Vorremmo ringraziare il centro di genetica di Caenorhabditis per i ceppi, le scienze naturali e ingegneria ricerca Consiglio (NSERC) e la Fondazione canadese per l'innovazione (CFI) per il finanziamento. Vorremmo ringraziare Dr. Lizhen Chen (dipartimento di sistemi cellulari e anatomia, UT Salute San Antonio) per consentire l'utilizzo illimitato del suoi attrezzature di laboratorio per tutti gli esperimenti di c. elegans , nonché Exing Dr. Wang (direttore associato, Optical Imaging Facility UT Salute San Antonio) per assistenza con la microscopia confocale. Vorremmo anche ringraziare il Dr. Myron Ignatius per fornire supporto e incoraggiamento per facilitare le riprese video.

1. coloranti e lisosomi intestinali di immagine
<ol><li>Piastre di coltura seme del nematode (NGM) con OP50
	<ol>
<li>Preparare piatti NGM secondo il protocollo raccomandato19 e lasciate asciugare per 2 giorni a temperatura ambiente le piastre chiuse.</li>
		<li>Inoculare i batteri OP50 in brodo di Luria brodo (LB) sterile e crescere in un'agitazione incubatore o bagnomaria a 37 ° C per 36 h o fino a quando il diametro esterno è compresa tra 0,2 e 0,4. Evitare l'uso di una coltura batterica con OD > 1 o OD < 0.2.</li>
		<li>Una volta piastre NGM sono asciutti, depositare una goccia (~ 30 µ l) di inoculo OP50 sul centro del piatto e quindi diffondere la goccia in una patch di circa 2 cm x 2 cm nel formato. Nota: Qualsiasi inoculo OP50 rimanente sono memorizzabili a 4 ° C per fino a un mese.</li>
		<li>Capovolgere le piastre OP50 quando l'inoculo si è asciugato (circa 10 o 15 min) e poi incubare le piastre a 37 ° C per 36 h.</li>
		<li>Dopo 36H, rimuovere le piastre dall'incubatore e conservare a 4 ° C fino all'utilizzo successivo. Nota: Le piastre dovrebbero essere buone per fino a 1 mese a 4 ° C.</li>
	</ol></li>
	<li>CDCFDA complemento per OP50
	<ol>
<li>Per integrare la cDCFDA sulle piastre OP50, preparare un brodo di lavoro di 10 mM cDCFDA in dimetilsolfossido (DMSO). Mantenere la soluzione di cDCFDA protette dalla luce e conservare a-20 ° C per un uso successivo.</li>
		<li>Posizionare delicatamente il 100 µ l di soluzione di cDCFDA di 10 mM sulla superficie del cerotto OP50 2 cm x 2 cm, tale che l'intero patch è uniformemente coperto con cDCFDA. Nota: È molto importante che l'intero patch di OP50 è coperto con cDCFDA. Se necessario, è possibile utilizzare fino a 150 µ l di cDCFDA per ogni piatto. Inoltre è indispensabile che la soluzione di cDCFDA non si estende oltre i bordi della patch OP50, poiché qualsiasi cDCFDA che scorre fuori la patch OP50 non verrà incorporata nell'alimento e si tradurrà in ridotta intensità di colorazione.</li>
		<li>Posizionare le piastre di OP50 in una casella scura sulla parte superiore del banco, fino a quando tutta la soluzione cDCFDA è assorbito nella patch batterica (solitamente circa 25-30 min).</li>
	</ol></li>
	<li>Macchiatura worm utilizzando cDCFDA
	<ol>
<li>Una volta che il cDCFDA ha completamente permeato la patch OP50, inserire non più di 20 vermi per piastra e incubare le piastre invertite a 20 ° C per un minimo di 14 h. Nota: Si consiglia di posizionare le piastre di cDCFDA in una scatola opaca per ridurre al minimo l'esposizione alla luce.</li>
		<li>Per controllare le differenze di assunzione tra esperimenti e per normalizzare i segnali cDCFDA, co-macchia con 3-{2-[(1H,1'H-2,2'-bipyrrol-5-yl-kappaN(1))methylidene]-2H-pyrrol-5-yl-kappaN}-N-[2-(dimethylamino)ethyl]propanamidato) ((consigliato) difluoro) boro (2,5 µ l di una soluzione preparata 1 mM), un colorante di ammina debole acidotropic cui fluorescenza è in gran parte non di tipo variant su tutto lo spettro di pH acido (Vedi Tabella materiali per nomi comuni dei reagenti). Nota: Non si colorano vermi per meno di 14 h, poiché questo può fornire cDCFDA insufficiente intensità di colorazione e dare una falsa interpretazione del pH lisosomiale.</li>
	</ol></li>
	<li>Preparare vetrini per microscopia
	<ol>
<li>Posizionare due strisce parallele di etichettatura nastro circa 3 pollici di distanza su una superficie liscia e piana, ad esempio uno specchio (Figura 1).</li>
		<li>Rivestire la superficie dello specchio con spray idrorepellente e asciugare il liquido in eccesso.</li>
		<li>Sciogliere agarosio al 2% (disciolto in acqua distillata H2O) in un forno a microonde fino a quando completamente liquefatto, poi mettere una goccia di 50 µ l di agarosio tra le due strisce di nastro adesivo e rapidamente coprire la goccia con un vetrino da microscopio, tale che il vetrino sia perpendicolare alle strisce di nastro. Dopo l'agarosio è solidificato, formando un pad circolare sotto la diapositiva, capovolgere la diapositiva e aggiungere 10-15 µ l di 5mM sodio azide (NaN3) sul blocchetto di agarosio. Nota: NaN3 è un inibitore del citocromo C che, se usato in concentrazioni basse, reversibilmente anestetizza vermi affinché essi non si sposti durante la formazione immagine.</li>
		<li>Prendono i vermi dalla piastra OP50 completati con cDCFDA e trasferirli in un piatto pulito di NGM senza qualsiasi OP50. Consentire i vermi di muoversi per alcuni secondi per consentire la maggior parte della OP50 per essere rimosso dalla superficie dei vermi e quindi trasferire i vermi per il pad di agarosio contenente 5 mM sodio azide.</li>
		<li>Coprire immediatamente il pad di agarosio con un vetrino coprioggetto. Assicurarsi di posizionare delicatamente il vetrino coprioggetto senza esercitare troppa pressione, poiché questo può provocare vermi scoppiando. Nota: I batteri OP50 completati con cDCFDA reagiscono in quando visualizzate da microscopia, quindi è importante pulire i vermi come miglior possibile prima della loro immissione sul pad di agarosio contenente sodio azide. Se durante la preparazione più di 6 ceppi di c. elegans (tra cui N2, controllo di tipo selvaggio), si consiglia di preparare i campioni in lotti di 6, in modo da garantire che i vermi non asciugarsi sul pad di agarosio. In alcuni ceppi, vulva inizia a rompersi dopo lunghi periodi di tempo a causa della pressione dal vetrino coprioggetto, quindi è importante pianificare di conseguenza.</li>
	</ol></li>
	<li>Microscopia confocale Nota: Alcuni microscopi hanno una funzionalità incorporata che aumenta automaticamente l'intensità di fluorescenza per compensare i livelli variabili di fluorescenza. Tali microscopi non potrebbero funzionare bene per vermi macchiati con cDCFDA, in quanto intrinsecamente aumentano l'intensità della fluorescenza di campioni di imaging.<ol>
<li>Eseguire imaging su un microscopio confocale standard utilizzando lunghezze d'onda di eccitazione/emissione impostata su 488/530 nm per cDCFDA. Prendere le immagini su un unico piano (non Z-stack) dei lisosomi intestinali e utilizzare solo i lisosomi che sono a fuoco (intensità di segnale massima) per la quantificazione di intensità. Nota: Forse a causa delle differenze nella disponibilità di tintura, i lisosomi delle cellule intestinali direttamente posteriore alla faringe mantengono cDCFDA intensità indipendentemente dal genotipo o età di colorazione, quindi cura deve essere preso per evitare i lisosomi in queste cellule di imaging.</li>
		<li>La diapositiva contenente 2 giorno vecchio selvaggio tipo che N2 worm prima della battuta. Mentre così facendo, regolare i parametri di imaging confocale come potenza laser, pinhole e aperture per garantire che l'intensità di colorazione di cDCFDA non è troppo saturi. Nota: Una volta impostate, queste impostazioni non modificarle per tutta la durata dell'imaging per quel giorno.</li>
		<li>Catturare immagini a 1024 x 1024 pixel di un unico piano dell'intestino (3 o 4 immagini al verme) utilizzando una lente di ingrandimento di 60x. Nota: Lo spettro di emissione di cDCFDA a worms produrrà un singolo picco prominente a 520 nm in coincidenza con i suoi segnalati fluorescenza spettro20, fornendo una lettura segnale specifico che è distinta da autofluorescence intestinale (Figura 3).</li>
		<li>Esportare immagini confocal raw (file .lsm) come file TIFF per ogni canale.</li>
		<li>Quindi, aprire ImageJ e fare clic sul File | Aprire per aprire il file di immagine da quantificare. Una volta che l'immagine viene caricata, è possibile utilizzare lo strumento di selezione di forma ovale in ImageJ per selezionare una regione di interesse (ROI).</li>
		<li>Successivamente, fare clic su Analyze | Misura per quantificare l'intensità di fluorescenza per quel ROI. Selezionare 4 – 5 diversi lisosomi di messa a fuoco per ogni immagine e calcolare l'intensità di fluorescenza relativa media di ogni area di interesse (ROI).</li>
		<li>Per ogni immagine, misurare l'intensità di fluorescenza di fondo in una regione dell'intestino tra i lisosomi. Sottrarre i valori di intensità di fluorescenza di fondo dai valori di intensità di fluorescenza lisosomiale.</li>
		<li>In totale, raccogliere circa 30 a 50 singoli valori normalizzati per cDCFDA intensità (6-10 animali) per ogni sforzo in fase di test. Utilizzare questi valori per tracciare una casella e Baffo trama utilizzando qualsiasi software statistico appropriato. Nota: Colorazione può variare notevolmente a seconda di fattori come temperatura, tempo di incubazione e la salute/età complessiva degli animali tale che sono rilevanti all'interno del processo di campioni nello stesso esperimento colorazione solo i confronti di intensità di fluorescenza. Pertanto è importante elaborare controlli in ogni esperimento di colorazione. Calcolare le differenze statistiche (t-test) utilizzando qualsiasi software statistico appropriato.</li>
		<li>Immagine tutti i ceppi dallo stesso esperimento (macchiato lo stesso giorno) in sequenza, facendo attenzione a non per modificare i parametri di imaging.</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol>
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Gli autori non dichiarano alcun conflitto di interessi.

Una varietà di eventi cellulari e molecolari contribuiscono all'invecchiamento, influenzato da tratti di storia di vita e fattori genetici. Nostro recente studio22 suggerisce che il ciclo riproduttivo svolge un ruolo importante nel controllare l'idoneità del soma attraverso la regolazione della dinamica di pH lisosomiale. Abbiamo mostrato che proteolisi lisosomiale-mediata sono promosso mentre gli animali si riproducono attivamente dal upregulation della trascrizione del v-atpasi, che a sua volta assicura i lisosomi acidi. Al termine della riproduzione, v-ATPasi espressione gocce, lysosomes alkalinize e aggregati di proteine si accumulano in queste cellule.
Disturbi che impedire l'acidificazione lisosomiale sono stati indicati per essere causato da attività alterata del v-atpasi, e diminuendo la funzione v-atpasi nel cervello inoltre è stato proposto per essere alla base di malattie neurodegenerative vari23. Ulteriormente i nostri risultati sostengono l'ipotesi che la funzione alterata del v-atpasi è tra le cause della senescenza cellulare e invecchiamento24.
Un segno distintivo citologico delle cellule di invecchiamento è la progressiva formazione di proteine misfolded e aggregate in vecchio cellule1,25,26,27,28,29. Come sui elegans del c., proteine simili aggregati sono trovati nel lume lisosomiale di ritardo passaggio mammiferi coltivati cellule27,29. Poiché i lisosomi sono l'endpoint terminale del pathway autofagico, è plausibile che il continuo afflusso di proteine danneggiate e organelli lisosomi alkalinized provoca il collasso funzionale di questi lisosomi, che poi porta ad altro Eventi a valle che in definitiva contribuiscono alla senescenza cellulare.
Il protocollo descritto qui è stato progettato per generare una valutazione semplice e riproducibile l'acidità relativa nei lisosomi intestinali di live elegans del c. Perché una gamma stretta di pH (4.5 – 5) è necessaria in questi organelli per proteolisi corretta, sottili aumenti di pH hanno conseguenze drammatiche per l'omeostasi cellulare e tissutale17. Le caratteristiche di fluorescenza e basso pka di cDCFDA consente questo colorante acquisire le modifiche in acidità in questa finestra di pH fisiologicamente rilevanti18. La concentrazione di cDCFDA consigliato per la colorazione dei lisosomi è stata ottimizzata per fornire la migliore lettura possibile di variazioni di pH lisosomiale basato sui nostri parametri di imaging e il sistema di imaging. Anche così, i risultati di macchiatura di cDCFDA potrebbero variare per diversi utenti finali sulla loro installazione imaging basati tale che le variazioni del pH lisosomiale potrebbero non accurato rifletteranno nel modello di macchiatura di cDCFDA. Se questo accade, la migliore linea d'azione sarebbe quella di utilizzare variando le concentrazioni di cDCFDA (da 10 a 100mm) per determinare la concentrazione ottimale per variazioni di imaging a tipo selvaggio N2 worms al giorno 2 e giorno 8 post L4. La concentrazione di cDCFDA ideale è quella che macchie lisosomi delle viti senza fine giovani (post giorno 2 L4) in modo efficiente senza essere troppo saturi, ma mostra anche una diminuzione intensità di colorazione per vecchi vermi di (giorno 8 post L4).
Uno dei limiti della tecnica di colorazione di cDCFDA è il tempo di incubazione lunga. Quando i vermi sono incubati in un particolare momento, i risultati possono essere visualizzati solo dopo ~ 24 h. Sarebbe più efficiente per sviluppare un ceppo di c. elegans che consente una lettura in tempo reale di pH lisosomiale, presumibilmente utilizzando un fluoroforo pH sensibili etichettato ad una proteina di membrana lisosomiale.
Mentre esistono alcune tecniche diverse per la valutazione di pH nell'intestino di c. elegans, la maggior parte di queste tecniche o valutare il pH dell'intestino come un intero30, , o richiedono iniezione nella cavità del corpo, che è che richiede tempo e ingombrante31. cDCFDA può essere applicato facilmente per schermi genetici su larga scala utilizzando librerie d'alimentazione di RNAi per cercare di mutanti di c. elegans quel pH lisosomiale Visualizza alterato o la fisiologia. Gli aspetti solo critici di questo metodo sono la concentrazione del cDCFDA usato ed essere sicuri di includere un giovane (post giorno 2 L4) N2 ceppo di controllo come un punto di riferimento per la configurazione di imaging confocale durante ogni sessione.
Per comprendere meglio il contributo di pH lisosomiale a invecchiamento, sarà importante dissecare i meccanismi regolatori dietro i cambiamenti dinamici in acidità lisosomiale in risposta agli ingressi diversi cellulari e ambientali. macchiatura di cDCFDA può essere utilizzata come una strategia per estendere questa ricerca in c. elegans.

L'aspetto di aggregati proteici ampiamente è accettato per essere un marchio di garanzia di invecchiamento in cellule eucariotiche1,2,3e la formazione di cui è pensato per essere tra i piloti di principio di senescenza cellulare4 , 5 , 6 , 7. sta coltivando la prova che come cellule età, catabolismo proteico è alterato, portando ad un aumento di aggregazione proteica. Il crollo di proteolisi in cellule di invecchiamento comporta un danno dell'autofagia8 , così come di degradazione proteasome-mediata della proteina9. Infine, ossidazione irreversibile della proteina è aumentata in cellule vecchie, compromettendo ulteriormente proteina catabolismo10.
L'autofagia è stato inizialmente pensato per essere un processo non-selettivi per la degradazione della massa di proteine danneggiate, ma recenti studi hanno indicato che l'autofagia è altamente selettivo per il catabolismo di aggregati di proteine e organelli disfunzionali che non sono suscettibili di degradazione tramite altri meccanismi di clearance proteina11. Durante il processo di autofagia, proteine danneggiate e aggregate sono sequestrate in una vescicola di doppia membrana chiamata autofagosoma. Quindi questo autofagosoma si fonde con gli acidi organelli chiamati lisosomi, che porta alla degradazione dell'autofagosoma carico12. I lisosomi rappresentano il punto finale del pathway autofagico e partecipano a diversi processi cellulari come la riparazione della membrana, controllo trascrizionale e rilevamento dei nutrienti; evidenziando il loro ruolo centralizzato nell'omeostasi cellulare (rivisto in rif. 13). Parecchi studi hanno indicato un'associazione tra una diminuzione età-dipendente nella funzione lisosomiale e vari disordini di neurodegenerative13. Coerentemente, ristabilimento della funzione lysosomal in cellule anziani può ritardare l'insorgenza di relazione con l'invecchiamento fenotipi14,15. Gli studi della composizione del milieu mancata suggeriscono che il collasso della funzione lysosomal in cellule anziani non è a causa di una riduzione della produzione di proteasi lisosomiali16. In alternativa, è stato proposto che perdita di acidità intralysosomal, un requisito fondamentale della sua attività enzimatica, può essere alla base il calo di proteolisi lisosoma-mediata17. Per essere in grado di esplorare questa ipotesi, è essenziale sviluppare reagenti e protocolli per sondare i cambiamenti dinamici nel pH lisosomiale in cellule vive in maniera coerenza e replicabile.
L'intestino di c. elegans è il tessuto metabolico principale in viti senza fine ed è un regolatore critico dell'omeostasi sistemica e durata della vita. Abbiamo sviluppato saggi per valutare i cambiamenti dell'acidità del lume intestinali lisosomi di vermi per determinare come lisosoma-mediata proteolisi contribuisce all'invecchiamento. Anche se fluorofori pH sensibili sono stati usati precedentemente in c. elegans per contrassegnare i lisosomi intestinali, ci non è stato ancora uno sforzo per stabilire un protocollo di successo in grado di rilevare piccoli aumenti in pH lisosomiale in vivo18. Qui, forniamo un protocollo che può essere utilizzato per rilevare la perdita di acidità lisosomiale nelle cellule intestinali di c. elegans utilizzando un protocollo di alimentazione semplice e conveniente che incorpora un fluoroforo pH sensibili (cDCFDA) in OP50 cibo.

<table><tbody><tr><td>OP50 (&lt;em&gt;E. coli&lt;/em&gt;)</td><td>Caenorhabditis Genetics Center</td><td></td><td>Order online at https://cgc.umn.edu/strain/OP50</td></tr><tr><td>5(6)-carboxy-2&amp;rsquo;,7&amp;rsquo;-dichlorofluorescein diacetate&amp;nbsp;</td><td>ThermoFisher</td><td>C369</td><td>Commonly known as cDCFDA</td></tr><tr><td>9-diethylamino-5H-benzo(a)phenoxazine-5-one and (3-{2-[(1H,1&#039;H-2,2&#039;-bipyrrol-5-yl-kappaN(1))methylidene]-2H-pyrrol-5-yl-kappaN}-N-[2-(dimethylamino)ethyl]propanamidato)(difluoro)boron</td><td>ThermoFisher</td><td>L7528</td><td>Commonly known as Lysotracker Red</td></tr><tr><td>Confocal microscope (e.g. Zeiss LSM 510)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ImageJ</td><td></td><td></td><td>Download for free from https://imagej.nih.gov/ij/download.html</td></tr><tr><td>LB Broth powder</td><td>ThermoFisher</td><td>22700041</td><td></td></tr><tr><td>Bacto Agar</td><td>Sigma</td><td>A5306-1KG</td><td></td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma</td><td>S9888</td><td></td></tr><tr><td>Bacto Peptone</td><td>Fisher Scientific</td><td>S71604</td><td></td></tr><tr><td>Cholesterol powder</td><td>Sigma</td><td>C3045&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>CaCl2</td><td>Sigma</td><td>449709</td><td></td></tr><tr><td>MgSO4</td><td>Sigma</td><td>M7506</td><td></td></tr><tr><td>K3PO4</td><td>Sigma</td><td>P5629</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Azide</td><td>Sigma</td><td>S2002</td><td></td></tr><tr><td>DMSO</td><td>Sigma</td><td>D8418</td><td></td></tr><tr><td>Microscope Slides</td><td>VWR</td><td>48311-703</td><td></td></tr><tr><td>Cover Slips</td><td>ThermoFisher</td><td>3406</td><td></td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Sigma</td><td>A6013</td><td></td></tr><tr><td>Incubator</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mirror or other smooth flat surface</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

assessing lysosomal alkalinization in the intestine of live caenorhabditis elegans

Il nematode Caenorhabditis elegans (c. elegans) è un sistema di modello che è ampiamente usato per studiare la longevità e le vie dello sviluppo. Tali studi sono facilitati dalla trasparenza dell'animale, la capacità di avanti e indietro le analisi genetiche, la relativa facilità di generare proteine fluorescente contrassegnati e l'uso di coloranti fluorescenti che possono sia essere microiniettati in anticipo embrione o incorporati in suo cibo (e. coli ceppo OP50) per etichettare gli organelli cellulari (ad es. 9-diethylamino-5h-benzo (a) phenoxazine-5-one e (3-{2-[(1H,1'H-2,2'-bipyrrol-5-yl-kappaN(1)) methylidene]-2H-pyrrol-5-yl-kappaN} - N - [2-(dimethylamino)ethyl]propanamidato)(difluoro)boron). Qui, presentiamo l'uso di un colorante fluorescente pH sensibili che macchie intestinali lisosomi, fornendo una lettura visiva dei cambiamenti dinamici, fisiologici acidità lisosomiale in vermi vivi. Questo protocollo non misurare pH lisosomiale, ma piuttosto mira a stabilire un metodo affidabile di valutazione fisiologiche varianti pertinenti lysosomal acidità. cDCFDA è un cellulare-permeante composto che viene convertito il fluoroforo fluorescente 5-(and-6)-carboxy-2',7'-dichlorofluorescein (cDCF) su idrolisi dalle esterasi intracellulari. Protonazione all'interno dei lisosomi trappole cDCF in questi organelli, dove si accumula. A causa del suo basso pKa di 4.8, questo colorante è stato utilizzato come un sensore di pH in lievito. Qui descriviamo l'uso di cDCFDA come integratore alimentare per valutare l'acidità dei lisosomi intestinali in elegans del c. Questa tecnica consente il rilevamento dei lisosomi alcalinizzante in animali vivi, e ha una vasta gamma di applicazioni sperimentali tra cui studi sull'invecchiamento, autophagy e biogenesi lisosomiale.

cDCFDA macchie lysosomes in maniera dipendente dal pH, e il suo basso pKa e pronto assorbimento lisosomi rende un sensore di pH ideale21. cDCFDA intensità di colorazione è inversamente proporzionale al pH lisosomiale (cioè colorazione intensità aumenta con il diminuire del pH)18,22. cDCFDA segnali sono costantemente deboli nei lisosomi di animali trattati con clorochina, un inibitore dell'acidificazione lisosomiale di 20 mM e a worms impoverito del v-atpasi, la proteina complessa sulla membrana dei lisosomi che è necessaria per l'importazione di protone22 . Questi sono importanti controlli da utilizzare per valutare i livelli relativi di cDCFDA in altri ambiti di provenienza genetici o trattamenti di colorazione.
Troviamo anche senza effetti evidenti dell'esposizione di cDCFDA sull'idoneità o la fertilità di vermi trattati (dati non mostrati). Usando questo protocollo, abbiamo identificato un'endogena perdita di acidità nei lisosomi di tipo selvaggio sui vermi. Come mostrato in figura 3, il segnale di fluorescenza cDCFDA è robusto nei lisosomi delle giovani (post 2 giorno L4) riproduzione di c. elegans, significando i lisosomi acidificati. L'intensità di colorazione riduce considerevolmente su alcalinizzazione dei lisosomi, come osservato nel vecchio worm (8 giorni post L4) anche come vermi dove si riduce l'afflusso di protone in questi organelli (via atterramento di vha geni che codificano per le subunità del v-ATPasi). Usando questo metodo, abbiamo rilevato una perdita fisiologica di lysosomal acidità nell'intestino degli animali sui (diagramma nella Figura 2, immagini di fluorescenza nella Figura 3). Il cDCFDA ridotto segnale negli intestini del giorno 8 (post-L4) worm ha sottolineato lisosomi alkalinized e un possibile danno nella clearance di proteina. Questo è infatti il caso, come questi animali si accumulano significativamente aggregati proteici all'interno dei lisosomi a questa fase di vita22. Per convalidare un ruolo di disacidificazione lume in questo processo, abbiamo co-macchiato giovane, che riproducono gli animali che erano stati esauriti di RNAi di due componenti principali della macchina pompa v-ATPasi (VHA-2 e VHA-8) e pertanto correttamente non dovrebbero essere importati protoni in lisosomi. Come previsto, vha-2 e vha-8 RNAi gli animali, anche nella fase riproduttiva, hanno mostrato segnali di fluorescenza cDCFDA ridotta paragonabili a quelle di tipo selvaggio sui vermi e coerente con i lisosomi alkalinized (Figura 3).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57414/57414fig1.jpg"> Figura 1: preparazione di vetrini per microscopia. Uno schema semplice passo-passo che mostra i passi da seguire per la preparazione dei vetrini per microscopia.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57414/57414fig2.jpg"> Figura 2: Uso di coloranti sensibili al pH per sondare acidità nei lisosomi intestinali di c. elegans. Diagramma che mostra i modelli di intensità di fluorescenza cDCFDA intestinale in riproduzione (giorno 2) e post-riproduttiva (giorno 8) worm. I principali diagrammi mostrano vermi interi. Le caselle in fondo rappresentano ingrandita, proiettati diagrammi della regione del midgut, il lume intestinale nel centro. I lisosomi sono raffigurati come vescicole di varie dimensioni nel citoplasma delle cellule intestinali. Confrontare questi diagrammi schematici con immagini di Figura 3 .
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57414/57414fig3.jpg"> Figura 3: colorazione immagini cDCFDA. Immagini rappresentative, mostrando il giorno 2 e giorno 8 (post L4) lisosomi intestinali di c. elegans (N2 wild type) macchiati con cDCFDA così come i lisosomi intestinali di vermi RNAi vha-2 e vha-8 macchiato con cDCFDA (controllo positivo). VHA-2 e vha-8 codificano per subunità di vacuolar dell'atpasi (vATPase), la pompa protonica fodera della membrana lisosomiale che è responsabile per l'acidificazione del lume lisosomiale.

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Assessing Lysosomal Alkalinization in the Intestine of Live Caenorhabditis elegans

Una guida dettagliata per sondare la perdita di acidità lysosomal nell'intestino di c. elegans usando il colorante vitale sensibili al pH 6 - carboxy - 2', 7'-diclorofluoresceina diacetato (cDCFDA)

Valutazione Lysosomal alcalinizzazione l' intestino di Live Caenorhabditis elegans

The nematode Caenorhabditis elegans (C. elegans) is a model system that is widely used to study longevity and developmental pathways. Such studies are ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Developmental Biology

Assessing Lysosomal Alkalinization in the Intestine of Live Caenorhabditis elegans

5.9K Views.  University of Saskatchewan. Una guida dettagliata per sondare la perdita di acidità lysosomal nell'intestino di c. elegans usando il colorante vitale sensibili al pH 6 - carboxy - 2', 7'-diclorofluoresceina diacetato (cDCFDA)

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Small-Scale Colorimetric Assays of Intracellular Lactate and Pyruvate in the Nematode Caenorhabditis elegans

Lactate and pyruvate are key intermediates of intracellular energy metabolic pathways. Monitoring the lactate/pyruvate ratio in cells helps to determine whether there is an imbalance in age-related energy metabolism between mitochondrial oxidative phosphorylation and aerobic glycolysis. Here, we show the utilization of commercial colorimetric assay kits for lactate and pyruvate in the model organism C. elegans. Recently, the sensitivity and accuracy of the colorimetric/fluorimetric assay kits have been improved greatly by the research and development conducted by reagent manufacturers. The improved reagents have enabled the use of small-scale assays with a 96-well plate in C. elegans. In general, a fluorimetric assay is superior in sensitivity to a colorimetric assay; however, the colorimetric approach is more suitable for the use in common laboratories. Another important issue in these assays for quantitative determination is protein precipitation of homogenized C. elegans samples. In our protein precipitation method, common precipitants (e.g., trichloroacetic acid, perchloric acid and metaphosphoric acid) are used for sample preparation. A protein-free assay sample is prepared by directly adding cold precipitant (final concentration of 5%) during homogenization.

Small-Scale Colorimetric Assays of Intracellular Lactate and Pyruvate in the Nematode Caenorhabditis elegans

We describe a modified small-scale extraction and colorimetric assays of lactate and pyruvate in the nematode C. elegans. When utilizing commercial assay kits, the technical development of their sensitivity and accuracy is important. Protein precipitation in extraction is the most critical step for the quantitative determination of intracellular metabolites.

Su piccola scala saggi colorimetrici di intracellulare lattato e piruvato nel Nematode Caenorhabditis elegans

Lactate and pyruvate are key intermediates of intracellular energy metabolic pathways. Monitoring the lactate/pyruvate ratio in cells helps to determine ...

Ricerca

Biochimica

The C. elegans Intestine As a Model for Intercellular Lumen Morphogenesis and In Vivo Polarized Membrane Biogenesis at the Single-cell Level: Labeling by Antibody Staining, RNAi Loss-of-function Analysis and Imaging

Multicellular tubes, fundamental units of all internal organs, are composed of polarized epithelial or endothelial cells, with apical membranes lining the lumen and basolateral membranes contacting each other and/or the extracellular matrix. How this distinctive membrane asymmetry is established and maintained during organ morphogenesis is still an unresolved question of cell biology. This protocol describes the C. elegans intestine as a&#160;model for the analysis of polarized membrane biogenesis during tube morphogenesis, with emphasis on apical membrane and lumen biogenesis. The C. elegans twenty-cell single-layered intestinal epithelium is arranged into a simple bilaterally symmetrical tube, permitting analysis on a single-cell level. Membrane polarization occurs concomitantly with polarized cell division and migration during early embryogenesis, but de novo polarized membrane biogenesis continues throughout larval growth, when cells no longer proliferate and move. The latter setting allows one to separate subcellular changes that simultaneously mediate these different polarizing processes, difficult to distinguish in most polarity models. Apical-, basolateral membrane-, junctional-, cytoskeletal- and endomembrane components can be labeled and tracked throughout development by GFP fusion proteins, or assessed by in situ antibody staining. Together with the organism&#39;s genetic versatility, the C. elegans intestine thus provides a unique in vivo model for the visual, developmental, and molecular genetic analysis of polarized membrane and tube biogenesis. The specific methods (all standard) described here include how to: label intestinal subcellular components by antibody staining; analyze genes involved in polarized membrane biogenesis by loss-of-function studies adapted to the typically essential tubulogenesis genes; assess polarity defects during different developmental stages; interpret phenotypes by epifluorescence, differential interference contrast (DIC) and confocal microscopy; quantify visual defects. This protocol can be adapted to analyze any of the often highly conserved molecules involved in epithelial polarity, membrane biogenesis, tube and lumen morphogenesis.

The C. elegans Intestine As a Model for Intercellular Lumen Morphogenesis and In Vivo Polarized Membrane Biogenesis at the Single-cell Level: Labeling by Antibody Staining, RNAi Loss-of-function Analy

The transparent C. elegans intestine can serve as an "in vivo tissue chamber" for studying apicobasal membrane and lumen biogenesis at the single-cell and subcellular level during multicellular tubulogenesis. This protocol describes how to combine standard labeling, loss-of-function genetic/RNAi and microscopic approaches to dissect these processes on a molecular level.

Il c. elegans intestino come un modello per intercellulare Lumen morfogenesi e biogenesi di membrana polarizzata In Vivo a livello di singola cellula: etichettatura da macchiatura dell'anticorpo, RNAi Loss-of-function Analysis and Imaging

Multicellular tubes, fundamental units of all internal organs, are composed of polarized epithelial or endothelial cells, with apical membranes lining the ...

Biologia dello sviluppo

The C. elegans Excretory Canal as a Model for Intracellular Lumen Morphogenesis and In Vivo Polarized Membrane Biogenesis in a Single Cell: labeling by GFP-fusions, RNAi Interaction Screen and Imaging

The four C. elegans excretory canals are narrow tubes extended through the length of the animal from a single cell, with almost equally far extended intracellular endotubes that build and stabilize the lumen with a membrane and submembraneous cytoskeleton of apical character. The excretory cell expands its length approximately 2,000 times to generate these canals, making this model unique for the in vivo assessment of de novo polarized membrane biogenesis, intracellular lumen morphogenesis and unicellular tubulogenesis. The protocol presented here shows how to combine standard labeling, gain- and loss-of-function genetic or RNA interference (RNAi)-, and microscopic approaches to use this model to visually dissect and functionally analyze these processes on a molecular level. As an example of a labeling approach, the protocol outlines the generation of transgenic animals with fluorescent fusion proteins for live analysis of tubulogenesis. As an example of a genetic approach, it highlights key points of a visual RNAi-based interaction screen designed to modify a gain-of-function cystic canal phenotype. The specific methods described are how to: label and visualize the canals by expressing fluorescent proteins; construct a targeted RNAi library and strategize RNAi screening for the molecular analysis of canal morphogenesis; visually assess modifications of canal phenotypes; score them by dissecting fluorescence microscopy; characterize subcellular canal components at higher resolution by confocal microscopy; and quantify visual parameters. The approach is useful for the investigator who is interested in taking advantage of the C. elegans excretory canal for identifying and characterizing genes involved in the phylogenetically conserved processes of intracellular lumen and unicellular tube morphogenesis.

The C. elegans Excretory Canal as a Model for Intracellular Lumen Morphogenesis and In Vivo Polarized Membrane Biogenesis in a Single Cell: labeling by GFP-fusions, RNAi Interaction Screen and Imaging

The C. elegans excretory canal is a unique single-cell model for the visual in vivo analysis of de novo polarized membrane biogenesis. This protocol describes a combination of standard genetic/RNAi and imaging approaches, adaptable for the identification and characterization of molecules directing unicellular tubulogenesis, and apical membrane and lumen biogenesis.

Il canale di Excretory c. elegans come un modello per intracellulare Lumen morfogenesi e biogenesi di membrana polarizzata In Vivo in una singola cella: etichettatura di GFP-fusioni, schermata di interazione di RNAi e Imaging

The four C. elegans excretory canals are narrow tubes extended through the length of the animal from a single cell, with almost equally far extended ...

Immobilization of Caenorhabditis elegans to Analyze Intracellular Transport in Neurons

Axonal transport and intraflagellar transport (IFT) are essential for axon and cilia morphogenesis and function. Kinesin superfamily proteins and dynein are molecular motors that regulate anterograde and retrograde transport, respectively. These motors use microtubule networks as rails. Caenorhabditis elegans (C. elegans) is a powerful model organism to study axonal transport and IFT in vivo. Here, I describe a protocol to observe axonal transport and IFT in living C. elegans. Transported cargo can be visualized by tagging cargo proteins using fluorescent proteins such as green fluorescent protein (GFP). C. elegans is transparent and GFP-tagged cargo proteins can be expressed in specific cells under cell-specific promoters. Living worms can be fixed by microbeads on 10% agarose gel without killing or anesthetizing the worms. Under these conditions, cargo movement can be directly observed in the axons and cilia of living C. elegans without dissection. This method can be applied to the observation of any cargo molecule in any cells by modifying the target proteins and/or the cells they are expressed in. Most basic proteins such as molecular motors and adaptor proteins that are involved in axonal transport and IFT are conserved in C. elegans. Compared to other model organisms, mutants can be obtained and maintained more easily in C. elegans. Combining this method with various C. elegans mutants can clarify the molecular mechanisms of axonal transport and IFT.

Immobilization of Caenorhabditis elegans to Analyze Intracellular Transport in Neurons

Caenorhabditis elegans (C. elegans) is a good model to study axonal and intracellular transport. Here, I describe a protocol for in vivo recording and analysis of axonal and intraflagellar transport in C. elegans.

Immobilizzazione del Caenorhabditis elegans per analizzare il trasporto intracellulare nei neuroni

Axonal transport and intraflagellar transport (IFT) are essential for axon and cilia morphogenesis and function. Kinesin superfamily proteins and dynein ...

A Caenorhabditis elegans Model System for Amylopathy Study

Amylopathy is a term that describes abnormal synthesis and accumulation of amyloid beta (A&beta;) in tissues with time. A&beta; is a hallmark of Alzheimer's disease (AD) and is found in Lewy body dementia, inclusion body myositis and cerebral amyloid angiopathy 1-4. Amylopathies progressively develop with time. For this reason simple organisms with short lifespans may help to elucidate molecular aspects of these conditions. Here, we describe experimental protocols to study A&beta;-mediated neurodegeneration using the worm Caenorhabditis elegans. Thus, we construct transgenic worms by injecting DNA encoding human A&beta;42 into the syncytial gonads of adult hermaphrodites. Transformant lines are stabilized by a mutagenesis-induced integration. Nematodes are age synchronized by collecting and seeding their eggs. The function of neurons expressing A&beta;42 is tested in opportune behavioral assays (chemotaxis assays). Primary neuronal cultures obtained from embryos are used to complement behavioral data and to test the neuroprotective effects of anti-apoptotic compounds.

A Caenorhabditis elegans Model System for Amylopathy Study

We describe methods to study aspects of amylopathies in the worm C. elegans. We show how to construct worms expressing human A&beta;42 in neurons and how to test their function in behavioral assays. We further show how to obtain primary neuronal cultures that can be used for pharmacological testing.

A<em&gt; Caenorhabditis elegans</em&gt; Sistema modello per Amylopathy Studio

Amylopathy is a term that describes abnormal synthesis and accumulation of amyloid beta (A&beta;) in tissues with time. A&beta; is a hallmark of ...

Neuroscienze

Stable Isotopic Profiling of Intermediary Metabolic Flux in Developing and Adult Stage Caenorhabditis elegans

Stable isotopic profiling has long permitted sensitive investigations of the metabolic consequences of genetic mutations and/or pharmacologic therapies in cellular and mammalian models. Here, we describe detailed methods to perform stable isotopic profiling of intermediary metabolism and metabolic flux in the nematode, Caenorhabditis elegans. Methods are described for profiling whole worm free amino acids, labeled carbon dioxide, labeled organic acids, and labeled amino acids in animals exposed to stable isotopes either from early development on nematode growth media agar plates or beginning as young adults while exposed to various pharmacologic treatments in liquid culture. Free amino acids are quantified by high performance liquid chromatography (HPLC) in whole worm aliquots extracted in 4% perchloric acid. Universally labeled 13C-glucose or 1,6-13C2-glucose is utilized as the stable isotopic precursor whose labeled carbon is traced by mass spectrometry in carbon dioxide (both atmospheric and dissolved) as well as in metabolites indicative of flux through glycolysis, pyruvate metabolism, and the tricarboxylic acid cycle. Representative results are included to demonstrate effects of isotope exposure time, various bacterial clearing protocols, and alternative worm disruption methods in wild-type nematodes, as well as the relative extent of isotopic incorporation in mitochondrial complex III mutant worms (isp-1(qm150)) relative to wild-type worms. Application of stable isotopic profiling in living nematodes provides a novel capacity to investigate at the whole animal level real-time metabolic alterations that are caused by individual genetic disorders and/or pharmacologic therapies.

Stable Isotopic Profiling of Intermediary Metabolic Flux in Developing and Adult Stage Caenorhabditis elegans

Stable isotopic profiling by gas chromatography mass spectrometric analysis of intermediary metabolic flux is described in the nematode, Caenorhabditis elegans. Methods are detailed for assessing isotopic enrichment in carbon dioxide, organic acids, and amino acids following isotope exposure either during development on agar plates or during adulthood in liquid culture.

Stabile Profiling isotopica di Flux Intermediario Metabolica in fase di sviluppo e per adulti Caenorhabditis elegans</em

Stable isotopic profiling has long permitted sensitive investigations of the metabolic consequences of genetic mutations and/or pharmacologic therapies in ...

Biologia

RNA Fluorescence in situ Hybridization (FISH) to Visualize Microbial Colonization and Infection in Caenorhabditis elegans Intestines

The intestines of wild Caenorhabditis nematodes are inhabited by a variety of microorganisms, including gut microbiome bacteria and pathogens, such as microsporidia and viruses. Because of the similarities between Caenorhabditis elegans and mammalian intestinal cells, as well as the power of the C. elegans system, this host has emerged as a model system to study host intestine-microbe interactions in vivo. While it is possible to observe some aspects of these interactions with bright-field microscopy, it is difficult to accurately classify microbes and characterize the extent of colonization or infection without more precise tools. RNA fluorescence in situ hybridization (FISH) can be used as a tool to identify and visualize microbes in nematodes from the wild or to experimentally characterize and quantify infection in nematodes infected with microbes in the lab. FISH probes, labeling the highly abundant small subunit ribosomal RNA, produce a bright signal for bacteria and microsporidian cells. Probes designed to target conserved regions of ribosomal RNA common to many species can detect a broad range of microbes, whereas targeting divergent regions of the ribosomal RNA is useful for narrower detection. Similarly, probes can be designed to label viral RNA. A protocol for RNA FISH staining with either paraformaldehyde (PFA) or acetone fixation is presented. PFA fixation is ideal for nematodes associated with bacteria, microsporidia, and viruses, whereas acetone fixation is necessary for the visualization of microsporida spores. Animals were first washed and fixed in paraformaldehyde or acetone. After fixation, FISH probes were incubated with samples to allow for the hybridization of probes to the desired target. The animals were again washed and then examined on microscope slides or using automated approaches. Overall, this FISH protocol enables detection, identification, and quantification of the microbes that inhabit the C. elegans intestine, including microbes for which there are no genetic tools available.

RNA Fluorescence in situ Hybridization FISH to Visualize Microbial Colonization and Infection in Caenorhabditis elegans Intestines

Intestinal microbes, including extracellular bacteria and intracellular pathogens like the Orsay virus and microsporidia (fungi), are often associated with wild Caenorhabditis nematodes. This article presents a protocol for detecting and quantifying microbes that colonize and/or infect C. elegans nematodes, and for measuring pathogen load after controlled infections in the lab.

Ibridazione in situ con fluorescenza dell'RNA (FISH) per visualizzare la colonizzazione microbica e l'infezione nell'intestino di Caenorhabditis elegans

The intestines of wild Caenorhabditis nematodes are inhabited by a variety of microorganisms, including gut microbiome bacteria and pathogens, such as ...

Immunologia e infezioni

An Anoxia-starvation Model for Ischemia/Reperfusion in C. elegans

Protocols for anoxia/starvation in the genetic model organism C. elegans simulate ischemia/reperfusion. Worms are separated from bacterial food and placed under anoxia for 20 hr&#160;(simulated ischemia), and subsequently moved to a normal atmosphere with food (simulated reperfusion). This experimental paradigm results in increased death and neuronal damage, and techniques are presented to assess organism viability, alterations to the morphology of touch neuron processes, as well as touch sensitivity, which represents the behavioral output of neuronal function. Finally, a method for constructing hypoxic incubators using common kitchen storage containers is described. The addition of a mass flow control unit allows for alterations to be made to the gas mixture in the custom incubators, and a circulating water bath allows for both temperature control and makes it easy to identify leaks. This method provides a low cost alternative to commercially available units.

An Anoxia-starvation Model for Ischemia/Reperfusion in C. elegans

A protocol is described that uses anoxia/starvation in C. elegans to model ischemia/reperfusion. Functional outcomes include increased mortality, visible abnormalities in GFP-labeled neuronal processes, and impaired behavioral responses that require neuronal function.

Un modello di anossia-fame per ischemia / riperfusione in<em&gt; C. elegans</em

Protocols for anoxia/starvation in the genetic model organism C. elegans simulate ischemia/reperfusion. Worms are separated from bacterial food and placed ...

Measuring the Effects of Bacteria and Chemicals on the Intestinal Permeability of Caenorhabditis elegans

In living organisms, intestinal hyperpermeability is a serious symptom that leads to many inflammatory bowel diseases (IBDs). Caenorhabditis elegans is a nonmammalian animal model that is widely used as an assay system due to its short lifespan, transparency, cost-effectiveness, and lack of animal ethics issues. In this study, a method was developed to investigate the effects of different bacteria and 3,3'-diindolylmethane (DIM) on the intestinal permeability of C. elegans with a high-throughput image analysis system. The worms were infected with different gut bacteria or cotreated with DIM for 48 h and fed with fluorescein isothiocyanate (FITC)-dextran overnight. Then, the intestinal permeability was examined by comparing the fluorescence images and the fluorescence intensity inside the worm bodies. This method may also have the potential to identify probiotic and pathogenic intestinal bacteria that affect intestinal permeability in the animal model and is effective for examining the effects of harmful or health-promoting chemicals on intestinal permeability and intestinal health. However, this protocol also has some considerable limitations at the genetic level, especially for determining which genes are altered to control illness, because this method is mostly used for phenotypic determination. In addition, this method is limited to determining exactly which pathogenic substrates cause inflammation or increase the permeability of the worms' intestines during infection. Therefore, further in-depth studies, including investigation of the molecular genetic mechanism using mutant bacteria and nematodes as well as chemical component analysis of bacteria, are required to fully evaluate the function of bacteria and chemicals in determining intestinal permeability.

Measuring the Effects of Bacteria and Chemicals on the Intestinal Permeability of Caenorhabditis elegans

This protocol describes how to measure intestinal permeability of Caenorhabditis elegans. This method is helpful for basic biological research on intestinal health related to the interaction between intestinal bacteria and their host and for screening to identify probiotic and chemical agents to cure leaky gut syndrome and inflammatory bowel diseases.

Misurazione degli effetti di batteri e sostanze chimiche sulla permeabilità intestinale della caenorhabditis elegans

In living organisms, intestinal hyperpermeability is a serious symptom that leads to many inflammatory bowel diseases (IBDs). Caenorhabditis elegans is a ...

Medicina

Hand Dissection of Caenorhabditis elegans Intestines

Comprised of only 20 cells, the Caenorhabditis elegans intestine&#160;is the nexus of many life-supporting functions, including digestion, metabolism, aging, immunity, and environmental response. Critical interactions between the C. elegans host and its environment converge within the intestine, where gut microbiota concentrate. Therefore, the ability to isolate intestine tissue away from the rest of the worm is necessary to assess intestine-specific processes. This protocol describes a method for hand dissecting adult C. elegans intestines. The procedure can be performed in fluorescently labeled strains for ease or training purposes. Once the technique is perfected, intestines can be collected from unlabeled worms of any genotype. This microdissection approach allows for the simultaneous capture of host intestinal tissue and gut microbiota, a benefit to many microbiome studies. As such, downstream applications for the intestinal preparations generated by this protocol can include but are not limited to RNA isolation from intestinal cells and DNA isolation from captured microbiota. Overall, hand dissection of C. elegans intestines affords a simple and robust method to investigate critical aspects of intestine biology.

Hand Dissection of Caenorhabditis elegans Intestines

The present protocol describes a procedure for isolating intestines from adult Caenorhabditis elegans nematode worms by hand for input in genomics, proteomics, microbiome, or other assays.

Dissezione manuale di Caenorhabditis elegans Intestini

Comprised of only 20 cells, the Caenorhabditis elegans intestine&#160;is the nexus of many life-supporting functions, including digestion, metabolism, ...

Valutazione Lysosomal alcalinizzazione l' intestino di Live Caenorhabditis elegans

Riepilogo

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