ml S-Grundlösung. Übertragen gleiche Mengen von Bakterien resuspendiert jedem Kolben von Nematoden. </li><li> Die Kolben in einem Orbitalschüttler bei Raumtemperatur (20 - 25 ° C) und 100 bis 150 Upm für 4 - 5 Tage, bis die Lösung beginnt zu löschen, die eine Abreicherung von Lebensmitteln. </li><li> Sobald die Nahrung aufgebraucht ist, wachsen andere O / N-Kultur von E. OP50 coli in 4x 1 l LB-Brühe. Zentrifugieren der Bakterien bei 650 × g für 10 Minuten und füge eine Tablette von einem Kolben auf jeder der S Medienflaschen mit Nematoden. Bringen Sie die S Medienflaschen auf den Schüttler, wie in Schritt 1,7, für weitere 3-4 Tage, bis das Essen wieder aufgebraucht ist. </li><li> Nehmen Sie ein ~ 1 ml Aliquot Lösung aus jedem Kolben und schätzen Sie die Nematoden-Konzentration durch Unterabtastung 1 ul von jeweils 1 ml Aliquot und Zählen der Anzahl von Nematoden. HINWEIS: Die75.000 Nematoden / ml - Nematodenpopulation sollte 50.000 sein. Bei dieser Konzentration die Mehrheit der Nematoden dauers. </li><li> Entsorgen Sie alle kontaminierten Flaschen. HINWEIS: Die Kontamination manifestiert häufig als Pilzhyphen in Schritt 1.9 zu sehen. </li><li> Zentrifuge Nematoden bei 4.000 × g für 10 min bei 4 ° C ist. Entsorgen Sie die Nematoden-Pellets und behalten den Überstand. Alternativ finden Sie in der Diskussion für die Verwendung dieser Tiere, um eine niedrige Potenz-Pheromon zu machen. </li><li> Den Überstand durch # 1 Whatman-Filterpapier. ANMERKUNG: Eine Thermoskanne wird diesen Prozess beschleunigen. </li><li> Weitere Den Überstand durch 0,45 um sterile Vakuumfiltrationseinheiten. HINWEIS: Das Filtrat gehalten werden kann O / N bei 4 ° C oder gehen auf 1,14. </li><li> Füge das Filtrat in ein 2 l Becherglas mit einem Rührstab. Platz in einer Abzugshaube auf einer Wärmeplatte für Aufsehen. Zum Kochen bringen und unter Rühren verdampfen, um etwa 200 ml. Die Lösung wird in einen 500 ml Becher. Weiter kochen, bis ca. 50 ml sind left. HINWEIS: Es sollte bei diesem Schritt genommen, wie es möglich ist, für die Lösung überkochen werden. Die Farbe der endgültigen 50 ml ist dunkelbraun. Zu jeder Zeit während des Kochprozesses kann die Wärme abgeschaltet und das Filtrat aufbewahrt O / N bei RT oder 4 ° C beträgt. </li><li> Abkühlen lassen und Zentrifugieren für 5 min bei 1.000 x g. Gießen Sie den Überstand in ein 100 ml-Becherglas und entsorgen Sie die Pellets. </li><li> Kochen Sie den Überstand bis auf eine braune Kruste. Vom Herd nehmen und brechen die Kruste mit einem Spachtel. Fügen Sie so 200 Proof-Ethanol, um die Kruste zu decken. Das Becherglas mit Parafilm und lassen Sie es sich O / N bei RT. Gießen Sie das Ethanol in einen sauberen Becher und zur Seite stellen. Fügen Sie frisches Ethanol, um die Kruste zu decken. Wiederholen O / N Extraktionen 3 mal. Bündeln die Extrakte. </li><li> Verwenden Sie eine Vakuumpumpe, die Ethanol-Extrakte trocknen. Wenn eine Vakuumpumpe ist nicht verfügbar, fügen Ethanolextrakt in ein sauberes Becherglas warm bis 50 ° C unter Rühren in einem Abzug. Hinweis: Nachdem das Ethanol hat eine klebrige Rückstände von l verdampftight braune Farbe bleiben sollte. Wenn Heizen verwendet wird, sollte darauf geachtet werden, um die Lösung durch Erwärmen zu lange nicht brennen werden. </li><li> Auflösen Rückstand in 10 ml destilliertem sterilem Wasser. Filter sterilisieren diese Lösung mit einem 0,22 um Spritzenfilter und bei -20 ° C in 1 ml Aliquots. ANMERKUNG: 1 ml Wasser zum Auflösen des Rückstandes auf 100 ml der ursprünglichen Flüssigkeit Nematodenkultur verwendet. Zum Beispiel, wenn eine der flüssigen Kulturkolben ist durch Verschmutzung verworfen, dann die Menge an Wasser verwendet, um den Rückstand zu lösen. </li></ol> 2. Bestimmung der Pheromone Dose Response <ol><li> Bereiten dauer Pheromon, indem 6x 5 ml NGM Medien mit Edel-Agar, ohne Pepton, und mit 50 g / ml Streptomycinsulfat und eine Reihe von Dauer-Pheromon ergänzt (siehe Rezept in Tabelle 1) 4, 19. Mischen Komponenten in ein 13x100 mm Glas-Kulturröhrchen, kochen über einem Bunsenbrenner und dann in 3 cm Petrischalen gießen. </li><li> Wiegen Uhricrocentrifuge Röhre. 1 ml des O / N-Kultur von E. coli OP50 an das Rohr und Zentrifuge bei ~ 17.000 xg in einem Reaktionsgefäß. Entfernen Sie alle Überstand. Wiegen Sie das Rohr wieder und bestimmen des Gewichts des Bakterienpellets. Das Pellet mit M9-Puffer (Rezept in Tabelle 1) für eine Endkonzentration von 4% (w / v). 10 ul Aliquot der bakteriellen Suspension in die Mitte jeder Platte 4 Pheromon. Shop Platten O / N bei RT. </li><li> Pick 10-15 trächtige N2-Wildtyp-Hermaphroditen einen Tag nach der Häutung in das Erwachsenenalter auf die Pheromon-Platten 4. Speichern die Platten bei 25 ° C für 3 - 4 Stunden. </li><li> Wählen Sie alle von den erwachsenen Hermaphroditen. Notieren Sie die Anzahl der Eier für jede Platte gelegt. Dichten die Platten mit Parafilm und zurück auf 25 ° C für 3 Tage 17. </li><li> Zählen der Prozentsatz der dauers (Abbildung 2). Anmerkung: Bei beiden Verfahren ist es wichtig zu beachten, dass dauers (und in geringerem AbZelt nicht dauers) werden die Wände hochklettern und auf dem Deckel der Petrischalen. Es ist daher wichtig, dass alle Oberflächen der Schale für Nematoden untersuchen. </li><li> Zu den Daten passen auf eine Dosis-Wirkungs-Kurve und die Schätzung der EC 90 Konzentration von Pheromon (ausreichend Pheromon zu 90% der Tiere zu veranlassen, dauers bilden), wie in Abbildung 3 dargestellt. Hinweis: Wir verwenden in der Regel eines logistischen Regressionsmodells, um die EC 90 zu schätzen , aber verschiedene statistische Software-Pakete können auch alternative Methoden, die ähnliche Schätzungen zu produzieren. </li></ol> 3. Live-Imaging von Dauer IL2 Neuronen <ol><li> Bereiten dauer Pheromon-Platten wie in Protokoll 2 unter Verwendung der EC 90-Wert in Schritt 2.6 festgelegt. </li><li> Induzieren dauers mit den Methoden in Protokoll 2 mit einem Stamm, der eine integrierte IL2 Reporter-Transgen (myIs13 [P KLP-6 :: GFP], myIs14 [P KLP-6 :: GFP], myIs16 [P <em&gt; KLP-6 :: tdTomato] oder qIs56 [P-Lag-2 :: GFP]) 12, 20, 21. HINWEIS: Wenn q Is56 verwendet wird, wird die Expression von GFP in den IL2Qs unsichtbar bis mehrere Stunden in der dauer Mauser und einige der ersten Umbau Veranstaltungen werden nicht sichtbar sein. Zusätzlich, während das Fluoreszenzsignal von der P-Lag-2 :: GFP-Transgen ist letztlich heller in den IL2s während dauer als die P-6 KLP fluoreszierenden Reporter, der P-Lag-2 :: gfp Transgen drückt auch schwach in den Muskeln, die den Kopf können die feinen Äste IL2 maskieren. </li><li> Nach der Eiablage, entfernen Sie die Erwachsenen Hermaphroditen, dichten die Platten mit Parafilm und Inkubation für 34 Stunden bei 25 ° C 17. HINWEIS: Die Länge der Zeit, die Dauer variiert leicht molt zwischen den Individuen. Die schnellste Zeit der Dendriten Verzweigung beginnt 4 - 5 Stunden nach dem Beginn der Häutung Dauer (39 bis 44Stunden nach der Eiablage bei 25 ° C) 12. </li><li> Am Tag vor der Bildgebung, bilden eine Lösung von 10% (w / v) Agarose in M9-Puffer mit dauer Pheromon an der EC 90-Konzentration. Aliquoten etwa 100 ul Agarose auf einen Objektträger und schnell, aber sanft, legen Sie eine andere Folie auf der Oberseite, um eine flache Oberfläche Agarose erstellen. Nach Erstarren der Agarose, wickeln Sie die Folien in Frischhaltefolie und Speicher in einer feuchten Kammer (Pipettenspitze Box mit feuchten Papiertüchern). </li><li> Nach der 34 Stunden Inkubationszeit untersuchen Pheromon Platten für Nematoden, die Rachenpumpaufgehört haben. Separaten Folien, so dass nur eine Oberfläche einer Folie hat Agarose darauf. Wählen Sie eine oder mehrere Nematoden auf ein 10% iges Pad und 1 μ l von 0,1 Mikrometer Polystyrol-Kügelchen 22. HINWEIS: Bei einer gut synchronisierten Population, die Mehrheit der Nematoden auf der Platte wird in die Häutung Eingabe werden von L2d auf Dauer. Allerdings kann es sein, Unterschiede zwischen individuals. Es ist daher wichtig, um zusätzliche Funktionen (Stoma Okklusion, Rachen-Remodeling) beachten, um die Menge der Zeit, die Tiere in der Mauser gewesen dauer (siehe repräsentative Ergebnisse zum Beispiel) zu schätzen. </li><li> Bestimmen Sie die Ausrichtung (links / rechts, dorsal / ventral) des Fadenwurms. Erfassen Z-Stapel-Bildern eines IL2Q Dendriten bei 100-facher Vergrößerung mit dem niedrigsten möglichen Fluoreszenzintensität alle 15 min oder als für den spezifischen Experiment benötigt. Weitere Bilder aufzunehmen, bis der Fadenwurm aus der L2d Nagelhaut getrennt und Immobilisierung unmöglich ist oder wenn das Tier erholt sich von dauer (Rachenraum beginnt Pumpen). Wenn nicht aktiv Bildgebung, den Objektträger in einer feuchten Kammer. HINWEIS: Wir verwenden ein Epifluoreszenzmikroskop mit einem motorisierten Bühne und Differentialinterferenzkontrast (DIC) Optik. </li></ol>

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	<li>West-Eberhard, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Developmental Plasticity and Evolution. , (2003).</li><li>Cassada, R. C., Russell, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+dauerlarva,+a+post-embryonic+developmental+variant+of+the+nematode+Caenorhabditis+elegans.">The dauerlarva, a post-embryonic developmental variant of the nematode Caenorhabditis elegans.</a> Dev. Biol. 46, 326-342 (1975).</li><li>Riddle, D. L., Albert, P. S., Riddle , D. L., Blumenthal, T., Meyer, B. J., Priess, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> C. elegans II. , 739-768 (1998).</li><li>Golden, J. W., Riddle, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Caenorhabditis+elegans+dauer+larva:+developmental+effects+of+pheromone,+food,+and+temperature.">The Caenorhabditis elegans dauer larva: developmental effects of pheromone, food, and temperature.</a> Dev. Biol. 102, 368-378 (1984).</li><li>Riddle, D. L., Wood, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Nematode C. elegans. , 393-412 (1988).</li><li>Fielenbach, N., Antebi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=C.+elegans+dauer+formation+and+the+molecular+basis+of+plasticity.">C. elegans dauer formation and the molecular basis of plasticity.</a> Genes Dev. 22, 2149-2165 (2008).</li><li>Hu, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> WormBook. , 1-19 (2007).</li><li>Golden, J. W., Riddle, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+pheromone+influences+larval+development+in+the+nematode+Caenorhabditis+elegans.">A pheromone influences larval development in the nematode Caenorhabditis elegans.</a> Science. 218, 578-580 (1982).</li><li>Butcher, R. A., Fujita, M., Schroeder, F. C., Clardy, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small-molecule+pheromones+that+control+dauer+development+in+Caenorhabditis+elegans.">Small-molecule pheromones that control dauer development in Caenorhabditis elegans.</a> Nature Chemical Biology. 3, 420-422 (2007).</li><li>Jeong, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+structure+and+biological+activity+of+the+Caenorhabditis+elegans+dauer-inducing+pheromone.">Chemical structure and biological activity of the Caenorhabditis elegans dauer-inducing pheromone.</a> Nature. 433, 541-545 (2005).</li><li>Srinivasan, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+blend+of+small+molecules+regulates+both+mating+and+development+in+Caenorhabditis+elegans.">A blend of small molecules regulates both mating and development in Caenorhabditis elegans.</a> Nature. 454, 1115-1118 (2008).</li><li>Schroeder, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dauer-Specific+dendrite+arborization+in+C.+regulated+by+KPC-1/Furin.">Dauer-Specific dendrite arborization in C. regulated by KPC-1/Furin.</a> Curr. Biol. 16, 1527-1535 (2013).</li><li>Procko, C., Lu, Y., Shaham, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glia+delimit+shape+changes+of+sensory+neuron+receptive+endings+in+C.+elegans.">Glia delimit shape changes of sensory neuron receptive endings in C. elegans.</a> Development. 138, 1371-1381 (2011).</li><li>Albert, P. S., Riddle, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Developmental+alterations+in+sensory+neuroanatomy+of+the+Caenorhabditis+elegans+dauer+larva.">Developmental alterations in sensory neuroanatomy of the Caenorhabditis elegans dauer larva.</a> J. Comp. Neurol. 219, 461-481 (1983).</li><li>Vowels, J. J., Thomas, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetic+analysis+of+chemosensory+control+of+dauer+formation+in+Caenorhabditis+elegans.">Genetic analysis of chemosensory control of dauer formation in Caenorhabditis elegans.</a> Genetics. 130, 105-123 (1992).</li><li>Vowels, J. J., Thomas, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+chemosensory+defects+in+daf-11+and+daf-21+mutants+of+Caenorhabditis+elegans.">Multiple chemosensory defects in daf-11 and daf-21 mutants of Caenorhabditis elegans.</a> Genetics. 138, 303-316 (1994).</li><li>Ailion, M., Thomas, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dauer+formation+induced+by+high+temperatures+in+Caenorhabditis+elegans.">Dauer formation induced by high temperatures in Caenorhabditis elegans.</a> Genetics. 156, 1047-1067 (2000).</li><li>Neal, S. J., Kim, K., Sengupta, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Pheromone Signaling. , 273-283 (2013).</li><li>Brenner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+genetics+of+Caenorhabditis+elegans.">The genetics of Caenorhabditis elegans.</a> Genetics. 77, 71-94 (1974).</li><li>Ouellet, J., Li, S., Roy, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Notch+signalling+is+required+for+both+dauer+maintenance+and+recovery+in+C.+elegans.">Notch signalling is required for both dauer maintenance and recovery in C. elegans.</a> Development. 135, 2583-2592 (2008).</li><li>Blelloch, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+gon-1+gene+is+required+for+gonadal+morphogenesis+in+Caenorhabditis+elegans.">The gon-1 gene is required for gonadal morphogenesis in Caenorhabditis elegans.</a> Dev. Biol. 216, 382-393 (1999).</li><li>Fang-Yen, C., Gabel, C. V., Samuel, A. D., Bargmann, C. I., Avery, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+microsurgery+in+Caenorhabditis+elegans.">Laser microsurgery in Caenorhabditis elegans.</a> Methods Cell Biol. 107, (2012).</li><li>Nelson, F. K., Riddle, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+study+of+the+Caenorhabditis+elegans+secretory-excretory+system+using+laser+microsurgery.">Functional study of the Caenorhabditis elegans secretory-excretory system using laser microsurgery.</a> J. Exp. Zool. 231, 45-56 (1984).</li><li>Sulston, J. E., Horvitz, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Post-embryonic+cell+lineages+of+the+nematode,+Caenorhabditis+elegans.">Post-embryonic cell lineages of the nematode, Caenorhabditis elegans.</a> Dev. Biol. 56, 110-156 (1977).</li><li>Singh, R., Sulston, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Some+observations+on+moulting+in+Caenorhabditis+elegans.">Some observations on moulting in Caenorhabditis elegans.</a> Nematologica. 24, 63-71 (1978).</li></ol>

The authors have nothing to disclose

Eine Untersuchung der Dauer-spezifische Neuroplastizität und andere dauer-assoziierten morphologischen Veränderungen erfordert kontrollierte und zuverlässige Bildung dauers entweder durch genetische Mutation (dh daf-c-Mutanten) oder durch Einwirkung von Wildtyp-Tiere Pheromon. Während die Verwendung eines genetischen Mutation dauers induzieren ist bequem, kann es Ergebnisse zu verwechseln. Daher Daten mit daf-c-Mutationen gesammelt sollte anschließend mit Wildtyp-Tiere veranlasst, die Dauer der B?...

Phänotypische Plastizität, einschließlich Entwicklungs-und Verhaltensplastizität, ist wichtig für die Anpassung an widrige Umweltbedingungen und wird in der Evolution 1 als treibende Kraft. C elegans ist ein Modellorganismus für Studien häufig in der Entwicklung und Neurobiologie eingesetzt. Unter idealen Bedingungen, C. elegans entwickelt sich durch vier Larvenstadien vor Eintritt in die Erwachsenenfortpflanzungsstadium. Doch unter den Bedingungen der niedrigen Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln und eine hohe Bevölkerungsdichte, C. elegans kann eine Entwicklungs Schalter zu unterziehen und in einen langlebigen und strapazierfähigen dauer Stufe 2. Dauers Anzeige mehrere morphologische und Verhaltensunterschiede von nicht-dauers die wahrscheinlich vermitteln diese Stressresistenz. Die Umweltreize und genetischen Signalwege regulieren dauer Eintrag haben ausführlich beschrieben 3, 4, 5, 6, 7 gewesen. Allerdings sind die molekularen Mechanismen, die die einzelnen phänotypischen Veränderungen, die auftreten, dährend dauer Bildung sind weniger gut verstanden. Die Untersuchung der Dauer-spezifischen Phänotypen erfordert die Herstellung von Dauer-Tiere. Dies kann auf drei Arten durchgeführt werden: 1) Sammeln von einem ausgehungerten Kultur von C. elegans, 2) Verwendung von Dauer Bildung konstitutive (DAF-c) Mutanten, 3) Induktion der Dauer Bildung durch gereinigte Pheromon. Es ist relativ einfach, aus einem Standard-dauers NGM Platte mit einem C holen elegans Bevölkerung, die ihre bakterielle Lebensmittelversorgung erschöpft hat. In unseren Händen, ein Standard NGM Platte ursprünglich mit 50 ul OP50 Escherichia coli, darf für 3 Tage wachsen und anschließend mit 3 geimpft ausgesät - 4 Erwachsene Hermaphroditen bei 25 ° C gehalten wird die Nahrungsmittelversorgung innerhalb einer Woche verbrauchen und produzieren mehrere tausend dauers innerhalb von weiteren 3 Tagen (neben zahlreichen verhungert nicht dauers). Jedoch ist dieses Verfahren nicht zufriedenstellend für die Prüfung Vorgänge während der Häutung in d auftretendenAuer. Es ist schwierig zu bestimmen, welche der mehreren tausend Tieren auf einer typischen Platte in ausgehungert Dauer der Eingabe sind. Darüber hinaus wird die Verwendung eines verhungerten Platte bietet keine Möglichkeit für die Synchronisation. Die Verwendung von daf-c-Mutanten ermöglicht die Synchronisation und die zuverlässige Erzeugung von dauers. Es gibt jedoch keine Garantie, dass eine bestimmte daf-C-Mutation nicht alleine oder in Kombination mit weiteren Mutationen betreffen andere Dauer-spezifischen Phänotypen. Das Vorhandensein einer Dauer Pheromon wurde zuerst von Cassada und Russell impliziert und später von Golden und Riddle gezeigt. Die Dauer Pheromon seitdem chemisch charakterisiert 2, 8, 9, 10. Das gereinigte Pheromon besteht aus einer komplexen Mischung von ascarosides, die in verschiedenen Formen regulieren sowohl Verhaltens-und Entwicklungsprozesse 9, 11. Verwendung einer rohen Dauer Pheromonextrakt ermöglicht zuverlässig gesteuert Induktion synchronisiert dauers in einem Wildtyp-Hintergrund. </p&gt; Das Nervensystem und die damit verbundenen Gliazellen Umbau unterzogen während dauer Larve Formation 12, 13, 14. Einige dieser Änderungen sind irreversibel, wie der Umbau der Gliazellen während dauer 13, 14. Jedoch andere Umbau Ereignisse sind reversibel bei einer Rückkehr zu günstigen Umgebungsbedingungen. Zum Beispiel ein Satz von vier IL2Q Neuronen unterziehen schnelle und reversible neuronale Umbau während dauer Bildung, einschließlich: Dendriten Verzweigung, einem Wechsel von Einzel dendritischen zu multidendritic Neuronen und Axonen Umbau 12. Die Verfahren, die hier ermöglichen die In-vivo-Bildgebung von Stress-induzierten Neuroplastizität in einem Modellorganismus. Die für die Herstellung und Prüfung von Roh-dauer Pheromon stellten Verfahren sind zuvor beschrieben, und aus verschiedenen Quellen 4, 8, 15, 16, 17, 18 aufgelistet.

<table><tbody><tr><td>N2 &lt;em&gt;C. elegans&lt;/em&gt; Bristol strain</td><td>Caenorhabditis Genetics Center</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PT2660 myIs13[P&lt;sub&gt;klp-6&lt;/sub&gt;::gfp] III</td><td>Upon request from Schroeder lab</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PT2762 myIs14[P&lt;sub&gt;klp-6&lt;/sub&gt;::gfp] V</td><td>Upon request from Schroeder lab</td><td></td><td></td></tr><tr><td>JK2868 qIs56[P&lt;sub&gt;lag-2&lt;/sub&gt;::gfp] V</td><td>Caenorhabditis Genetics Center</td><td></td><td></td></tr><tr><td>OP50 E. coli</td><td>Caenorhabditis Genetics Center</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Petri dishes</td><td>Tritech Research</td><td>60 mm T3308, 35 mm T3501</td><td></td></tr><tr><td>NGM agar</td><td>Various</td><td></td><td>3 g NaCl, 17 g agar, 2.5 g peptone in 975 ml H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O autoclaved cooled to 55&amp;deg;C followed by 1 ml of 5 mg/ml cholesterol in ethanol, 25 ml of 1 M KPO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt; buffer (pH 6.0), 1 ml of 1 M CaCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;, 1 ml of 1 M MgSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td></tr><tr><td>S Media</td><td>Various</td><td></td><td>S media consists of S basal solution (1.46 g NaCl, 0.25g K&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;HPO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;, 1.5 g KH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;PO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;, 0.25 ml of 5 mg/ml cholesterol in ethanol and H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O to 250 ml. Autoclaved.) To the S basal solution add 2.5 ml of potassium citrate pH 6.0 (2 g citric acid monohydrate, 29.4 g tri-potassium citrate monohydrate&lt;sub&gt;, &lt;/sub&gt;H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O to 100 ml, autoclaved), 2.5 ml of Trace Metals Solution (1.86 g disodium EDTA, 0.69 g FeSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;&amp;nbsp;&amp;bull;7 H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O, 0.2 g MnCl2&amp;bull;4 H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O, 0.29 g ZnSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;&amp;nbsp;&amp;bull;7 H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O, 0.025 g CuSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;&amp;nbsp;&amp;bull;5 H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O, H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O to 1 L. Autoclaved and stored in the dark), 0.75 ml of 1 M CaCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;, and 0.75 ml of 1 M MgSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;.</td></tr><tr><td>Dauer pheromone plates for dose-response assay</td><td>Various</td><td></td><td>Mix 0.085 g Noble agar, 0.5 ml of 0.513 M NaCl and 5 &amp;micro;l of 5 mg/ml cholesterol dissolved in ethanol in each of 6x 15 ml culture tubes. Add sufficient crude pheromone to each tube to create a range of concentrations. Add H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O to bring the volume to 4.725 ml.&amp;nbsp; Boil over a Bunsen burner until the agar is dissolved and then cool to 55 &amp;deg;C. Add 125 &amp;micro;l 1 M KPO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt; buffer (pH 6.0), 50 &amp;micro;l 0.1 M CaCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;, 50 &amp;micro;l 0.1 M MgSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt; and 50 &amp;micro;l of 5 mg/ml streptomycin sulfate to each tube.&amp;nbsp; Pour the contents of each tube into a 35 mm diameter Petri dish. Let the agar solidify at room temperature overnight (if longer, store in enclosed container to prevent excessive drying).</td></tr><tr><td>Microsphere beads 0.1 micron</td><td>Polysciences Inc.</td><td>00876-15</td><td></td></tr><tr><td>M9 buffer</td><td>Various</td><td></td><td>Mix 3 g KH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;PO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;, 6 g Na&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;HPO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;, 5 g NaCl, 1 ml 1 M MgSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;, H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O to 1 liter. Sterilize by autoclaving</td></tr></tbody></table>

in vivo imaging of dauer-specific neuronal remodeling in c. elegans

Die Mechanismen, die die Stress-induzierte phänotypische Plastizität bei Tieren sind häufig komplex und schwierig in vivo zu studieren. Ein klassisches Beispiel für stressinduzierten Plastizität ist die dauer Stufe C. elegans. Dauers sind eine Alternative Entwicklungslarvenstadium unter den Bedingungen der niedrigen Konzentrationen von bakteriellen Lebensmittel und hohe Konzentrationen einer dauer Pheromon gebildet. Dauers anzuzeigen umfangreichen Entwicklungs-und Verhaltensplastizität. Zum Beispiel kann ein Satz von vier inneren Lippen Quadranten (IL2Q) Neuronen in umfangreichen Umbau reversible während dauer Bildung. Unter Verwendung der bekannten Umwelt Wege Regel dauer Eintrag, einen vorher festgelegten Verfahren für die Herstellung von Roh-dauer Pheromon von großen Flüssigkeits Nematoden Kulturen demonstriert. Mit diesem Verfahren wird eine Konzentration von 50.000 - 75.000 Nematoden / ml des flüssigen Kultur ausreicht, um ein hochwirksames rohe Dauer Pheromon erzeugen. Das rohe Pheromon Potenz Detedurch eine Dosis-Wirkungs-Bioassay rmined. Schließlich sind die für die in vivo Zeitraffer-Bildgebung der IL2Qs während dauer Bildung verwendeten Methoden beschrieben.

Die Produktion von Roh-dauer Pheromon zu einer gelben Flüssigkeit (Abbildung 1), die sowohl Wärme als auch Kälte stabil ist. Aliquots von Roh-Pheromon werden bei -20 ° C unbegrenzt ohne offensichtliche Aktivitätsverlust gelagert. Nach der Produktion von Pheromon, ist eine einzelne Dosis-Wirkungs-Bioassay ausreichend für eine grobe Schätzung der Potenz. Es ist jedoch für die meisten Experimente notwendig Bioassay 2 wiederholen - 3 Mal und die im Durchschnitt aus jedem Experiment. Repräsentative ...

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In Vivo Imaging of Dauer-specific Neuronal Remodeling in C. elegans

Following exposure to specific environmental stressors, the nematode Caenorhabditis elegans undergoes extensive phenotypic plasticity to enter into a stress-resistant &#8216;dauer&#8217; juvenile stage. We present methods for the controlled induction and imaging of neuroplasticity during dauer.

In-vivo-Imaging von Dauer-spezifische neuronale Remodeling in C. elegans

The mechanisms controlling stress-induced phenotypic plasticity in animals are frequently complex and difficult to study in vivo. A classic example of ...

in-vivo-imaging-of-dauer-specific-neuronal-remodeling-in-c-elegans

Research

JoVE Journal

Neuroscience

In Vivo Imaging of Dauer-specific Neuronal Remodeling in C. elegans

11.2K Aufrufe.  University of Illinois Urbana-Champaign. Following exposure to specific environmental stressors, the nematode Caenorhabditis elegans undergoes extensive phenotypic plasticity to enter into a stress-resistant ‘dauer’ juvenile stage. We present methods for the controlled induction and imaging of neuroplasticity during dauer. 

Serie: In Vivo Imaging of Dauer-specific Neuronal Remodeling in C. elegans

Simple Microfluidic Devices for in vivo Imaging of C. elegans, Drosophila and Zebrafish

Micro fabricated fluidic devices provide an accessible micro-environment for in vivo studies on small organisms. Simple fabrication processes are available for microfluidic devices using soft lithography techniques 1-3. Microfluidic devices have been used for sub-cellular imaging 4,5, in vivo laser microsurgery 2,6 and cellular imaging 4,7. In vivo imaging requires immobilization of organisms. This has been achieved using suction 5,8, tapered channels 6,7,9, deformable membranes 2-4,10, suction with additional cooling 5, anesthetic gas 11, temperature sensitive gels 12, cyanoacrylate glue 13 and anesthetics such as levamisole 14,15. Commonly used anesthetics influence synaptic transmission 16,17 and are known to have detrimental effects on sub-cellular neuronal transport 4. In this study we demonstrate a membrane based poly-dimethyl-siloxane (PDMS) device that allows anesthetic free immobilization of intact genetic model organisms such as Caenorhabditis elegans (C. elegans), Drosophila larvae and zebrafish larvae. These model organisms are suitable for in vivo studies in microfluidic devices because of their small diameters and optically transparent or translucent bodies. Body diameters range from ~10 &mu;m to ~800 &mu;m for early larval stages of C. elegans and zebrafish larvae and require microfluidic devices of different sizes to achieve complete immobilization for high resolution time-lapse imaging. These organisms are immobilized using pressure applied by compressed nitrogen gas through a liquid column and imaged using an inverted microscope. Animals released from the trap return to normal locomotion within 10 min.
We demonstrate four applications of time-lapse imaging in C. elegans namely, imaging mitochondrial transport in neurons, pre-synaptic vesicle transport in a transport-defective mutant, glutamate receptor transport and Q neuroblast cell division. Data obtained from such movies show that microfluidic immobilization is a useful and accurate means of acquiring in vivo data of cellular and sub-cellular events when compared to anesthetized animals (Figure 1J and 3C-F 4).
Device dimensions were altered to allow time-lapse imaging of different stages of C. elegans, first instar Drosophila larvae and zebrafish larvae. Transport of vesicles marked with synaptotagmin tagged with GFP (syt.eGFP) in sensory neurons shows directed motion of synaptic vesicle markers expressed in cholinergic sensory neurons in intact first instar Drosophila larvae. A similar device has been used to carry out time-lapse imaging of heartbeat in ~30 hr post fertilization (hpf) zebrafish larvae. These data show that the simple devices we have developed can be applied to a variety of model systems to study several cell biological and developmental phenomena in vivo.

Simple Microfluidic Devices for in vivo Imaging of C. elegans, Drosophila and Zebrafish

A simple microfluidic device has been developed to perform anesthetic free in vivo imaging of C. elegans, intact Drosophila larvae and zebrafish larvae. The device utilizes a deformable PDMS membrane to immobilize these model organisms in order to perform time lapse imaging of numerous processes such as heart beat, cell division and sub-cellular neuronal transport. We demonstrate the use of this device and show examples of different types of data collected from different model systems.

Einfache mikrofluidischen Systemen für<em&gt; In vivo</em&gt; Imaging der<em&gt; C. elegans</em&gt;,<em&gt; Drosophila</em&gt; Und Zebrafisch

Micro fabricated fluidic devices provide an accessible micro-environment for in vivo studies on small organisms. Simple fabrication processes are ...

Forschung

Biotechnik

In Vivo Calcium Imaging in C. elegans Body Wall Muscles

The model organism C. elegans provides an excellent system to perform in vivo calcium imaging. Its transparent body and genetic manipulability allow for the targeted expression of genetically encoded calcium sensors. This protocol outlines the use of these sensors for the in vivo imaging of calcium dynamics in targeted cells, specifically the body wall muscles of the worms. By utilizing the co-expression of presynaptic channelrhodopsin, stimulation of acetylcholine release from excitatory motor neurons can be induced using blue light pulses, resulting in muscle depolarization and reproducible changes in cytoplasmic calcium levels. Two worm immobilization techniques are discussed with varying levels of difficulty. Comparison of these techniques demonstrates that both approaches preserve the physiology of the neuromuscular junction and allow for the reproducible quantification of calcium transients. By pairing optogenetics and functional calcium imaging, changes in postsynaptic calcium handling and homeostasis can be evaluated in a variety of mutant backgrounds. Data presented validates both immobilization techniques and specifically examines the roles of the C. elegans sarco(endo)plasmic reticular calcium ATPase and the calcium-activated BK potassium channel in the body wall muscle calcium regulation.

In Vivo Calcium Imaging in C. elegans Body Wall Muscles

This method provides a way to couple optogenetics and genetically encoded calcium sensors to image baseline cytosolic calcium levels and changes in evoked calcium transients in the body wall muscles of the model organism C. elegans.

In Vivo Calcium Imaging in C. elegans Körperwandmuskeln

The model organism C. elegans provides an excellent system to perform in vivo calcium imaging. Its transparent body and genetic manipulability allow for ...

Biochemie

In vivo Neuronal Calcium Imaging in C. elegans

The nematode worm C. elegans is an ideal model organism for relatively simple, low cost neuronal imaging in vivo. Its small transparent body and simple, well-characterized nervous system allows identification and fluorescence imaging of any neuron within the intact animal. Simple immobilization techniques with minimal impact on the animal's physiology allow extended time-lapse imaging. The development of genetically-encoded calcium sensitive fluorophores such as cameleon 1 and GCaMP 2 allow in vivo imaging of neuronal calcium relating both cell physiology and neuronal activity. Numerous transgenic strains expressing these fluorophores in specific neurons are readily available or can be constructed using well-established techniques. Here, we describe detailed procedures for measuring calcium dynamics within a single neuron in vivo using both GCaMP and cameleon. We discuss advantages and disadvantages of both as well as various methods of sample preparation (animal immobilization) and image analysis. Finally, we present results from two experiments: 1) Using GCaMP to measure the sensory response of a specific neuron to an external electrical field and 2) Using cameleon to measure the physiological calcium response of a neuron to traumatic laser damage. Calcium imaging techniques such as these are used extensively in C. elegans and have been extended to measurements in freely moving animals, multiple neurons simultaneously and comparison across genetic backgrounds. C. elegans presents a robust and flexible system for in vivo neuronal imaging with advantages over other model systems in technical simplicity and cost.

In vivo Neuronal Calcium Imaging in C. elegans

With its small transparent body, well-documented neuroanatomy and a host of amenable genetic techniques and reagents, C. elegans makes an ideal model organism for in vivo neuronal imaging using relatively simple, low-cost techniques. Here we describe single neuron imaging within intact adult animals using genetically encoded fluorescent calcium indicators.

In vivo Neuronale Calcium Imaging in C. elegans

The nematode worm C. elegans is an ideal model organism  for relatively simple, low cost neuronal imaging in vivo. Its small transparent body and simple, ...

Neurowissenschaften

Agarose Microchambers for Long-term Calcium Imaging of Caenorhabditis elegans

Behavior is controlled by the nervous system. Calcium imaging is a straightforward method in the transparent nematode Caenorhabditis elegans to measure the activity of neurons during various behaviors. To correlate neural activity with behavior, the animal should not be immobilized but should be able to move. Many behavioral changes occur during long time scales and require recording over many hours of behavior. This also makes it necessary to culture the worms in the presence of food. How can worms be cultured and their neural activity imaged over long time scales? Agarose Microchamber Imaging (AMI) was previously developed to culture and observe small larvae and has now been adapted to study all life stages from early L1 until the adult stage of C. elegans. AMI can be performed on various life stages of C. elegans. Long-term calcium imaging is achieved without immobilizing the animals by using short externally triggered exposures combined with an electron multiplying charge-coupled device (EMCCD) camera recording. Zooming out or scanning can scale up this method to image up to 40 worms in parallel. Thus, a method is described to image behavior and neural activity over long time scales in all life stages of C. elegans.

Agarose Microchambers for Long-term Calcium Imaging of Caenorhabditis elegans

Imaging behavior and neural activity over long time scales without immobilization of the animal is a prerequisite to understand behavior. Agarose microfluidic chambers imaging (AMI) can be used to image neural activity and behavior for all life stages of Caenorhabditis elegans.

Agarose Mikrokammern für Langzeit Calcium Imaging von<em&gt; Caenorhabditis elegans</em

Behavior is controlled by the nervous system. Calcium imaging is a straightforward method in the transparent nematode Caenorhabditis elegans to measure ...

Imaging C. elegans Embryos using an Epifluorescent Microscope and Open Source Software

Cellular processes, such as chromosome assembly, segregation and cytokinesis,are inherently dynamic. Time-lapse imaging of living cells, using fluorescent-labeled reporter proteins or differential interference contrast (DIC) microscopy, allows for the examination of the temporal progression of these dynamic events which is otherwise inferred from analysis of fixed samples1,2. Moreover, the study of the developmental regulations of cellular processes necessitates conducting time-lapse experiments on an intact organism during development. The Caenorhabiditis elegans embryo is light-transparent and has a rapid, invariant developmental program with a known cell lineage3, thus providing an ideal experiment model for studying questions in cell biology4,5and development6-9. C. elegans is amendable to genetic manipulation by forward genetics (based on random mutagenesis10,11) and reverse genetics to target specific genes (based on RNAi-mediated interference and targeted mutagenesis12-15). In addition, transgenic animals can be readily created to express fluorescently tagged proteins or reporters16,17. These traits combine to make it easy to identify the genetic pathways regulating fundamental cellular and developmental processes in vivo18-21. In this protocol we present methods for live imaging of C. elegans embryos using DIC optics or GFP fluorescence on a compound epifluorescent microscope. We demonstrate the ease with which readily available microscopes, typically used for fixed sample imaging, can also be applied for time-lapse analysis using open-source software to automate the imaging process.

Imaging C. elegans Embryos using an Epifluorescent Microscope and Open Source Software

The C. elegans embryo is a powerful system for studying cell biology and development. We present a protocol for live imaging of C. elegans embryos utilizing DIC optics or fluorescence using readily available epifluorescent microscopes and open-source software.

Imaging C. elegans Embryos mit einem Epifluoreszenz-Mikroskop und Open Source Software

Cellular processes, such as chromosome assembly, segregation and cytokinesis,are inherently dynamic. Time-lapse imaging of living cells, using ...

Biologie

A Simple Microfluidic Chip for Long-Term Growth and Imaging of Caenorhabditis elegans

Caenorhabditis elegans (C. elegans) have proved to be a valuable model system for studying developmental and cell biological processes. Understanding these biological processes often requires long-term and repeated imaging of the same animal. Long recovery times associated with conventional immobilization methods done on agar pads have detrimental effects on animal health making it inappropriate to repeatedly image the same animal over long periods of time. This paper describes a microfluidic chip design, fabrication method, on-chip C. elegans culturing protocol, and three examples of long-term imaging to study developmental processes in individual animals. The chip, fabricated with polydimethylsiloxane and bonded on a cover glass, immobilizes animals on a glass substrate using an elastomeric membrane that is deflected using nitrogen gas. Complete immobilization of C. elegans enables robust time-lapse imaging of cellular and sub-cellular events in an anesthetic-free manner. A channel geometry with a large cross-section allows the animal to move freely within two partially sealed isolation membranes permitting growth in the channel with a continuous food supply. Using this simple chip, imaging of developmental phenomena such as neuronal process growth, vulval development, and dendritic arborization in the PVD sensory neurons, as the animal grows inside the channel, can be performed. The long-term growth and imaging chip operates with a single pressure line, no external valves, inexpensive fluidic consumables, and utilizes standard worm handling protocols that can easily be adapted by other laboratories using C. elegans.

A Simple Microfluidic Chip for Long-Term Growth and Imaging of Caenorhabditis elegans

The protocol describes a simple microfluidic chip design and microfabrication methodology used to grow C. elegans in presence of a continuous food supply for up to 36 h. The growth and imaging device also enables intermittent long-term high-resolution imaging of cellular and sub-cellular processes during development for several days.

Ein einfacher mikrofluidischer Chip für Langzeitwachstum und Bildgebung von Caenorhabditis elegans

Caenorhabditis elegans (C. elegans) have proved to be a valuable model system for studying developmental and cell biological processes. Understanding ...

Live Animal Imaging and Cell Sorting Methods for Investigating Neurodegeneration in a C. elegans Excitotoxic Necrosis Model

Excitotoxic necrosis is a leading form of neurodegeneration. This process of regulated necrosis is triggered by the synaptic accumulation of the neurotransmitter glutamate, and the excessive stimulation of its postsynaptic receptors. However, information on the subsequent molecular events that culminate in the distinct neuronal swelling morphology of this type of neurodegeneration is lacking. Other aspects, such as changes in specific subcellular compartments, or the basis for the differential cellular vulnerability of distinct neuronal subtypes, remain under-explored. Furthermore, a range of factors that come into play in studies that use in vitro or ex vivo preparations might modify and distort the natural progression of this form of neurodegeneration. It is therefore important to study excitotoxic necrosis in live animals by monitoring the effects of interventions that regulate the extent of neuronal necrosis in the genetically amenable and transparent&#160;model system of the nematode Caenorhabditis elegans. This protocol describes methods of studying excitotoxic necrosis in C. elegans neurons, combining optical, genetic, and molecular analysis. To induce excitotoxic conditions in C. elegans, a&#160;knockout of a glutamate transporter gene (glt-3) is combined with a neuronal sensitizing genetic background (nuls5 [Pglr-1::G&#945;S(Q227L)]) to produce glutamate receptor hyperstimulation and neurodegeneration. Nomarski differential interference contrast (DIC), fluorescent, and confocal microscopy in live animals are methods used to quantify neurodegeneration, follow subcellular localization of fluorescently labeled proteins, and quantify mitochondrial morphology in the degenerating neurons. Neuronal Fluorescence Activated Cell Sorting (FACS) is used to distinctly sort at-risk neurons for cell-type specific transcriptomic analysis of neurodegeneration. A combination of live imaging and FACS methods as well as the benefits of the C. elegans model organism allow researchers to leverage this system to obtain reproducible data with a large sample size. Insights from these assays could translate to novel targets for therapeutic intervention in neurodegenerative diseases.

Live Animal Imaging and Cell Sorting Methods for Investigating Neurodegeneration in a C. elegans Excitotoxic Necrosis Model

In a C. elegans excitotoxicity model, this protocol employs in vivo imaging to analyze the regulation of necrotic neurodegeneration, the effect of genes encoding candidate mediators, and involvement of mitochondria. Cell dissociation and sorting is used to specifically obtain at-risk neurons for cell-specific transcriptomic analysis of neurodegeneration and neuroprotection mechanisms.

Excitotoxic necrosis is a leading form of neurodegeneration. This process of regulated necrosis is triggered by the synaptic accumulation of the ...

In vivo Assessment of Microtubule Dynamics and Orientation in Caenorhabditis elegans Neurons

In neurons, microtubule orientation has been a key assessor to identify axons that have plus-end out microtubules and dendrites that generally have mixed orientation. Here we describe methods to label, image, and analyze the microtubule dynamics and growth during the development and regeneration of touch neurons in C. elegans. Using genetically encoded fluorescent reporters of microtubule tips, we imaged the axonal microtubules. The local changes in microtubule behavior that initiates axon regeneration following axotomy can be quantified using this protocol. This assay is adaptable to other neurons and genetic backgrounds to investigate the regulation of microtubule dynamics in various cellular processes.

In vivo Assessment of Microtubule Dynamics and Orientation in Caenorhabditis elegans Neurons

A protocol for imaging the dynamic microtubules in vivo using fluorescently labeled End binding protein has been presented. We described the methods to label, image, and analyze the dynamic microtubules in the Posterior lateral microtubule (PLM) neuron of C. elegans.

Im lebenden Organismus Beurteilung der Dynamik und Orientierung von Mikrotubuli in Caenorhabditis elegans Neuronen

In neurons, microtubule orientation has been a key assessor to identify axons that have plus-end out microtubules and dendrites that generally have mixed ...

Quantifying Levels of Dopaminergic Neuron Morphological Alteration and Degeneration in Caenorhabditis elegans

Dopamine neuron loss is involved in the pathology of Parkinson&#39;s Disease (PD), a highly prevalent neurodegenerative disorder affecting over 10 million people worldwide. Since many details about PD etiology remain unknown, studies investigating genetic and environmental contributors to PD are needed to discover methods of prevention, management, and treatment. Proper characterization of dopaminergic neuronal loss may be relevant not only to PD research, but to other increasingly prevalent neurodegenerative disorders.
There are established genetic and chemical models of dopaminergic neurodegeneration in the Caenorhabditis elegans model system, with easy visualization of neurobiology supported by the nematodes&#39; transparency and invariant neuronal architecture. In particular, hermaphroditic C. elegans&#39; dopaminergic neuron morphological changes can be visualized using strains with fluorescent reporters driven by cell-specific promotors such as the dat-1 dopamine transporter gene, which is expressed exclusively in their eight dopaminergic neurons.
With the capabilities of this model system and the appropriate technology, many laboratories have studied dopaminergic neurodegeneration. However, there is little consistency in the way the data is analyzed and much of the present literature uses binary scoring analyses that capture the presence of degeneration but not the full details of the progression of neuron loss. Here, we introduce a universal scoring system to assess morphological changes and degeneration in C. elegans&#39; cephalic neuron dendrites. This seven-point scale allows for analysis across a full range of dendrite morphology, ranging from healthy neurons to complete dendrite loss, and considering morphological details including kinks, branching, blebs, and breaks. With this scoring system, researchers can quantify subtle age-related changes as well as more dramatic chemical-induced changes. Finally, we provide a practice set of images with commentary that can be used to train, calibrate, and assess the scoring consistency of researchers new to this method. This should improve within- and between- laboratory consistency, increasing rigor and reproducibility.

Quantifying Levels of Dopaminergic Neuron Morphological Alteration and Degeneration in Caenorhabditis elegans

In this article, we showcase how to use a seven-point scoring system to consistently quantify changes to dopaminergic neuron dendrite morphology in C. elegans. This system is intended for analyses of dopaminergic neurodegeneration assays utilizing genetic, chemical, and age-based models of neurodegenerative disorders.

Quantifizierung der Dopaminergen Neuron morphologische Veränderung und Degeneration bei Caenorhabditis elegans

Dopamine neuron loss is involved in the pathology of Parkinson&#39;s Disease (PD), a highly prevalent neurodegenerative disorder affecting over 10 million ...

Subcellular Imaging of Neuronal Calcium Handling In Vivo

Calcium (Ca2+) imaging has been largely used to examine neuronal activity, but it is becoming increasingly clear that subcellular Ca2+ handling is a crucial component of intracellular signaling. The visualization of subcellular Ca2+ dynamics in vivo,&#160;where neurons can be studied in their native, intact circuitry, has proven technically challenging in complex nervous systems. The transparency and relatively simple nervous system of the nematode Caenorhabditis elegans enable the cell-specific expression and in vivo visualization of fluorescent tags and indicators. Among these are fluorescent indicators that have been modified for use in the cytoplasm as well as various subcellular compartments, such as the mitochondria. This protocol enables non-ratiometric Ca2+ imaging in vivo with a subcellular resolution that permits the analysis of Ca2+ dynamics down to the level of individual dendritic spines and mitochondria. Here, two available genetically encoded indicators with different Ca2+ affinities are used to demonstrate the use of this protocol for measuring relative Ca2+ levels within the cytoplasm or mitochondrial matrix in a single pair of excitatory interneurons (AVA). Together with the genetic manipulations and longitudinal observations possible in C. elegans, this imaging protocol may be useful for answering questions regarding how Ca2+ handling regulates neuronal function and plasticity.

Subcellular Imaging of Neuronal Calcium Handling In Vivo

The current methods describe a non-ratiometric approach for high-resolution, sub-compartmental calcium imaging in vivo in Caenorhabditis elegans using readily available genetically encoded calcium indicators.

Subzelluläre Bildgebung des neuronalen Calcium-Handlings in vivo

Calcium (Ca2+) imaging has been largely used to examine neuronal activity, but it is becoming increasingly clear that subcellular Ca2+ handling is a ...

In-vivo-Imaging von Dauer-spezifische neuronale Remodeling in C. elegans

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Einfache mikrofluidischen Systemen für

In Vivo Calcium Imaging in C. elegans Körperwandmuskeln

In vivo Neuronale Calcium Imaging in C. elegans

Agarose Mikrokammern für Langzeit Calcium Imaging von

Imaging C. elegans Embryos mit einem Epifluoreszenz-Mikroskop und Open Source Software

Ein einfacher mikrofluidischer Chip für Langzeitwachstum und Bildgebung von Caenorhabditis elegans

Live Animal Imaging and Cell Sorting Methods for Investigating Neurodegeneration in a C. elegans Excitotoxic Necrosis Model

Im lebenden Organismus Beurteilung der Dynamik und Orientierung von Mikrotubuli in Caenorhabditis elegans Neuronen

Quantifizierung der Dopaminergen Neuron morphologische Veränderung und Degeneration bei Caenorhabditis elegans

Subzelluläre Bildgebung des neuronalen Calcium-Handlings in vivo