שיטות לעור פציעה ומבחנים לתגובות פצע ב<em&gt; C. elegans</em

Summary

The adult C. elegans skin is a tractable model for studies of epithelial wound responses, including wound closure, scar formation, and innate immunity.

Abstract

ג elegans האפידרמיס וציפורן ליצור שכבת עור אך מתוחכמת פשוטה שיכול לתקן את הנזק מקומי כתוצאה מפציעתם. מחקרים של תגובות פצע ותיקון במודל זה מואר ההבנה של cytoskeletal ותגובות הגנומי לנזק לרקמות שלנו. שתי השיטות הנפוצות ביותר לפצע ג עור בוגר elegans הם דקירות במחטי microinjection, והקרנת לייזר מקומית. מחט פצעה מקומי משבשת את הציפורן, האפידרמיס, ומטריצת חוץ-תאית הקשורים, וגם עלול לגרום נזק לרקמות פנימיות. תוצאות קרינת לייזר בנזק יותר מקומי. פציעה מפעילה רצף של תגובות assayed בקלות כולל אפידרמיס הגבוה Ca ^{2 +} (שניות-דקות), היווצרות וסגירת טבעת המכיל אקטין באתר הפצע (1-2 שעות), שעתוק מוגבר של גני פפטיד מיקרוביאלית (2-24 שעה), והיווצרות צלקת. בעיקרו של דבר את כל בעלי החיים המבוגרים הסוג בר לשרוד פציעה, שבוכמוטציות פגומות תיקון פצע או תגובות אחרות מראים ירידה בהישרדות. פרוטוקולים מפורטים למחט ופציעת לייזר, ומבחנים לכימות והדמיה של תגובות פצע ותהליכי תיקון (דינמיקת Ca, אקטין דינמיקה, אינדוקציה פפטיד מיקרוביאלית, והישרדות) מוצגים.

Introduction

מנגנוני ריפוי עור פצע הם עניין ביולוגי בסיסי ורלוונטיים לבריאות אדם. ריפוי פצעים בבעלי חוליות ויונקים כולל סדרה מורכבת של תגובות מתואמות של רקמות רבות ואיתות ^1. אורגניזמים מודל גנטי פשוטים רבים הם גם מסוגלים ריפוי פצעי עור ^2. לכן זה עניין לנתח מודלים גנטיים צייתנים של תיקון פצע עור. אנו ואחרים החלו להשתמש elegans Caenorhabditis כמודל חדש לפצע עור ריפוי ^3,4. המטרה של פרוטוקול זה היא לאפשר למגוון רחב יותר של חוקרים להשתמש בג elegans ככלי לחקור מנגנונים מולקולריים ותאיים של ריפוי הפצע באפידרמיס.

ג עור elegans כולל את האפידרמיס (הידוע גם בבהיפודרמיס) וציפורן תאית ^5. האפידרמיס המבוגר נוצר ממספר קטן של syncytia multinucleate, מתוכם הגדול ביותר הוא k syncytiumnown כhyp7. האפידרמיס הוא אפיתל פשוט שמפריש לציפורן על משטח הפסגה שלה. העור יכול באופן פעיל בהגנה מפני פתוגנים-חודר עור ולתקן פצעים קטנים ^4. תיקון פצע של ג עור elegans הוא איתן, שכן כמעט כל בעלי החיים מהסוג בר לשרוד יכולים לשרוד פצעי דקירה קטנים הנגרמים על ידי מחטים, או נזק לעור מקומי הנגרם על ידי קרינת לייזר. ג פציעת עור elegans מפעילה חבילה של תגובות, כולל תגובת אפידרמיס מולדת חיסונית, סגירת פצע, והיווצרות צלקת ^4. האפידרמיס המבוגר הוא שלאחר mitotic-, וריפוי פצעים כרוך תגובות הסלולר מקומיות בניגוד לריבוי אפידרמיס או נדידת תאים. הראינו כי פציעת העור גורמת עלייה גדולה ומתמשכת באפידרמיס Ca ^{2 +,} המחייבת את ערוץ TRPM קרום GTL-2 וCa ^{2 +} חנויות פנימיות ^3. אות אפידרמיס ^{2 +} Ca נדרשת להיווצרות וסגירת טבעות F- אקטין בוואתר und. פציעה גם גורמת תגובה חיסונית מולדת המפעילה את השעתוק של מגברים כגון NLP-29. השעתוק מושרה פציעתם של אמפר תלוי בTIR-1 מפל kinase MAP p38 / PMK-1 פועל באופן עצמאי באפידרמיס ^4. פגמים באו מסלול איתות Ca ^{2 +} או בתגובה החיסונית המולדת יובילו להישרדות נמוכה לאחר פציעה. המבנה פשוט יחסית של ג elegans האפידרמיס, נְהִילוּת הגנטית ויתרונות לin vivo הדמיה לעשות את זה מערכת מצוינת ללמוד היבטים רבים של תיקון פצע.

כאן אנו מציגים פרוטוקולים לשתי שיטות נפוצות של פציעה: פציעת מחט ופציעת לייזר. פציעת מחט לא דורשת ציוד מיוחד (למעט חולץ המחט), ועם ניסיון יכולה להתבצע על מאות תולעים בכל יום. פציעת מחט מתבצעת על בעלי חיים גדלו על צלחות אגר. בניגוד לכך, פציעת לייזר מבוצעת על anesבעלי החיים thetized רכובים על אגר כריות מתחת coverslip, והוא מתאים להדמית חיה של התגובות התאיות לנזק.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

הפרוטוקולים הבאים מתארים את הנוהל מפורט לג עור elegans פצע ולמנסה לאמוד את תגובות פצע.

1. מחט פציעת ^3,4

1. לגדול תולעי unstarved בריאים על NGM הסטנדרטי (מדיום גידול נמטודות) צלחות עם E. חיידקי coli OP50 כמזון, נשמרו בחממה C ° 20.
   הערה: שיטות לצלחות אגר NGM וטיפוח שיגרתי של ג ניתן למצוא elegans בשעה ⁶ www.wormbook.org.
2. פיק 25 תולעי שלב L4 ליום 1 צלחת טרי נזרע לפני פצעת והתרבות ב 20 ° CO / N.
3. לפני פצע, למשוך מחטים מנימים באמצעות חולץ מחט. המחטים המשמשות בפציעה זהות לאלה המשמשים לmicroinjection של ג elegans.
4. ודא שכל התולעים נמצאים בשלב בוגר צעיר. מניחים את הצלחת של תולעים על קרח למשך כ -30 דקות. קירור גורם לבעלי החיים להיות איטיים, להקל על פציעת מחט.
   הערה: בתוך 5 דקות של ההסרה מהקרח, התולעים יתחילו לנוע בדרך כלל. זה אפשרי אך מאתגר לפצוע תולעים נעו. עם ניסיון, 5 דקות זה מספיק זמן כדי פצע 25 תולעים. לשתק עם תרופות כגון levamisole (כמו בשימוש בליזר פציעה, ראה בהמשך), אם כי בעלי החיים ייקחו זמן רב יותר להתאושש.
5. הסר את הצלחת אגר מהקרח לסטראו לנתח. באמצעות איסוף תולעת, להעביר 25 תולעים למרכז הצלחת אגר.
6. מניחים את המחט לתוך קצה פיפטה 100 μl להחזיק את המחט בקלות רבה יותר. לנקב את החלק הקדמי או אחורי של הגוף של התולעת עם המחט, הימנעות בלוטת המין. באופן כללי, תנסה לפצוע בין בלוטת מין הלוע האחורי וקדמי, או בין בלוטת המין האחורית ופי הטבעת. מחטי שימוש חוזרים פעמים רבות, עד שהם ישברו.
   הערה: ודא פצעי דקירות הם קצרות, עדינות שלנקב את הציפורן ועור, חודר ~ 5-10 מיקרומטר לבעלי החיים. המחט צריכה להיכנס לעניםאל בזווית של כ זכות העור. הפצעים לא צריכים לגרום לניזק ברור לאיברים פנימיים, או קרע מיידי של הגוף. שים לב כמות קטנה של ציטופלסמה נוטף החוצה לכמה שניות לאחר שהפצע; עם זאת, אם תוכן סלולארי לדלוף החוצה במשך זמן ממושך בעלי החיים לא ישרדו. עבור הדמיה אופטימלית, פצע syncytium רוחב אפידרמיס (hyp7) או התפר לרוחב.
   הערה: הליך זה כולל את השימוש במחט זכוכית.
7. לאפשר תולעים להתאושש בRT אז תרבות ב 20 ° C. לשפוט את ההצלחה של פציעת מחט על ידי מספר מבחני שיתוארו להלן. יותר מ 95% של בעלי חיים מסוג בר לשרוד 24 שעות לאחר המחט פצעה בשלב הבוגר הצעיר. ההשפעה פצע בזחלים בוגרים או מבוגרים טרם ניתחה בהרחבה.

2. לייזר פציעת ³

השתמש בהקרנת לייזר פמטו-שנייה (800 ננומטר) לבצע פציעה מדויקת יותר.

1. הכן p אגרמודעות בשקופיות זכוכית עם אגר 2% מותכים ^7. ודא הרפידות דומות לרפידות אגר המשמשות להדמית חיה של ג elegans.
2. העבר את 10 תולעים בוגרות צעירות על כרית agarose עם בחירת תולעת, ולהוסיף טיפת 2 μl של 12 מ"מ פתרון levamisole. לכסות את בעלי החיים ואת הנוזל עם להחליק את המכסה. חכה 1-2 דקות לתולעים לשתק.
3. מניחים את שקף הזכוכית על מיקרוסקופ confocal הדיסק מסתובב. הזז את הבמה כדי למצוא את התולעים ולהתמקד באפידרמיס הרוחב הקדמי או האחורי syncytial עם מטרת 100X (NA 1.4-1.46).
4. הגדר את הכח של לייזר פמטו-השני ל -140 mW (נמדד לפני האובייקטיבי). השתמש בליזר פמטו-השני בשיעור החזרה של 80 מגה-הרץ.
   הערה: שתי פעימות של 200 אלפיות שניים כל אחת (מופרדים על ידי 20 אלפיות שני) מספיקות לפציעתם בידיים שלנו.
5. פוקוס על משטח הפסגה של תאי אפידרמיס ופצע האפידרמיס. שים לב שיבוש מקומי של ציטופלסמה (מבעבעת), או o הלבנה המקומיתf כל סמן פלואורסצנטי משמש.
   הערה: בצע נהלי בטיחות לייזר מתאימים בעת שימוש בליזר פמטו-השני. סריקות קו או נקודה באמצעות לייזרי femtosecond כגון אלה בשני מיקרוסקופי פוטון אמורות לספק מספיק כוח לפציעת לייזר.
   הערה: למרות שאין לנו חוויה ישירה של שימוש בלייזרים אחרים, בפציעת עיקרון צריך להיות אפשרי באמצעות לייזרי UV קונבנציונליים (כפי שהוא משמש C. elegans כריתת תא). לחלופין, השתמש בשחזור הקרינה לאחר photobleaching מודול (FRAP) על ספינינג confocal דיסק לפצוע את האפידרמיס (נ Pujol, תקשורת אישית).

3. ויזואליזציה של תגובות ^{2 +} Ca עוריות לפציעה

1. השתמש ג המהונדס זני elegans המבטאים Ca ^{2 +} חיישנים (כמו אלה של סדרת GCaMP) באפידרמיס, תחת השליטה של האמרגן הספציפי אפידרמיס המבוגר col-19 (איור 1 א; transgenes מפורטים ב לוח 1). השתמש transgene לבטא חלבון ניאון אדום כגון tdTomato כבקרה פנימית לרמת ביטוי transgene.
   הערה: יש לנו להשתמש tdTomato כבקרה פנימית לביטוי transgene כקרינת tdTomato אפידרמיס היא יציבה יחסית ואינו מפריעים להדמית GCaMP.
2. מחט והן לייזר ופצע את הדק העלאת Ca ^{2 +} באפידרמיס. עם זאת, כפי שפציעת מחט לא ניתן לבצע בקלות על confocal דיסק ספינינג, פציעת לייזר עדיפה לניתוח כמותי של תגובת Ca ^{2 +} (איור 1).
3. לרכוש תמונות זמן לשגות במצב רב-ממדי רכישה (מרווח זמן 2 שניות ל -114 חשיפת לייזר עירור msec) באמצעות דיסק מסתובב confocal עם מטרת 100X (NA 1.4-1.46) ומערכות סינון מתאימות (מסנני GFP יעבדו עבור GCaMP3).
   הערה: רכישת הזמן לשגות תמונות בכל 30 שניות בערך 2 שעות לבחון את שו"ת Ca ^{2 +}onse לפצע מעל כמובן זמן ארוך יותר.
4. שימוש בתוכנת ניתוח תמונה למדוד את הקרינה GCaMP הממוצעת בעשרת אזורים מקבילים של עניין (ROI), בם חמש התמקדו בcytosol תא אפידרמיס וחמישה ברקע.
5. להשיג הקרינה בסיס (F ₀₎ על ידי חישוב ממוצע הקרינה ב5 ROIs באפידרמיס אז הפחתה הממוצעת של 5 ROIs ברקע לפני פציעה. הגעה השינוי בΔF הקרינה כיחס בין השינוי ביחס לנקודת ההתחלה [(-f F _{t 0)} / F _0].

4. ויזואליזציה של F- אקטין Dynamics לאחר הפציעה

1. הערה: בתגובה לפציעת מחט, להתבונן טבעת אקטין באתר הפצע שסוגר בהדרגה סביב הפצע. מבחני סעיף פרוטוקול זה פצע סגירה על ידי מדידת קוטר הטבעת אקטין.
2. צור תולעים מהונדסים המבטאים סמן F- אקטין כגון תחום תסיסנית אקטין moesin מחייב התמזגGFP, הביע תחת שליטתו של אמרגן ספציפי אפידרמיס כגון col-19 (איור 2 א) (transgene juIs352).
   הערה: יש לנו להשיג תוצאות דומות באמצעות אקטין אחרים מחייבים סמני תחום כגון Lifeact או F-tractin (תוצאות לא פורסמו).
3. בצע מחט פצע על col-19- תולעים מהונדסים GFP-moesin P. לאחר פציעת מחט, להתבונן טבעת של ה- GFP-moesin סביב אתר הפצע על ידי ~ 5 דקות. הטבעת אקטין הופכת להיות קטנה יותר בקוטר וסופו של דבר נסגרה 2-3 שעות שלאחר פציעתם בחיות בר סוג (איור 2 א).
4. הכן משטח אגר 2% בשקופית זכוכית ולהעביר 10 תולעים על הכרית בפתרון 2 μl 12 מ"מ levamisole. תמונת טבעות GFP-moesin שעה 1 לאחר פצע באמצעות מיקרוסקופ confocal הקונבנציונלי.
   הערה: מיקרוסקופיה confocal השימוש לרכוש Z- ערימות (13 x 0.5 מיקרומטר) של טבעות אקטין שעה 1 לאחר פציעתם.
5. מדוד את קוטר טבעת אקטין לאחר פציעתם. כדי לכמת את אפידרמיס GFP-moesin, ראשון לעשות הקרנת עוצמה מקסימלית של Z- המחסנית ולאחר מכן לצייר 4 סריקות קו (ב 45 מעלות זה לזה) על טבעת GFP-moesin. קוטר טבעת מוגדר כשיא הממוצע למרחק שיא של סריקות ארבע קו (איור 2). לטבעות שכבר נסגרו, הקוטר מוגדר כ0 מיקרומטר.
   הערה: טבעות F- אקטין בנוחות נמדדות לאחר שעה 1 פצעו כמו זה היא כמחצית דרך בתהליך סגירת הפצעים בסוג בר. ניתן גם למדוד טבעות F- אקטין בנקודות זמן מרובות כדי להפיק במהלך סגירת פצע זמן. סרטי זמן לשגות של סגירת פצע ניתן לרכוש באמצעות תולעים-משותק levamisole ומסתובב מיקרוסקופיה confocal דיסק.

5. האינדוקציה Assay של פפטידים Antimicrobial עוריות

הערה: פציעה גם מפעילה תגובה חיסונית מולדת בג עור elegans. שעתוק של גני קידוד פפטידים מיקרוביאלית (אמפר) הוא induced באפידרמיס. AMP NLP-29 (החלבון כמו neuropeptide-) מושרה בחום על ידי פצע ^4. לassay איך האפידרמיס שולט ביטוי AMP לאחר פציעה, להשתמש כתבים מהונדסים או בזמן אמת PCR לגילוי רמות תמליל AMP בודדים.

1. assay כתב המהונדס לתגובה חיסונית מולדת פצע ^4.
2. לבצע פציעת מחט (כמו בפרוטוקול 1) על בעלי חיים מבוגרים המבטאים את הכתב המהונדס frIs7, המכיל NLP-P 29. GFP וP col-12 DsRed כבקרה פנימית. תצפיות על בעלי חיים מבוגרים unwounded אדומים או כתומים כהים כמו במסנן מסירה ארוכה GFP.
   הערה: תולעי wild-type פציעה יגרמו NLP-29 -GFP ביטוי P אבל לא ישפיעו col-12 P -dsRed, וכתוצאה מכך תולעים המופיעים כתום, צהוב, ירוק או תחת תאורת מסירה ארוכה GFP. אובדן התפקוד של גנים במסלול MAPK p38, כגון ורוד-1 או nsy-1 יחסום NLP-29 -GFPאינדוקציה לאחר פצע ^4. GFP P NLP-29. באו לידי ביטוי ברמות גבוהות בשלבי זחל
3. לבצע מבחני אינדוקציה AMP בבעלי חיים מבוגרים צעירים. ודא שיש לי חיות שליטת unwounded רמות נמוכות של GFP.
   הערה: NLP-29. ביטוי P GFP גם הנגרם על ידי לחץ האוסמוטי ^8, ועלול להיות רגיש ללחצים סביבתיים אחרים.
4. 6 שעות לאחר פציעה, ציון המספרים של תולעים שיש לי NLP-29 -GFP אינדוקציה P (איור 3) ⁹ באמצעות הקרינה לנתח היקף עם מסנן ארוך לעבור GFP.
   הערה: בGFP NLP-P 29. לאחר הפציעה-שעה 1 מושרה בעליל, שהגיע לשיא על פוסט פציעה-6 שעות ולאחר מכן נותר גבוהה עד להודעה פציעת 24 שעות. לכמת ביטוי על ידי ^4,9 ניקוד חזותי. לחלופין, לכמת רמות ביטוי באמצעות סדרן תולעת הקרינה הופעלה ^4. לסדרן התולעת, לפחות 50 בעלי חיים צריכים להיות פצועים.
5. בזמן אמת assay PCR לקואהntitating רמות תמליל גני AMP הבודדים. רמות תמליל assay עבור מספר גנים: NLP-29, NLP-30, cnc-1, וcnc-5.
6. בצע מחט פצע על wild-type או תולעי מוטציה (ראה פרוטוקול 1)
7. לאסוף 50 תולעים נפצעו ו -50 תולעים unwounded בזמנים הרצויים (למשל 3, 6, 24 שעות) לאחר פציעה.
8. לחלץ RNA באמצעות ערכה מסחרית הבא הוראות היצרן.
9. לבצע שעתוק לאחור כדי לקבל כולל cDNA 20 μl באמצעות ערכת transcriptase הפוכה מסחרית.
10. לRT-PCR, להשתמש 0.2 μl cDNA (1/40) מכל מדגם בשילוב עם Supermix ירוק עם העמסה ו -0.2 מיקרומטר פריימרים. כדי להשוות איכות RNA, להשתמש ama-1 או SNB-1 RT-PCR כהתייחסות; להשוות את רמת הביטוי היחסית AMP ידי נרמול לבקרה פנימית (AMA-1 או SNB-1), או להשוות לאחר פציעת אינדוקציה לקפל (אינדוקציה AMP בתולעים פצועים / תולעי unwounded) על ידי נורמהalizing לבקרה פנימית.
    הערה: cnc-1 וcnc-5 הן caenacin פפטידים מיקרוביאלית משפחת השעתוק שמופעל על ידי פצע ^10. בדרך כלל, פציעת מחט גורמת ביטוי (~ 500 פי לcnc-1) על קורס של 4 שעות ¹⁰ זמן. Primers המשמש בעבודה שפורסמה שמותיהם מופיעים בטבלה 2.

6. Assay הישרדות לאחר הפציעה

1. הערה: פציעה מפעילה לפחות שני מסלולים עצמאי איתות באפידרמיס: מסלול Ca ^{2 +} פצע תלוי תיקון ומסלול התגובה חיסוני המולדת. שני המסלולים נדרשים להישרדות מלאה של פציעת סטרילי. כדי לבדוק אם מוטציה או טיפול RNAi משפיע ריפוי פצע, למדוד הישרדות בהודעת פציעה 24-48 שעות. לחלופין, להשתמש במבחני תוחלת חיים מקובלים על מנת לקבוע את ההשפעה של פצע על אריכות ימים ^4,9.
2. בצע מחט פצעה במבוגרים צעירים (L4 + 24 שעות) תולעים (50 תולעים, seve חוזרפעמים RAL) בעקבות פרוטוקול 1 לעיל. לשמור על מספר שווה של תולעי unwounded כפקדים.
3. בדקו הישרדות בכל שעה 24 (תולעים פצועים העברה לצלחת אגר חדשה בכל שעה 24). שים לב ~ 50% הישרדות 24 שעות לאחר פציעתם במוטציות שהם פגומים תיקון פצע כגון GTL-2 או טיר-1, כאשר מנורמל לבעלי חיים שליטה unwounded. מוות מוגדר כחוסר התגובה של תנועה לגעת ידי בחירת תולעת.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

תוצאות

לייזר או פציעת מחט יפעיל העלאה מהירה ומתמשכת ברמות Ca אפידרמיס, כמו דמיין עם חיישני Ca כגון GCaMPs (איור 1). העלאת Ca מתרחשת תוך שניות, ונשארה גבוה במשך עשרות דקות. מחט פצעה reproducibly תוצאות בהיווצרות של טבעות F- אקטין באתרי פצע (איור 2); אלה מופיעים בתוך דקות, ובה...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

השיטות שהוצגו כאן למחט ופציעת לייזר לספק גישות משלימות להערכת היכולת של האפיתל אפידרמיס לתקן את הנזק. פציעת לייזר היא יחסית מקומית ו( בהתאם לתצורת לייזר) יכול להיות מוגבל לאפידרמיס, ואילו פציעת מחט משבשת את האפידרמיס, ציפורן, וקרומים מרתף פנימיים סביר. פציעת מחט עשוי?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Agarose	Denville Scientific	CA3510-8
Plastic Petri plate	Tritech Research	T3308	60 mm
Levamisole	Sigma	L9756	12 mM
Borosilicate glass capillary	World Precision Instruments	1B100F-4
Needle puller	Sutter Instrument	P-2000
Worm pick (platinum wire)	Tritech Research	PT-9010
M9 solution	Home-made		3 g KH2PO4, 6 g Na2HPO4, 5 g NaCl, 1 ml 1 M MgSO4, H2O to 1 liter. Sterilize by autoclaving
Trizol	Invitrogen	15596026	Use 500 ml for 50 worms
iQ SYBR Green	Bio-Rad	1708882
SuperScript III	Invitrogen	18080-051
PCR machine	Bio-Rad	C1000/CFX96
96-well PCR tubes	Bio-Rad	MLL9601
Image analysis software	Molecular Devices	Metamorph