אנו מודים לג&#39;יימס קלארק למתן דמויות של חיות בנקודתי זמן שונים של התפתחות. ג זני elegans במחקר זה נלקחו מCaenorhabditis גנטיקת המרכז, אשר נתמך על ידי NIH המרכז הלאומי למשאבי מחקר (NCRR). עבודה זו נתמכה על ידי CIRG 1817 מCUNY לJL וCSD; ועל ידי NIH 1R15GM073678-01 ו1R15GM097692-01 לCSD אנו מודים לד&quot;ר ויליאם J רייס, ד&quot;ר נטליה הולצמן, ומליסה Silvestrini להערות על כתב היד. עבודה זו בוצעה במילוי חלקי של הדרישות לקבלת תואר דוקטור ממרכז בוגר אוניברסיטת העיר ניו יורק (ס &#39;שיונג).

1. הכנת צלחות האכלת RNAi נשיאת רצף גן המטרה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם אתם משתמשים בספריות RNAi זמינות מסחרי (למשל מהמקור LifeSciences Bioscience), המשך לשלב 1.4. לחלופין, לשכפל רצפי גני היעד לוקטור L4440, תולעת RNAi 8 פלסמיד נפוץ, על ידי פרוטוקול שיבוט סטנדרטי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפוך פלסמיד רקומביננטי לזן חיידקים HT115 (DE3), תרבותם על צלחות אגרו LB עם 25 מיקרוגרם / המ&quot;ל carbenicillin ו12.5 מיקרוגרם / המ&quot;ל טטרציקלין, ולאסוף שיבוט יחיד לשימוש עתידי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בינתיים, להפוך L4440 הווקטור הריק למתח HT115 חיידקים לשימוש כשלט לניסויים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תרבות L4440 נושאים את החיידקים גם רקומביננטי וריקים במרק 1 מ&quot;ל LB עם 100 מיקרוגרם / המ&quot;ל אמפיצילין לילה בשעת 37 ° C. טטרציקלין לא הוסיף בשל עובדה שזה מקטין את יעילות RNAi. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף עוד 5 מיליליטר מרק LB עם 100 מיקרוגרם / המ&quot;ל אמפיצילין לcultu הלילהמחדש, דגירה במשך 4-6 שעות נוספות בשעת 37 ° C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 0.5 מ&quot;ל רקומביננטי זרעים או ריק L4440 נושאות תרבות חיידקים לצלחות תולעת RNAi. לתייג את כל הצלחות עם שם שיבוט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סמן את הצלחות ודגירת הלילה בשעת 37 ° C לצמוח דשא חיידקים, אלו הן צלחות RNAi עם או בלי רצף גן המטרה. לפחות 2 צלחות צריכות להיות מוכנות לכל מצב. </li></ol> 2. תולעי תרבות על צלחות האכלת RNAi <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להבה לעקר את קצה חוט בחירת תולעת פלטינה. השתמש בתולעת לאסוף לאסוף שלב זחל 4 6-10 (L4) הרמפרודיטים לכל צלחת RNAi המכילה L4440 או רקומביננטי או ריק; החיות תשתמשנה בחיידקים כמקור מזון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בואו הרמפרודיטים לגדול ב 20 ° C למשך הלילה (מצב סטנדרטי לתרבות אלגנס), הם יהפכו למבוגרים צעירים ביום שלמחרת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעביר 6-10 מבוגרים צעירים לתוך צלחת שכותרת בהתאם והכין חדשה RNAi. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בואומבוגרים מטילים ביצים במשך 4-6 שעות, ולאחר מכן להסיר את כל המבוגרים מהצלחת; שלב זה הוא לסנכרן את הצאצאים. ברגע שהאמהות מוסרות, מתחיל לספור זמן. זה זמן אפס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגירת הצלחות ב 20 ° C כדי לתת חיות לגדול לשלב התפתחות מסוים; בפרוטוקול זה, אנו בוחרים אנשים צעירים לניתוח פנוטיפית. הנוקאוט המתפתח בקצב נורמלי, דגירת 72 שעות מספיקה לבעלי חיים כדי להפוך למבוגרים צעירים. עם זאת, גנים שונים משפיעים על התפתחות חיים בצורה שונה. אם RNAi גורם חיות לגדול בקצב שונה, מבוגרים הצעירים ניתן לזהות אלו לא יותר מאשר 24 שעות האחרונות L4 עם פיתוח השלים פות ו2-6 עוברים ברחם (אם פורה). כדי לזהות שלבי התפתחות אחרים, חוקר צריך להשתמש התפתחות אשכים ופות כמדריך. </li></ol> 3. פנוטיפים גודל גוף ציון של RNAi מטפלים בתולעים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח שתי שכבות של קלטות תווית צבעוניות בשקופית זכוכית. הפכו שתייםשקופיות זכוכית se. לאחר מכן, הנח שקופית זכוכית חדשה בין שתי שקופיות עם קלטת. ממסים 2% agarose במים; להחיל טיפה אחת למרכז שקופית הזכוכית החדשה, ולאחר מכן לחץ על שקופית הכוס השנייה בחלק העליון כדי לעשות שכבה דקה של 2% agarose כפי שתואר לעיל 9. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר agarose הוא מוצק, להסיר את שקופית הזכוכית העליונה; השקופית עם כרית agarose מוכנה לטעון תולעים. שקופית תווית עם שם שיבוט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 10 μl 25 מ&quot;מ 3 NaN לagarose הפנקס; לאסוף חי 30-40 ל3 פתרון NaN כדי לשתק אותם, ואז לשים על coverslip העליון; חוזר עבור שניהם רקומביננטי והריק נושא-L4440 חיות שטופלו ב-RNAi. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תמונת התולעים תחת מיקרוסקופ לנתח באמצעות עדשה אובייקטיבית 2.5x; כאן אנו משתמשים מצלמה דיגיטלית יקה עם תמיכת Qcapture תוכנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכיול, ראשון ללכוד תמונה של שליט מיקרומטר סטנדרטי. ואז לפתוח את התמונה בתוכנת Image-Pro, לחץ על &quot;מידה&quot; ובחר באפשרות &quot;כיול&quot; ואז לבחור&quot;אשף כיול המרחבית&quot;. עם &quot;לכייל את התמונה הפעילה&quot; שנבחרה, לחץ על &quot;הבא&quot;. הקלט שם לכיול ולהבטיח שיחידות ההתייחסות מרחביות מוגדרות מיקרומטר. לאחר מכן, בדוק &quot;ליצור הפנית הכיול&quot; הכפתור וללחוץ על &quot;הבא&quot;. לחץ על &quot;קו התייחסות תיקו.&quot; סרגל קנה מידת התייחסות יופיע. שנה את מיקום סרגל קנה המידה כדי להתאים את הקצוות של מיקרומטר, ולאחר מכן ציינתי שההתייחסות מציינת 1,000 יחידות. לחץ על &quot;אישור&quot;, &quot;בא&quot;, וגם &quot;סיום&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר שהתוכנה מכוילת, לפתוח תמונה עם תולעת. לאחר מכן, בחר בתפריט &quot;המדד&quot;, בחר &quot;כיול&quot; ואז ללחוץ על &quot;בחר המרחבית&quot;. בתפריט הנפתח, בחר את שם קובץ שנוצר לכיול מיקרומטר. לאחר מכן, תחת התפריט &quot;המידה&quot;, בחר &quot;מדידות&quot;. בחלון שנפתח, בחר בכלי חופשי לצייר ולשרטט קו דרך מרכז גוף החיה מראש ועד זנב עם עכבר מחשב (איור 1). האורך ידווח בחלון. עכשיויש לך שתי קבוצות של נתונים: אורך גופם של בעלי חיים שטופלו ביעד הגן RNAi וחיות בקרה שטופלו בL4440 וקטור ריק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לייצא את מדידות אורך לקובץ של Microsoft Excel, או תוכנה סטטיסטית מתאימה אחרת. לנתח את הנתונים על ידי חישוב הסטייה הממוצעת וסטנדרטית לכל דגימה. לאחר מכן, השווה דגימות באמצעות מבחן t של סטודנט. </li></ol>

<ol>
	<li>Melnyk, C. W., Molnar, A., Baulcombe, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intercellular+and+systemic+movement+of+RNA+silencing+signals.">Intercellular and systemic movement of RNA silencing signals.</a> Embo J. 30, 3553-3563 (2011).</li><li>Wall, N. R., Shi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small+RNA:+can+RNA+interference+be+exploited+for+therapy.">Small RNA: can RNA interference be exploited for therapy.</a> Lancet. 362, 1401-1403 (2003).</li><li>Kalantidis, K., Schumacher, H. T., Alexiadis, T., Helm, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RNA+silencing+movement+in+plants.">RNA silencing movement in plants.</a> Biol. Cell. 100, 13-26 (2008).</li><li>Shim, M. S., Kwon, Y. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+and+targeted+delivery+of+siRNA+in+vivo.">Efficient and targeted delivery of siRNA in vivo.</a> Febs. J. 277, 4814-4827 (2010).</li><li>Amarzguioui, M., Rossi, J. J., Kim, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Approaches+for+chemically+synthesized+siRNA+and+vector-mediated+RNAi.">Approaches for chemically synthesized siRNA and vector-mediated RNAi.</a> FEBS Lett. 579, 5974-5981 (2005).</li><li>Kamath, R. S., Ahringer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genome-wide+RNAi+screening+in+Caenorhabditis+elegans.">Genome-wide RNAi screening in Caenorhabditis elegans.</a> Methods. 30, 313-321 (2003).</li><li>Savage-Dunn, C., 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=Genetic+screen+for+small+body+size+mutants+in+C.+elegans+reveals+many+TGFb+pathway+components.">Genetic screen for small body size mutants in C. elegans reveals many TGFb pathway components.</a> Genesis. 35, 239-247 (2003).</li><li>Timmons, L., Fire, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Specific+interference+by+ingested+dsRNA.">Specific interference by ingested dsRNA.</a> Nature. 395, 854 (1998).</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>Wang, J., Tokarz, R., Savage-Dunn, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+expression+of+TGF&#946;+signal+transducers+in+the+hypodermis+regulates+body+size+in+C.+elegans.">The expression of TGF&#946; signal transducers in the hypodermis regulates body size in C. elegans.</a> Development. 129, 4989-4998 (2002).</li><li>Liang, 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=The+Caenorhabditis+elegans+schnurri+homolog+sma-9+mediates+stage-+and+cell+type-specific+responses+to+DBL-1+BMP-related+signaling.">The Caenorhabditis elegans schnurri homolog sma-9 mediates stage- and cell type-specific responses to DBL-1 BMP-related signaling.</a> Development. 130, 6453-6464 (2003).</li><li>Savage-Dunn, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=TGF-&#946;+signaling.">TGF-&#946; signaling.</a> WormBook. , 1-12 (2005).</li><li>Simmer, F., 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=Loss+of+the+putative+RNA-directed+RNA+polymerase+RRF-3+makes+C.+elegans+hypersensitive+to+RNAi.">Loss of the putative RNA-directed RNA polymerase RRF-3 makes C. elegans hypersensitive to RNAi.</a> Curr. Biol. 12, 1317-1319 (2002).</li><li>Wang, D., 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=Somatic+misexpression+of+germline+P+granules+and+enhanced+RNA+interference+in+retinoblastoma+pathway+mutants.">Somatic misexpression of germline P granules and enhanced RNA interference in retinoblastoma pathway mutants.</a> Nature. 436, 593-597 (2005).</li><li>De Robertis, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evo-devo:+variations+on+ancestral+themes.">Evo-devo: variations on ancestral themes.</a> Cell. 132, 185-195 (2008).</li><li>Timmons, L., Court, D. L., Fire, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ingestion+of+bacterially+expressed+dsRNAs+can+produce+specific+and+potent+genetic+interference+in+Caenorhabditis+elegans.">Ingestion of bacterially expressed dsRNAs can produce specific and potent genetic interference in Caenorhabditis elegans.</a> Gene. 263, 103-112 (2001).</li></ol>

אין ניגודי האינטרסים הכריזו.

בפרוטוקול זה, אנו מתארים את השיטה שלנו לזיהוי של מוטציות פגומות גודל גוף של ג elegans ידי האכלת RNAi. שיטה זו ישימה לזיהוי רכיבי איתות TGF-β. מאחר שהרכיבים אלה שמורים ביותר עד 15 אבולוציה, מסכים אלה רלוונטיים להבהרת המנגנונים המולקולריים של איתות TGF-β בכל metazoans. שיקו?...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td> צלחות תולעת RNAi מיקס בינוני תולעת גרם 17.7 60 גר &#39;אגר הוסף H 2 O ל 3 ליטר. חיטוי. הוסף 3 המ&quot;ל 1M IPTG (סטרילי) ומיליליטר מ&quot;ג / מיליליטר Carbenicillin 3 25 (סטרילי), ואז לשפוך לתוך צלחות פטרי 60 מ&quot;מ. צלחות תולעת מיקס בינוני תולעת גרם 17.7 סולפט 0.6 גרם סטרפטומיצין 60 גר &#39;אגר הוסף H 2 O ל 3 ליטר. חיטוי. יוצק לצלחות פטרי 60 מ&quot;מ. מיקס בינוני תולעת 55 גרם טריס-Cl 24 גרם טריס-OH 310 גרם Bacto Peptone כולסטרול מ&quot;ג 800 200 ג&#39;NaCl מערבב היטב ולהיות בטוח, כדי למנוע גושים; תערובת אבקה זה יכול להיות מאוחסן במשך חודשים שקדמו לשימוש רבים. 2% agarose 0.5 גרם agarose מודעהד 25 המ&quot;ל DH 2 O. מחממים במיקרוגל עד להמסה. 1M איזופרופיל β-D-1-thiogalactopyranoside (IPTG) 2 גרם IPTG ממס in10 המ&quot;ל DH 2 O 1M 3 NaN 6.5 גרם 3 NaN הוסף DH 2 O ל 100 מ&quot;ל 25 המ&quot;מ 3 NaN 2.5 המ&quot;ל 1M 3 NaN הוסף DH 2 O ל 100 מ&quot;ל elegans Caenorhabditis מCaenorhabditis גנטיקת מרכז L4440 פלסמיד (נושאת גן אמפיצילין התנגדות) חיידקים להתאמץ HT115 (DE3) (מכיל פולימראז T7 המושרה IPTG; לקוי לRNAse השלישי גן (dsRNAse) שגם נושא גן טטרציקלין-התנגדות) 16 60 מנות מ&quot;מ פטרי 100 מנות מ&quot;מ פטרי 14 צינורות תרבות פלקון ישבן עגול מ&quot;ל שקופיות זכוכית coverslips זכוכית 1-20 pipettor μl 20-200 pipettor μl 200-1000 μlpipettor 1-200 טיפי pipet μl 200-1000 טיפי pipet μl 1.5 מ&quot;ל אפנדורף צינורות בחירת תולעת חוט פלטינה </td></tr></tbody></table>

using rna-mediated interference feeding strategy to screen for genes involved in body size regulation in the nematode c. elegans

הפרעה דו גדיל RNA בתיווך (RNAi) היא אסטרטגיה יעילה כדי להפיל יעד ביטוי גני 1-3. זה כבר מיושם על מערכות מודל רבות, כוללים צמחים, חסרי חוליות ובעלי חוליות. קיימות שיטות שונות להשגת RNAi in vivo 4,5. לדוגמה, גן היעד עשוי להפוך לוקטור RNAi, ולאחר מכן שינה באופן קבוע או זמנית לשורות תאים או תאים ראשוניים כדי להשיג השפעות מציאת גן; לחלופין מסונתז oligonucleotides גדיל כפול מ גני המטרה ספציפיים (RNAi oligos) עשוי להיות transiently הופכים לשורות תאים או תאים עיקריים להשתיק גני המטרה, או מסונתז מולקולות דו גדיל RNA עשויות להיות microinjected לאורגניזם. מאז נמטודות ג elegans משתמש חיידקים כמקור מזון, להאכיל את החיות בחיידקים מבטאים-RNA גדיל כפול נגד גני המטרה מספק אסטרטגיה מעשית 6. כאן אנו מציגים האכלת RNAiשיטה להבקיע פנוטיפ גודל גוף. גודל גוף בג elegans מוסדר בעיקר על ידי TGF-β - יגנד כמו DBL-1, ולכן בדיקה זו היא מתאימה לזיהוי של רכיבי TGF-β איתות 7. אנחנו השתמשנו זנים שונים ביניהם שני זנים רגישים יתר RNAi לחזור על ניסויי האכלת RNAi. התוצאות שלנו הראו שrrf-3 מתח נתן לנו את הפנוטיפ RNAi הצפוי ביותר. השיטה קלה לביצוע, לשחזור, ולכמת בקלות. יתר על כן, הפרוטוקול שלנו ממזער את השימוש בציוד מיוחד, ולכן הוא מתאים למעבדות קטנות יותר או אלה בעיקר במוסדות לתואר ראשונים.

במחקר שלנו, אנו מתמקדים בויסות משקל גוף על ידי נתיב DBL-1/TGF-β. אובדן התפקוד של תוצאות DBL-1 המסלול בגודל גוף קטן, כולל אורך גוף קצר יותר בהשוואה לבעלי חיים פראיים מסוג 7,10,11. לפיכך, מסכים לג מוטנטים גודל גוף elegans הם מסוגלים לזהות רכיבים ומכפילי איתות TGF-β. DBL-1 אי...

Watch this Scientific Journal Video about Using RNA-mediated Interference Feeding Strategy to Screen for Genes Involved in Body Size Regulation in the Nematode C. elegans at JoVE.com

Using RNA-mediated Interference Feeding Strategy to Screen for Genes Involved in Body Size Regulation in the Nematode C. elegans

אנו מדגימים כיצד להשתמש בטכניקת RNAi ההאכלה להפיל גני המטרה ופנוטיפ גודל גוף בניקוד<em&gt; ג elegans</em&gt;. שיטה זו יכולה לשמש עבור מסך בקנה מידה גדול כדי לזהות רכיבי פוטנציאל גנטי של עניין, כגון אלה מעורבים בויסות משקל גוף על ידי איתות DBL-1/TGF-β.

באמצעות אסטרטגית האכלת התערבות RNA בתיווך למסך לגנים מעורבים בויסות משקל גוף בנמטודות<em&gt; ג elegans</em

Double-strand RNA-mediated interference (RNAi) is an effective strategy to knock down target gene expression1-3. It has been applied to many model systems ...

using-rna-mediated-interference-feeding-strategy-to-screen-for-genes

Research

JoVE Journal

Biology

Using RNA-mediated Interference Feeding Strategy to Screen for Genes Involved in Body Size Regulation in the Nematode C. elegans

12.3K Views.  Borough of Manhattan Community College, City Universtiy of New York (CUNY). אנו מדגימים כיצד להשתמש בטכניקת RNAi ההאכלה להפיל גני המטרה ופנוטיפ גודל גוף בניקוד ג elegans. שיטה זו יכולה לשמש עבור מסך בקנה מידה גדול כדי לזהות רכיבי פוטנציאל גנטי של עניין, כגון אלה מעורבים בויסות משקל גוף על ידי איתות DBL-1/TGF-β.

Video: Using RNA-mediated Interference Feeding Strategy to Screen for Genes Involved in Body Size Regulation in the Nematode C. elegans

Application of a C. elegans Dopamine Neuron Degeneration Assay for the Validation of Potential Parkinson's Disease Genes

Improvements to the diagnosis and treatment of Parkinson's disease (PD) are dependent upon knowledge about susceptibility factors that render populations at risk. In the process of attempting to identify novel genetic factors associated with PD, scientists have generated many lists of candidate genes, polymorphisms, and proteins that represent important advances, but these leads remain mechanistically undefined. Our work is aimed toward significantly narrowing such lists by exploiting the advantages of a simple animal model system. While humans have billions of neurons, the microscopic roundworm Caenorhabditis elegans has precisely 302, of which only eight produce dopamine (DA) in hemaphrodites. Expression of a human gene encoding the PD-associated protein, alpha-synuclein, in C. elegans DA neurons results in dosage and age-dependent neurodegeneration.
Worms expressing human alpha-synuclein in DA neurons are isogenic and express both GFP and human alpha-synuclein under the DA transporter promoter (Pdat-1). The presence of GFP serves as a readily visualized marker for following DA neurodegeneration in these animals. We initially demonstrated that alpha-synuclein-induced DA neurodegeneration could be rescued in these animals by torsinA, a protein with molecular chaperone activity 1. Further, candidate PD-related genes identified in our lab via large-scale RNAi screening efforts using an alpha-synuclein misfolding assay were then over-expressed in C. elegans DA neurons. We determined that five of seven genes tested represented significant candidate modulators of PD as they rescued alpha-synuclein-induced DA neurodegeneration 2. Additionally, the Lindquist Lab (this issue of JoVE) has performed yeast screens whereby alpha-synuclein-dependent toxicity is used as a readout for genes that can enhance or suppress cytotoxicity. We subsequently examined the yeast candidate genes in our C. elegans alpha-synuclein-induced neurodegeneration assay and successfully validated many of these targets 3, 4.
Our methodology involves generation of a C. elegans DA neuron-specific expression vector using recombinational cloning of candidate gene cDNAs under control of the Pdat-1 promoter. These plasmids are then microinjected in wild-type (N2) worms, along with a selectable marker for successful transformation. Multiple stable transgenic lines producing the candidate protein in DA neurons are obtained and then independently crossed into the alpha-synuclein degenerative strain and assessed for neurodegeneration, at both the animal and individual neuron level, over the course of aging.

This video demonstrates how to use C. elegans to assess dopaminergic neuron neurodegeneration as a model for Parkinson's disease. Furthermore, genetic screens are used to identify factors that either enhance degeneration or are neuroprotective.

יישום של C. elegans Assay ניוון Neuron דופמין עבור אימות של מחלת פרקינסון גנים אפשריים

Improvements to the diagnosis and treatment of Parkinson's disease (PD) are dependent upon knowledge about susceptibility factors that render populations ...

Isolation of Ribosome Bound Nascent Polypeptides in vitro to Identify Translational Pause Sites Along mRNA

The rate of translational elongation is non-uniform. mRNA secondary structure, codon usage and mRNA associated proteins may alter ribosome movement on the messagefor review see 1. However, it's now widely accepted that synonymous codon usage is the primary cause of non-uniform translational elongation rates1. Synonymous codons are not used with identical frequency. A bias exists in the use of synonymous codons with some codons used more frequently than others2. Codon bias is organism as well as tissue specific2,3. Moreover, frequency of codon usage is directly proportional to the concentrations of cognate tRNAs4. Thus, a frequently used codon will have higher multitude of corresponding tRNAs, which further implies that a frequent codon will be translated faster than an infrequent one. Thus, regions on mRNA enriched in rare codons (potential pause sites) will as a rule slow down ribosome movement on the message and cause accumulation of nascent peptides of the respective sizes5-8. These pause sites can have functional impact on the protein expression, mRNA stability and protein foldingfor review see 9. Indeed, it was shown that alleviation of such pause sites can alter ribosome movement on mRNA and subsequently may affect the efficiency of co-translational (in vivo) protein folding1,7,10,11. To understand the process of protein folding in vivo, in the cell, that is ultimately coupled to the process of protein synthesis it is essential to gain comprehensive insights into the impact of codon usage/tRNA content on the movement of ribosomes along mRNA during translational elongation.
Here we describe a simple technique that can be used to locate major translation pause sites for a given mRNA translated in various cell-free systems6-8. This procedure is based on isolation of nascent polypeptides accumulating on ribosomes during in vitro translation of a target mRNA. The rationale is that at low-frequency codons, the increase in the residence time of the ribosomes results in increased amounts of nascent peptides of the corresponding sizes. In vitro transcribed mRNA is used for in vitro translational reactions in the presence of radioactively labeled amino acids to allow the detection of the nascent chains. In order to isolate ribosome bound nascent polypeptide complexes the translation reaction is layered on top of 30% glycerol solution followed by centrifugation. Nascent polypeptides in polysomal pellet are further treated with ribonuclease A and resolved by SDS PAGE. This technique can be potentially used for any protein and allows analysis of ribosome movement along mRNA and the detection of the major pause sites. Additionally, this protocol can be adapted to study factors and conditions that can alter ribosome movement and thus potentially can also alter the function/conformation of the protein.

Isolation of Ribosome Bound Nascent Polypeptides in vitro to Identify Translational Pause Sites Along mRNA

A technique to identify translational pause sites on mRNA is described. This procedure is based on isolation of nascent polypeptides accumulating on ribosomes during in vitro translation of a target mRNA, followed by the size analysis of the nascent chains using a denaturing gel electrophoresis.

הבידוד של הריבוזום פוליפפטידים המתהווה כרוכים<em&gt; במבחנה</em&gt; כדי לזהות אתרים השהה של תרגום לאורך ה-mRNA

The rate of translational elongation is non-uniform. mRNA secondary structure, codon usage and mRNA associated proteins may alter ribosome movement on the ...

Using SecM Arrest Sequence as a Tool to Isolate Ribosome Bound Polypeptides

Extensive research has provided ample evidences suggesting that protein folding in the cell is a co-translational process1-5. However, the exact pathway that polypeptide chain follows during co-translational folding to achieve its functional form is still an enigma. In order to understand this process and to determine the exact conformation of the co-translational folding intermediates, it is essential to develop techniques that allow the isolation of RNCs carrying nascent chains of predetermined sizes to allow their further structural analysis.
SecM (secretion monitor) is a 170 amino acid E. coli protein that regulates expression of the downstream SecA (secretion driving) ATPase in the secM-secA operon6. Nakatogawa and Ito originally found that a 17 amino acid long sequence (150-FSTPVWISQAQGIRAGP-166) in the C-terminal region of the SecM protein is sufficient and necessary to cause stalling of SecM elongation at Gly165, thereby producing peptidyl-glycyl-tRNA stably bound to the ribosomal P-site7-9. More importantly, it was found that this 17 amino acid long sequence can be fused to the C-terminus of virtually any full-length and/or truncated protein thus allowing the production of RNCs carrying nascent chains of predetermined sizes7. Thus, when fused or inserted into the target protein, SecM stalling sequence produces arrest of the polypeptide chain elongation and generates stable RNCs both in vivo in E. coli cells and in vitro in a cell-free system. Sucrose gradient centrifugation is further utilized to isolate RNCs.
The isolated RNCs can be used to analyze structural and functional features of the co-translational folding intermediates. Recently, this technique has been successfully used to gain insights into the structure of several ribosome bound nascent chains10,11. Here we describe the isolation of bovine Gamma-B Crystallin RNCs fused to SecM and generated in an in vitro translation system.

We describe here a technique that is now routinely used to isolate stably bound ribosome nascent chain complexes (RNCs). This technique takes advantage of the discovery that a 17 amino acid long SecM "arrest sequence" can halt translation elongation in a prokaryotic (E. coli) system, when inserted into (or fused to the C-terminus) of virtually any protein.

באמצעות רצף מעצר SecM ככלי לבודד פוליפפטידים כרוכים הריבוזום

Extensive research has provided ample evidences suggesting that protein folding in the cell is a co-translational process1-5. However, the exact pathway ...

Antibody Staining in C. Elegans Using &quot;Freeze-Cracking&quot;

To stain C. elegans with antibodies, the relatively impermeable cuticle must be bypassed by chemical or mechanical methods. "Freeze-cracking" is one method used to physically pull the cuticle from nematodes by compressing nematodes between two adherent slides, freezing them, and pulling the slides apart. Freeze-cracking provides a simple and rapid way to gain access to the tissues without chemical treatment and can be used with a variety of fixatives. However, it leads to the loss of many of the specimens and the required compression mechanically distorts the sample. Practice is required to maximize recovery of samples with good morphology. Freeze-cracking can be optimized for specific fixation conditions, recovery of samples, or low non-specific staining, but not for all parameters at once. For antibodies that require very hard fixation conditions and tolerate the chemical treatments needed to chemically permeabilize the cuticle, treatment of intact nematodes in solution may be preferred. If the antibody requires a lighter fix or if the optimum fixation conditions are unknown, freeze-cracking provides a very useful way to rapidly assay the antibody and can yield specific subcellular and cellular localization information for the antigen of interest.

Antibody Staining in C. Elegans Using "Freeze-Cracking"

"Freeze-cracking," a method for exposing the inner tissues of the nematode C. elegans to antibodies for protein localization, is demonstrated.

נוגדן מכתים ב<em&gt; ג Elegans</em&gt; שימוש &quot;Freeze-פיצוח&quot;

To stain C.  elegans with antibodies, the relatively impermeable cuticle must be  bypassed by chemical or mechanical methods.  "Freeze-cracking" is one ...

Large-scale Gene Knockdown in C. elegans Using dsRNA Feeding Libraries to Generate Robust Loss-of-function Phenotypes

RNA interference by feeding worms bacteria expressing dsRNAs has been a useful tool to assess gene function in C. elegans. While this strategy works well when a small number of genes are targeted for knockdown, large scale feeding screens show variable knockdown efficiencies, which limits their utility. We have deconstructed previously published RNAi knockdown protocols and found that the primary source of the reduced knockdown can be attributed to the loss of dsRNA-encoding plasmids from the bacteria fed to the animals. Based on these observations, we have developed a dsRNA feeding protocol that greatly reduces or eliminates plasmid loss to achieve efficient, high throughput knockdown. We demonstrate that this protocol will produce robust, reproducible knock down of C. elegans genes in multiple tissue types, including neurons, and will permit efficient knockdown in large scale screens. This protocol uses a commercially available dsRNA feeding library and describes all steps needed to duplicate the library and perform dsRNA screens. The protocol does not require the use of any sophisticated equipment, and can therefore be performed by any C. elegans lab.

Large-scale Gene Knockdown in C. elegans Using dsRNA Feeding Libraries to Generate Robust Loss-of-function Phenotypes

While dsRNA feeding in C. elegans is a powerful tool to assess gene function, current protocols for large scale feeding screens result in variable knockdown efficiencies. We describe an improved protocol for performing large scale RNAi feeding screens that results in highly efficacious and reproducible knockdown of gene expression.

מציאה גן בקנה מידה גדולה ב<em&gt; ג elegans</em&gt; שימוש בספריות האכלת dsRNA ליצור פנוטיפים הפסד של הפונקציה חזקות

RNA interference by feeding worms bacteria expressing dsRNAs has been a useful tool to assess gene function in C. elegans. While this strategy works well ...

Using Caenorhabditis elegans as a Model System to Study Protein Homeostasis in a Multicellular Organism

The folding and assembly of proteins is essential for protein function, the long-term health of the cell, and longevity of the organism. Historically, the function and regulation of protein folding was studied in vitro, in isolated tissue culture cells and in unicellular organisms. Recent studies have uncovered links between protein homeostasis (proteostasis), metabolism, development, aging, and temperature-sensing. These findings have led to the development of new tools for monitoring protein folding in the model metazoan organism Caenorhabditis elegans. In our laboratory, we combine behavioral assays, imaging and biochemical approaches using temperature-sensitive or naturally occurring metastable proteins as sensors of the folding environment to monitor protein misfolding. Behavioral assays that are associated with the misfolding of a specific protein provide a simple and powerful readout for protein folding, allowing for the fast screening of genes and conditions that modulate folding. Likewise, such misfolding can be associated with protein mislocalization in the cell. Monitoring protein localization can, therefore, highlight changes in cellular folding capacity occurring in different tissues, at various stages of development and in the face of changing conditions. Finally, using biochemical tools ex vivo, we can directly monitor protein stability and conformation. Thus, by combining behavioral assays, imaging and biochemical techniques, we are able to monitor protein misfolding at the resolution of the organism, the cell, and the protein, respectively.

Using Caenorhabditis elegans as a Model System to Study Protein Homeostasis in a Multicellular Organism

To study the relationship between protein homeostasis, stress and aging, we monitored changes in protein folding by following protein dysfunction, protein localization in the cell and protein stability at the organismal, cellular and protein levels, using the genetically tractable metazoan Caenorhabditis elegans as a model system.

The folding and assembly of proteins is essential for protein function, the long-term health of the cell, and longevity of the organism. Historically, the ...

Methods to Assess Subcellular Compartments of Muscle in C. elegans

Muscle is a dynamic tissue that responds to changes in nutrition, exercise, and disease state. The loss of muscle mass and function with disease and age are significant public health burdens. We currently understand little about the genetic regulation of muscle health with disease or age. The nematode C. elegans is an established model for understanding the genomic regulation of biological processes of interest. This worm&#8217;s body wall muscles display a large degree of homology with the muscles of higher metazoan species. Since C. elegans is a transparent organism, the localization of GFP to mitochondria and sarcomeres allows visualization of these structures in vivo. Similarly, feeding animals cationic dyes, which accumulate based on the existence of a mitochondrial membrane potential, allows the assessment of mitochondrial function in vivo. These methods, as well as assessment of muscle protein homeostasis, are combined with assessment of whole animal muscle function, in the form of movement assays, to allow correlation of sub-cellular defects with functional measures of muscle performance. Thus, C. elegans provides a powerful platform with which to assess the impact of mutations, gene knockdown, and/or chemical compounds upon muscle structure and function. Lastly, as GFP, cationic dyes, and movement assays are assessed non-invasively, prospective studies of muscle structure and function can be conducted across the whole life course and this at present cannot be easily investigated in vivo in any other organism.

Methods to Assess Subcellular Compartments of Muscle in C. elegans

Skeletal muscle is essential for locomotion and is the bodies&#8217; main protein store. Muscle health measurements within C. elegans are described. Prospective changes to muscle structure and function are assessed using localized GFP and cationic dyes.

שיטות להערכת subcellular תאים של שריר ב<em&gt; C. elegans</em

Muscle is a dynamic tissue that responds to changes in nutrition, exercise, and disease state. The loss of muscle mass and function with disease and age ...

Measuring Glutathione-induced Feeding Response in Hydra

Hydra is among the most primitive organisms possessing a nervous system and chemosensation for detecting reduced glutathione (GSH) for capturing the prey. The movement of prey organisms causes mechanosensory discharge of the stinging cells called nematocysts from hydra, which are inserted into the prey. The feeding response in hydra, which includes curling of the tentacles to bring the prey towards the mouth, opening of the mouth and consequent engulfing of the prey, is triggered by GSH present in the fluid released from the injured prey. To be able to identify the molecular mechanism of the feeding response in hydra which is unknown to date, it is necessary to establish an assay to measure the feeding response. Here, we describe a simple method for the quantitation of the feeding response in which the distance between the apical end of the tentacle and mouth of hydra is measured and the ratio of such distance before and after the addition of GSH is determined. The ratio, called the relative tentacle spread, was found to give a measure of the feeding response. This assay was validated using a starvation model in which starved hydra show an enhanced feeding response in comparison with daily fed hydra.

Here we describe a simple assay for the quantification of the feeding response in hydra induced by the reduced form of glutathione. This assay relies on measuring the distance between the apical end of the tentacle and mouth of hydra.

מדידת תגובת האכלה מושרה גלוטתיון בהידרה

Hydra is among the most primitive organisms possessing a nervous system and chemosensation for detecting reduced glutathione (GSH) for capturing the prey. ...

Tracking and Quantifying Developmental Processes in C. elegans Using Open-source Tools

Quantitatively capturing developmental processes is crucial to derive mechanistic models and key to identify and describe mutant phenotypes. Here protocols are presented for preparing embryos and adult C. elegans animals for short- and long-term time-lapse microscopy and methods for tracking and quantification of developmental processes. The methods presented are all based on C. elegans strains available from the Caenorhabditis Genetics Center and on open-source software that can be easily implemented in any laboratory independently of the microscopy system used. A reconstruction of a 3D cell-shape model using the modelling software IMOD, manual tracking of fluorescently-labeled subcellular structures using the multi-purpose image analysis program Endrov, and an analysis of cortical contractile flow using PIVlab (Time-Resolved Digital Particle Image Velocimetry Tool for MATLAB) are shown. It is discussed how these methods can also be deployed to quantitatively capture other developmental processes in different models, e.g., cell tracking and lineage tracing, tracking of vesicle flow.

Tracking and Quantifying Developmental Processes in C. elegans Using Open-source Tools

Here it is shown how to track and quantify developmental processes in C. elegans. The methods presented are based on open-source tools that can be easily implemented. It is demonstrated how to reconstruct 3D cell-shape models, how to manually track subcellular structures, and how to analyze cortical contractile flow.

מעקב וכימות תהליכים התפתחותיים ב<em&gt; C. elegans</em&gt; שימוש בכלי קוד פתוח

Quantitatively capturing developmental processes is crucial to derive mechanistic models and key to identify and describe mutant phenotypes. Here ...

Measuring RAN Peptide Toxicity in C. elegans

C. elegans is commonly used to model age-related neurodegenerative diseases caused by repeat expansion mutations, such as Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) and Huntington&#8217;s disease. Recently, repeat expansion-containing RNA was shown to be the substrate for a novel type of protein translation called repeat-associated non-AUG-dependent (RAN) translation. Unlike canonical translation, RAN translation does not require a start codon and only occurs when repeats exceed a threshold length. Because there is no start codon to determine the reading frame, RAN translation occurs in all reading frames from both sense and antisense RNA templates that contain a repeat expansion sequence. Therefore, RAN translation expands the number of possible disease-associated toxic peptides from one to six. Thus far, RAN translation has been documented in eight different repeat expansion-based neurodegenerative and neuromuscular diseases. In each case, deciphering which RAN products are toxic, as well as their mechanisms of toxicity, is a critical step towards understanding how these peptides contribute to disease pathophysiology. In this paper, we present strategies to measure the toxicity of RAN peptides in the model system C. elegans. First, we describe procedures for measuring RAN peptide toxicity on the growth and motility of developing C. elegans. Second, we detail an assay for measuring postdevelopmental, age-dependent effects of RAN peptides on motility. Finally, we describe a neurotoxicity assay for evaluating the effects of RAN peptides on neuron morphology. These assays provide a broad assessment of RAN peptide toxicity and may be useful for performing large-scale genetic or small molecule screens to identify disease mechanisms or therapies.

Measuring RAN Peptide Toxicity in C. elegans

Repeat-associated non-ATG-dependent translational products are emerging pathogenic features of several repeat expansion-based diseases. The goal of the protocol described is to evaluate toxicity caused by these peptides using behavioral and cellular assays in the model system C. elegans.

מדידת רעילות ב -C. אלגיה

C. elegans is commonly used to model age-related neurodegenerative diseases caused by repeat expansion mutations, such as Amyotrophic Lateral Sclerosis ...

באמצעות אסטרטגית האכלת התערבות RNA בתיווך למסך לגנים מעורבים בויסות משקל גוף בנמטודות

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

יישום של C. elegans Assay ניוון Neuron דופמין עבור אימות של מחלת פרקינסון גנים אפשריים

הבידוד של הריבוזום פוליפפטידים המתהווה כרוכים

באמצעות רצף מעצר SecM ככלי לבודד פוליפפטידים כרוכים הריבוזום

נוגדן מכתים ב

מציאה גן בקנה מידה גדולה ב

Using Caenorhabditis elegans as a Model System to Study Protein Homeostasis in a Multicellular Organism

שיטות להערכת subcellular תאים של שריר ב

מדידת תגובת האכלה מושרה גלוטתיון בהידרה

מעקב וכימות תהליכים התפתחותיים ב

מדידת רעילות ב -C. אלגיה