Method Article
חשיפה חשיפה לרעלים סביבתיים יכולים להשפיע בחריפות פיתוח עם השפעות ארוכות טווח. פרוטוקולים מפורט ניתנים כדי להמחיש אסטרטגיה באמצעות מודל מעבדה יעילה כדי לחקור את ההשפעה של חשיפה מוקדמת עובריים ביספנול איי אנו מספקים פוריות, מבחני התנהגות לעקוב אחר האפקטיביות של הביו-מבחני שלנו החשיפה toxicant.
Bisphenols, כגון ביספנול A (BPA) ו ביספנול S (BPS) הם polymerizing סוכנים שימוש נרחב בייצור של פלסטיק ומוצרים רבים לשימוש בכל יום. בהתבסס על המבנה הכימי שלהם תכונות ביולוגיות כמו אסטרדיול, הם שסווגו כמודעות משבשי תרכובות (EDC). חשיפה ארוכת טווח והריון, אפילו במינונים נמוכים, נקשר פגמים בריאות שונים, כולל סרטן, הפרעות התנהגות, בעיות פוריות, עם פגיעות רבה יותר המצוין במהלך תקופות התפתחותיות מוקדם. מחקרים תאית ומולקולרית עם המודל נמטודות גנטית צייתן Caenorhabditis elegans הראו כי החשיפה ל- BPA גורם אפופטוזיס, lethality עובריים, פגיעה ב- DNA תיקון מנגנונים. בעבר דיווחנו כי החשיפה של C. elegans העוברים למינונים נמוכים של פוריות ירידות bisphenols שונים. בנוסף, אנחנו הראו כי ההשפעות של חשיפה מאוד כבר בשלבים המוקדמים של פיתוח נמשכות לבגרות כמו לבדיקה על ידי לכימות habituation התנהגות, טופס של הלא-associative learning. כאן, אנו מספקים פרוטוקולים מפורט חשיפה עובריים והריון במינון נמוך כמו גם את פוריותה המשויך ו הקדמי לגעת מבחני habituation, יחד עם התוצאות נציג.
חשיפה חשיפה לרעלים סביבתיים, בעיקר תרכובות אלה נוטים להפריע פיתוח, היה תחת הדקדקניות המדעי בשנים האחרונות. יותר מאלף כימיקלים בשימוש יומיומי מסווגים משבשי תרכובות (EDC)1. כבר ציינו תקופות של צמיחה מהירה, הכוללים עובריים, תינוקות ופיתוח הילדות שלבים, להיות פגיעים במיוחד להשפעות מזיקות כדי EDC אפילו במינון נמוך. השפעתם הוכחו לגרום הפרעות של הרבייה, התפתחותיות-2. לפי ההנחיות לוח אותנו הסוכנות להגנת הסביבה של תוכנית הרעלים הלאומית אותנו, במינון נמוך עשוי להיות מוגדר בכל מינון מהרמה של אחד שדווחו כדי לגרום שינוי ביולוגי הנצפה או נזק3. מלבד ההשפעות במינון נמוך של הפרט והריון, תערובות של והריון שונים נמצאו בריכוזים נמוכים בסביבה יש פוטנציאל לגרום השפעות מצטברות מהותית4.
ביספנול A (BPA או 4,4'-(propane-2,2-diyl)) הוא סוכן polymerizing הנמצאים בשימוש נפוץ פריטים כגון בקבוקי מים, חנות קבלות, חומרי איטום שיניים הבטנה של משקאות, מזון פחיות5. בשל דמיון מבני שלה 17-β אסטרדיול (E2) שלו זיקה קולטני אסטרוגן ERα ו- ERβ, סווגה BPA כמו משבשי כימי (EDC)5,6. למרות החלשות, הזיקה של BPA קולטני אסטרוגן הוכח כדי להשפיע על מערכת רבייה של שני המינים, לשבש פונקציות עצביות במינונים נחשבים בטוחים7,8. שינויים מתילציה DNA באמצעות מנגנונים epigenetically מוסדרים נצפו כדי לגרום למומים עצביים לטווח ארוך בעכברים שנחשפו ל- BPA9. באופן ספציפי, BPA גם היה מעורב כמו הנאשם אפשרי עבור שיעור מוגבר של היפראקטיביות, חוסר תשומת לב ורגישות מוגברת לסמים עקב עלייה ראיתי D1 קולטני דופמין במוח הקדמי הלימבי העכבר לאחר חשיפה כרונית 9 , 10. עדויות משמעותיות על ההשפעות המזיקות של והריון על בריאות האדם מבוססת על מחקרים המתאם ומתמקדת בעיקר חשיפה כרונית של אוכלוסיות כדי חשיפה לרעלים סביבתיים בכלל במינון נמוך5; עם זאת, מגבלות מסקנות של מחקרים בבני אדם, מניפולציה ניסויית פקדים התקבלו תוך התייחסות הביקורת של ההייפ מבוססות11,12.
עקב השימור של גנים Caenorhabditis elegans' ביחס של יונקים, כולל את הגנים סטרואידים הורמון קולטן, חוקרים נעזרו מודל מעבדה גנטית צייתן זה לפענח את ההשפעות מכניסטית פונקציונלי של והריון 13. ניסויים עם C. elegans הראו כי אלה תרכובות כגון BPA, BPS יכול לגרום אפופטוזיס, lethality עובריים, הפרעה כפול גדילי DNA הפסקה תיקון מנגנוני תפקוד עצבי14,15 ,16.
המעבדה שלנו הראו בעבר כי במינון נמוך אפילו חשיפה מוגבלת מופרה מוקדם מוביל הנמכת פוריות עם חסרונות התנהגותיים מבוגרים ששרדו15. Habituation חוזרת ונשנית לגירוי היא צורה של הלא-associative learning במערכות דגם, כולל C. elegans, ומשתמש המתודולוגיה שלנו צורה זו של הלא-associative learning כפלט התנהגותית assay ההשפעות ארוכות הטווח של חשיפה עובריים חשיפה לרעלים17 באופן ספציפי, אנו מספקים נתונים היסטוריים פרוטוקולים ללמוד BPA חשיפה ב- C. elegans, לרבות השלכותיה מיידית על הקטלניות עובריים השפעות ארוכות טווח על התנהגות למבוגרים, עם מפרטים טכניים הכוללת מצטיירת איור 1. נציג תוצאות פוריות, אי-associative learning מבחני ניתנים כדי להדגיש את האפקטיביות של המתודולוגיה שלנו.
פרוטוקולים כדלקמן יש כבר סטנדרטית כדי לבחון את ההשפעה של חשיפה BPA במהלך המוקדמות מופרה, עשוי להיות שונה לשימוש עם BPS BPF או אחרים והריון, חשיפה לרעלים ב- C. elegans עוברי.
1. חומרים ההתקנה
2. C. elegans Culturing וסינכרון
3. חשיפת תולעים ל- BPA
ריכוז BPA הסופי | במניה BPA (100 μM) | מאגר S | תולעים מסונכרן |
0.1 ΜM | 1 ΜL | 949 ΜL | 50 ΜL |
0.5 ΜM | 5 ΜL | 945 ΜL | 50 ΜL |
1 ΜM | 10 ΜL | 940 ΜL | 50 ΜL |
5 ΜM | 50 ΜL | 900 ΜL | 50 ΜL |
10 ΜM | 100 ΜL | 850 ΜL | 50 ΜL |
טבלה 1: מניות BPA, מאגר S ותולעים מסונכרן המשמש להשגת ריכוז הרצוי משמש המחקר שלנו.
4. הקדמי מגע Habituation Assay
5. תולעת פוריות Assay
מחקרים מוקדמים יותר עם C. elegans דיווחו כי חשיפה מתמדת ריכוז BPA גבוה (≥1 מ"מ) במהלך התפתחות העובר ובבגרות פוחתת פוריות14. מחקרים מאוחרים יותר דיווח מהמעבדה שלנו הראו כי עוברי זה נחשפו ל- BPA לתקופה מוגבלת של 4 שעות בשלבים הראשונים של התפתחותם הראה ירידה במספר של ביציות פעילות סקס מבוגרים15 (איור 2). שתי תכונות חשובות של המתודולוגיה היו כי ריכוזי BPA (i) שימוש היו באופן משמעותי נמוך (0.1 מיקרומטר לטווח 10 מיקרומטר) ו- (ii) החשיפה הייתה מוגבלת עובריים התקופה הקדומה. מלבד פריון ירד אפילו במינון נמוך, מבחני habituation שלנו גילה כי תולעים נחשפים BPA כנדרש עוברי גירויים נוספים כדי להפוך בלתי בהשוואה תולעים חשופים לבד רכב15 (איור 3). תופעות אלה הן ראוי לציין כי הם מבוססים על חשיפה BPA במינון נמוך, בעקבות הרציונל כי השפעות עדינות יותר על תפקוד זה יכולה לא להיות גלויה מורפולוגית הם עשוי להיות ניכרת באמצעות שינויים התנהגותיים. בקיצור, התוצאות נציג המובאת כאן תחתון את העובדה כי השפעות מזיקות של BPA חשיפה העובר משפיעה על התפתחותו, כולל תפקוד זה ניתן לבדיקה באמצעות מבחני התנהגות למבוגרים C. elegans. פרוטוקולים שסופק כאן יכול לשמש לבדיקת השפעות אחרות חשיפה לרעלים פוטנציאליים כולל תרכובות משובש האנדוקרינית במינון נמוך, כמו גם לטווח ארוך.
איור 1: ייצוג סכמטי של הנבחנים. תולעים בוגרות שנאספו ונחשף פתרון תת-כלורי כדי לאסוף עוברי מסונכרן. העוברים נחשפו ואז ריכוזים שונים של BPA במשך 4 שעות. העוברים חשופים הועברו על גבי לוחות NGM הזריעה, שבו הותר להם לגדול עבור 60 h ב- 20 ° C. כדי לבדוק את האפקטיביות של חשיפה כבר בשלבים המוקדמים של פיתוח, היו תולעים L4 הועבר לוחות בודדים והם עוברים בדיקות של פוריות, מבוגרים צעירים נבדקו עם המגע הקדמי habituation. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2: פוריות הוא הוריד ידי BPA. חשיפה 1 מיקרומטר ואת ריכוז גבוה של BPA ירד באופן משמעותי את מספר הביצים זיון בהשוואה הפקד (המיוצג על-ידי הקו האופקי; n = 10, *p < 0.05). קווי שגיאה מציינות ב- SEM. ניתוח נעשה באמצעות ANOVA, מבחן לאחר הוק של Tukey. איור זה השתנה מ. ואח ', 2015 Mersha15. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3: השפעות ארוכות טווח של חשיפה BPA עובריים באות לידי ביטוי בהתנהגות למבוגרים. העוברים חשופים BPA ריכוזי נמוך ככל מיקרומטר 0.1 משפיע על המגע הקדמי לשיוך habituation אצל מבוגרים (n = 60 *p < 0.05). קווי שגיאה מציינות SEM; אנובה, של Tukey פוסט הוק הבדיקה. איור זה השתנה מ. ואח ', 2015 Mersha15. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
שלבי מהיר של גדילה והתפתחות כגון מופרה פגיעים במיוחד להשפעות מזיקות של תרכובות שונות שיבוש אנדוקרינית, כולל BPA. אנו מספקים נתונים היסטוריים פרוטוקולים ללמוד את ההשפעות של חשיפה BPA או אחרים חשיפה לרעלים במודל C. elegans הגעה, אשר מאפשר טיטור נוח של מגוון של ריכוזים כדי להעריך את השפעתו על העובר הכדאיות (איור 2) . מעקב ניסויים התנהגותיים על ששרד מבוגרים המתפתחים מ עוברי כי היו חשופים נמוך מינונים של BPA לאפשר assaying השפעות ארוכות טווח על תפקוד (איור 3). הרעיון המרכזי של המאמר נועד לספק נתונים היסטוריים פרוטוקולים חשיפת העוברים על חשיפה לרעלים שונים במהלך התקופה הקדומה מופרה בדגם C. elegans ; החלון 4 h הראשון של תקופת התפתחות שלו שעה 11.5 (ב- 20 ° C) מקביל תקופת ההתפשטות, שבעקבותיה באה organogenesis. למטרה זאת, סיפקנו אימות של נקודות הקצה דרך פוריות, מבחני הלא-associative learning. בעוד בסיס מכניסטית של הפעולה של BPA, bisphenols אחרים היא הגביע הקדוש כלפי אשר נועד המחקר בתחום זה, יש לנו לא לנסות להציע הסבר מכניסטית עבור הפעולה של BPA במאמר ממוקד מתודולוגיה. עם זאת, ברצוננו לציין כי המודל C. elegans מציע מערכת אידיאלית לנתח נוסף מנגנון הפעולה. לדוגמה, עבודה בעתיד בפענוח מנגנוני פעולה BPA, C. elegans מוטציות ניתן להפיק איבחון התנגדות ההשפעות של BPA, ובכך לסלול את הדרך עבור פענוח השביל. בנוסף, המאמר לוויה שלנו עוסק ההשפעה של BPA ברמה synchrony ביותר רשת עצבית באזור החוליות, מתן דרך חדשה להבין את הבסיס על חקירת מנגנוני פוטנציאל ההשפעות toxicant19.
בהמתודולוגיה מפורט בעיתון הזה, חלק מהשלבים הקריטיים שאמורים להיות מוצא להורג תוספת בקפידה כוללים את הפריטים הבאים: בחירת צלחת עם מוזן היטב C. elegans מבוגרים עם לעין תחת המיקרוסקופ לנתיחה בוגרת ביצים הוא קריטי, ו מאי-קיום של שלב זה יחול גודל המדגם לא מספיקות של העוברים לניסוי חשיפה EDC. חשוב גם לוודא כי הפתרון תת-כלורי מורכב טריים כדי להימנע מקבלת אוכלוסיה מסונכרן זה יפריע היכולת לבצע חשיפה BPA במהלך המוקדמות מופרה. נטילת כדורי עם M9 (לאחר חשיפה תת-כלורי), הוא גם צעד חשוב מאוד. אם לא נעשה כראוי, הריכוז הגבוה של אקונומיקה עלולה לגרום עוברי המת. בנוסף, העוברים יועבר ללוחות NGM הזריעה אחרי 4 שעות. אם נשאר בפתרון BPA לתקופה ממושכת של זמן, העוברים נוטים להתפתח הזחלים חיים ארוכים dauer. זה יפריע באופן משמעותי assay פוריות וגם מבחני התנהגות. אם כל אחד משלבים אלה הוא החמיץ, רצוי להתחיל את ההליך מההתחלה. אם מסיבה כלשהי, הצלחת NGM עם תולעים מזוהמים או אין מספיק אוכל, זה יוסיף לחץ על התולעים ובכך הטיית הנתונים שנאספו. צלחות כאלה צריכים להיות מושלך, לא תשמש את הניסוי.
בעבר, מחקר יוצא דופן משתמשים בהצלחה את מודל C. elegans להדגים כי ליקויים כרומוזום נגרמת על ידי תוצאה BPA עקב פירוק של ה-DNA תיקון מכונות ב germline14. עם זאת, ראוי לציין כי תכנון המחקר הנ ל השתמשו רציפה BPA חשיפה של C. elegans מינונים גבוהים של BPA לאורך כל תוחלת החיים שלה. המתודולוגיה שלנו תוכנן כדי ללמוד במינון נמוך של BPA חשיפה במהלך מופרה מוקדם, כדי assay שלה השפעות על הכדאיות עובריים ואת הקונטקט השפעות ארוכות טווח על הניצולים. לידע שלנו, פותחה המתודולוגיה אין לחשוף את העוברים בשלב מוקדם כדי מינון נמוך מאוד של BPA מוגבלת לתקופה שצוינה של זמן; לפיכך, שהופך את השיטה המוצגת כאן רומן.
בנוסף, פרוטוקולים מסופקים כאן ניתן להתאים בקלות לחקור את ההשפעות של אחרים והריון בשלב התפשטות של מופרה. עם זאת, ללימוד מאוחר העובריים, הפרוטוקול ידרוש המהותיים לחלון הזמן הקריטי של פיתוח תחת המוקד. יתר על כן, הפרוטוקול שלנו לא יהיה מתאים לניסויים הדורשים פעמים יותר זמן של חשיפה toxicant, כמו זה פותח את האפשרות של מסלול חלופי פיתוח וכתוצאה מכך המעצר dauer חיים ארוכים-המחזור השני molting, אשר עמיד בתנאים קשים20. שינויים נוספים, ליטושים יהיה צורך משכי זמן ארוכים יותר חשיפה דרך תוספת עם מקור מזון שאינו בעל פוטנציאל כדי לעכל את toxicant או EDC למשל בלוק e. coli. לסיכום, המתודולוגיה שלנו יכול להיות מנוצל כדי להעריך את ההשפעות של שונים משבשי על פוריות ועל תפקוד במערכת מודל הגעה C. elegans.
המחברים מצהירים כי יש להם כלום לחשוף.
תמיכה על ידי ה-NSF (EPSCoR EPS-0814251), NIH (1P20GM103653-01A1) MKT ו HSD, תמיכה מוסדיים סטודנט של אוניברסיטת מדינת דלאוור MDM (התואר השלישי HBGI), חברה (NIH-INBRE) הוא הודה בהכרת תודה. תודה למרכז C. elegans הגנטי (נתמך על-ידי Office NIH של מחקר תשתית תוכניות P40 OD010110) לזן N2 פראי-סוג C. elegans .
Name | Company | Catalog Number | Comments |
NaCl | Fisher | 7647-14-5 | |
Peptone | Fisher | S25761B | |
Agar | Fisher | BP1423-500 | |
Cholesterol | Alfa Aesar | A11470 | |
MgSO4 | Fisher | 7487-88-9 | |
CaCl2 | Fisher | C79-500 | |
KH2PO4 | Fisher | P286-1 | |
K2HPO4 | Fisher | 7758-11--4 | |
KOH | Fisher | 1310-58-3 | |
Bleach | Clorox | n/a | |
Na2HPO4 | Fisher | BP332-500 | |
LB | Fisher | BP1426-500 | |
BPA | Sigma-Aldrich | 239658-250g | |
BPS | Sigma-Aldrich | 103039-100g | |
EtOH | Sigma-Aldrich | 64-17-5 | |
E.coli OP50 | CGC | Repository at U of Minnesota | |
N2 (Wild-type C. elegans) worms | CGC | Repository at U of Minnesota | |
Platinum wire pick | Genesee Scientific | 59-AWP | |
Petri plates | Fisher | 07-202-011 | |
Dissection Microscope | AmScope | SM-2TYY |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved