Name: quantification of information encoded by gene expression levels during lifespan modulation under broad-range dietary restriction in c. elegans
Uploaded: 2017-08-16T15:00:00
Duration: 9 min 23 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Quantification of Information Encoded by Gene Expression Levels During Lifespan Modulation Under Broad-range Dietary Restriction in C. elegans at JoVE.com

ونحن نشكر برجمان وهورفيتز المختبرات للمواد الكاشفة. وقدمت بعض سلالات كجك، الذي يموله مكتب المعاهد الوطنية للصحة "برامج الهياكل الأساسية للبحوث" (P40 OD010440). ونشكر أيضا م. ليبوفسيك للتعليقات على المخطوطة. وأيده هذا البحث ويلكوم ترست (المشروع منحة 087146 إلى مستشار)، بسرك (BB/H020500/1 و 1/BB/M00757X إلى مستشار)، مجلس البحوث الأوروبي (242666 نيراج إلى مستشار الملكة)، لنا المعاهد الوطنية للصحة (R01AG035317 و R01GM088333 إلى H.L.)، والولايات المتحدة مؤسسة العلوم الوطنية (0954578 إلى H.L.، جرفب 0946809 بوقار).

<ol>
	<li>Gendron, C. M., Chung, B. Y., Pletcher, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+sensory+system:+More+than+just+a+window+to+the+external+world.">The sensory system: More than just a window to the external world.</a> Commun Integr Biol. 8 (2), 1017159 (2015).</li><li>Calhoun, A. 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=Neural+Mechanisms+for+Evaluating+Environmental+Variability+in+Caenorhabditis+elegans.">Neural Mechanisms for Evaluating Environmental Variability in Caenorhabditis elegans.</a> Neuron. 86 (2), 428-441 (2015).</li><li>Fontana, L., Partridge, L., Longo, V. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extending+healthy+life+span--from+yeast+to+humans.">Extending healthy life span--from yeast to humans.</a> Science. 328 (5976), 321-326 (2010).</li><li>Cho, Y., Zhao, C. L., Lu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trends+in+high-throughput+and+functional+neuroimaging+in+Caenorhabditis+elegans.">Trends in high-throughput and functional neuroimaging in Caenorhabditis elegans.</a> Wiley Interdiscip Rev Syst Biol Med. 5, 01376 (2017).</li><li>Ching, T. -. T., Hsu, A. -. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solid+plate-based+dietary+restriction+in+Caenorhabditis+elegans.">Solid plate-based dietary restriction in Caenorhabditis elegans.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. (51), e2701 (2011).</li><li>Greer, E. L., Brunet, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Different+dietary+restriction+regimens+extend+lifespan+by+both+independent+and+overlapping+genetic+pathways+in+C.+elegans.">Different dietary restriction regimens extend lifespan by both independent and overlapping genetic pathways in C. elegans.</a> Aging Cell. 8 (2), 113-127 (2009).</li><li>Mair, W., Panowski, S. H., Shaw, R. J., Dillin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimizing+dietary+restriction+for+genetic+epistasis+analysis+and+gene+discovery+in+C.+elegans.">Optimizing dietary restriction for genetic epistasis analysis and gene discovery in C. elegans.</a> PLoS ONE. 4 (2), 4535 (2009).</li><li>Sutphin, G. L., Kaeberlein, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+Caenorhabditis+elegans.+life+span+on+solid+media.">Measuring Caenorhabditis elegans. life span on solid media.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. (27), e1152 (2009).</li><li>Ching, T. -. T., Paal, A. B., Mehta, A., Zhong, L., Hsu, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=-Ldrr-2+encodes+an+eIF4H+that+acts+downstream+of+TOR+in+diet-restriction-induced+longevity+of+C.+elegans.">-Ldrr-2 encodes an eIF4H that acts downstream of TOR in diet-restriction-induced longevity of C. elegans.</a> Aging Cell. 9 (4), 545-557 (2010).</li><li>Kaeberlein, T. L., 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=Lifespan+extension+in+Caenorhabditis+elegans.+by+complete+removal+of+food.">Lifespan extension in Caenorhabditis elegans. by complete removal of food.</a> Aging Cell. 5 (6), 487-494 (2006).</li><li>Lee, G. 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=Dietary+deprivation+extends+lifespan+in+Caenorhabditis+elegans.">Dietary deprivation extends lifespan in Caenorhabditis elegans.</a> Aging Cell. 5 (6), 515-524 (2006).</li><li>Entchev, E. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+gene-expression-based+neural+code+for+food+abundance+that+modulates+lifespan.">A gene-expression-based neural code for food abundance that modulates lifespan.</a> elife. 4, 06259 (2015).</li><li>Diana, G., 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+control+of+encoding+strategy+in+a+food-sensing+neural+circuit.">Genetic control of encoding strategy in a food-sensing neural circuit.</a> elife. 6, (2017).</li><li>Shannon, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Mathematical+Theory+of+Communication.">A Mathematical Theory of Communication.</a> Bell System Technical Journal. 27 (3), 379-423 (1948).</li><li>Stiernagle, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maintenance+of+C.+elegans.">Maintenance of C. elegans.</a> WormBook : the online review of C elegans biology. , 1-11 (2006).</li><li>Garigan, 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=Genetic+analysis+of+tissue+aging+in+Caenorhabditis+elegans.:+a+role+for+heat-shock+factor+and+bacterial+proliferation.">Genetic analysis of tissue aging in Caenorhabditis elegans.: a role for heat-shock factor and bacterial proliferation.</a> Genetics. 161 (3), 1101-1112 (2002).</li><li>Aitlhadj, L., St&#252;rzenbaum, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+FUdR+can+cause+prolonged+longevity+in+mutant+nematodes.">The use of FUdR can cause prolonged longevity in mutant nematodes.</a> Mech Ageing Dev. 131 (5), 364-365 (2010).</li><li>Anderson, E. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=C.+elegans.lifespan+extension+by+osmotic+stress+requires+FUdR,+base+excision+repair,+FOXO,+and+sirtuins.">C. elegans.lifespan extension by osmotic stress requires FUdR, base excision repair, FOXO, and sirtuins.</a> Mech Ageing Dev. 154, 30-42 (2016).</li><li>Angeli, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+DNA+synthesis+inhibitor+is+protective+against+proteotoxic+stressors+via+modulation+of+fertility+pathways+in+Caenorhabditis+elegans.">A DNA synthesis inhibitor is protective against proteotoxic stressors via modulation of fertility pathways in Caenorhabditis elegans.</a> Aging. 5 (10), 759-769 (2013).</li><li>Rooney, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+5'-fluoro-2-deoxyuridine+on+mitochondrial+biology+in+Caenorhabditis+elegans).">Effects of 5'-fluoro-2-deoxyuridine on mitochondrial biology in Caenorhabditis elegans).</a> Exp Gerontol. 56, 69-76 (2014).</li><li>van Raamsdonk, J. M., Hekimi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FUdR+causes+a+twofold+increase+in+the+lifespan+of+the+mitochondrial+mutant+gas-1.">FUdR causes a twofold increase in the lifespan of the mitochondrial mutant gas-1.</a> Mech Ageing Dev. 132 (10), 519-521 (2011).</li><li>Cheng, K. C. -. C., Klancer, R., Singson, A., Seydoux, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+MBK-2/DYRK+by+CDK-1+and+the+pseudophosphatases+EGG-4+and+EGG-5+during+the+oocyte-to-embryo+transition.">Regulation of MBK-2/DYRK by CDK-1 and the pseudophosphatases EGG-4 and EGG-5 during the oocyte-to-embryo transition.</a> Cell. 139 (3), 560-572 (2009).</li><li>Parry, J. M., 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=EGG-4+and+EGG-5+Link+Events+of+the+Oocyte-to-Embryo+Transition+with+Meiotic+Progression+in+C.+elegans.">EGG-4 and EGG-5 Link Events of the Oocyte-to-Embryo Transition with Meiotic Progression in C. elegans.</a> Curr Biol. 19 (20), 1752-1757 (2009).</li><li>Chung, K., Crane, M. M., Lu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+on-chip+rapid+microscopy,+phenotyping+and+sorting+of+C.+elegans.">Automated on-chip rapid microscopy, phenotyping and sorting of C. elegans.</a> Nat Methods. 5 (7), 637-643 (2008).</li><li>Crane, M. M., 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=Autonomous+screening+of+C.+elegans.identifies+genes+implicated+in+synaptogenesis.">Autonomous screening of C. elegans.identifies genes implicated in synaptogenesis.</a> Nat Methods. 9 (10), 977-980 (2012).</li><li>Unger, M. A., Chou, H. P., Thorsen, T., Scherer, A., Quake, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monolithic+microfabricated+valves+and+pumps+by+multilayer+soft+lithography.">Monolithic microfabricated valves and pumps by multilayer soft lithography.</a> Science. 288 (5463), 113-116 (2000).</li><li>Zhan, M., 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=Automated+Processing+of+Imaging+Data+through+Multi-tiered+Classification+of+Biological+Structures+Illustrated+Using+Caenorhabditis+elegans.">Automated Processing of Imaging Data through Multi-tiered Classification of Biological Structures Illustrated Using Caenorhabditis elegans.</a> PLoS Comput Biol. 11 (4), 1004194 (2015).</li><li>Duong, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kernel+density+estimation+and+kernel+discriminant+analysis+for+multivariate+data+in+R.">Kernel density estimation and kernel discriminant analysis for multivariate data in R.</a> Journal of Statistical Software. 21 (7), 21 (2007).</li><li>R Development Core Team. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> R: A language and environment for statistical computing. , (2008).</li><li>Cover, T. M., Thomas, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Elements of information theory. , (2006).</li><li>Tkacik, G., Walczak, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Information+transmission+in+genetic+regulatory+networks:+a+review.">Information transmission in genetic regulatory networks: a review.</a> J Phys Condens Matter. 23 (15), 153102 (2011).</li><li>Arimoto, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Algorithm+for+Computing+the+Capacity+of+Arbitrary+Discrete+Memoryless+Channels.">An Algorithm for Computing the Capacity of Arbitrary Discrete Memoryless Channels.</a> IEEE Transactions on Information Theory. 18 (1), 14-20 (1972).</li><li>Cheong, R., Rhee, A., Wang, C. J., Nemenman, I., Levchenko, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Information+transduction+capacity+of+noisy+biochemical+signaling+networks.">Information transduction capacity of noisy biochemical signaling networks.</a> Science. 334 (6054), 354-358 (2011).</li><li>Schneidman, E., Bialek, W., Berry, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synergy,+redundancy,+and+independence+in+population+codes.">Synergy, redundancy, and independence in population codes.</a> J Neurosci. 23 (37), 11539-11553 (2003).</li><li>Lakowski, B., Hekimi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+genetics+of+caloric+restriction+in+Caenorhabditis+elegans.">The genetics of caloric restriction in Caenorhabditis elegans.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 95 (22), 13091-13096 (1998).</li><li>Golegaonkar, S., 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=Rifampicin+reduces+advanced+glycation+end+products+and+activates+DAF-16+to+increase+lifespan+in+Caenorhabditis+elegans.">Rifampicin reduces advanced glycation end products and activates DAF-16 to increase lifespan in Caenorhabditis elegans.</a> Aging Cell. 14 (3), 463-473 (2015).</li><li>Houtkooper, R. H., 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=Mitonuclear+protein+imbalance+as+a+conserved+longevity+mechanism.">Mitonuclear protein imbalance as a conserved longevity mechanism.</a> Nature. 497 (7450), 451-457 (2013).</li><li>Ye, X., Linton, J. M., Schork, N. J., Buck, L. B., Petrascheck, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+pharmacological+network+for+lifespan+extension+in+Caenorhabditis+elegans.">A pharmacological network for lifespan extension in Caenorhabditis elegans.</a> Aging Cell. 13 (2), 206-215 (2014).</li></ol>

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

وهنا نقدم طريقة جديدة لتقييد الغذائية التي تقوم بتغليف مجموعة أوسع بكثير من التركيزات الغذائية من البروتوكولات المنشورة سابقا. هذا الأسلوب يربط بين هاتين الظاهرتين منفصلة سابقا ينظر في الأدب الدكتور C. ايليجانس ، الحرمان البكتيرية وتقييد الغذائية الكلاسيكية، السماح لكل التأثيرات الغذائية أن تكون دراسة البروتوكول إطار واحد. باستخدام النموذج الجديد للدكتور واسع النطاق، نقدم إطارا عاماً لدراسة التعبير الجيني خلية مفردة ردا على أحد الرموز بيئية محددة، وتحديد مدى هذه الخلية بترميز المعلومات. لدينا إطار يتكون من بروتوكولين التجريبية التي توضح كيفية القيام بإعمار والتصوير الكمي، على التوالي، ضمن نطاق واسع يمكن ثم فحص بيانات الدكتور من هذه البروتوكولات التجريبية مع التحليلات الحسابية المنصوص عليها في وهذا الإطار تحديد مقدار المعلومات المشفرة بواسطة التغيرات في مستويات التعبير الجيني أو إعمار عبر الظروف الغذائية المختلفة.
عمر تجارب باستخدام نموذج الدكتور واسعة النطاق تشمل ستة مستويات متميزة الأغذية (الجدول 1). وهذا يقتضي اتباع نهج كثيفة العمالة أكثر من فحص طول العمر تحت مستويات غذائية أقل، مثل الحرمان الغذائي10،11 أو استخدام الخلفية الوراثية أكل 2 35. ومع ذلك، دراسة في عمر تحت شرط واحد يمكن الحد من تفسيرات لدور أحد الجينات في الدكتور. على سبيل المثال، نحن مؤخرا أظهرت أن طفرات daf-7 توهين ثنائي الاتجاه للاستجابة للتركيز الغذائي بالمقارنة مع الحيوانات البرية نوع12 (الشكل 1A). نظراً لغياب الغذاء، عرض طفرات daf-7 تقصير عمرها مقارنة بالحيوانات البرية نوع. إذا كان نظرنا فقط الحرمان الغذائي، علينا أن فسرت أن الجين داف-7 أنها ضرورية لتمديد عمر فقط، عند في الواقع دور daf-7 أكثر تعقيداً. ولذلك، نتائج حاسمة لهذا الجزء من البروتوكول لتحديد ما إذا كان الجين لمصلحة المتورطين في تحوير الاستجابة الشاملة لعمر للتغيرات في وفرة الغذاء.
ميزة واحدة كبرى لهذا البروتوكول مقارنة بالأساليب الأخرى أنه يستخدم طريقة جديدة للقضاء على إنتاج ذرية في الحيوانات تمر بتحليل عمر. معظم الدراسات استخدام المخدرات فودر لتمنع انتشار germline في الكبار مما يجعلها عقيمة. ومع ذلك، أظهرت الدراسات الحديثة يمكن أن يكون العلاج فودر الآثار المحددة للشرط والجينات في عمر17،،من1819،،من2021، التشكيك في السؤال عن التطبيق العام. في هذا البروتوكول، والقضاء على إنتاج ذرية يتحقق من خلال 24 ساعة معاملة الحيوانات مع [رني] استهداف الجين بيضة-5 ، الذي يحول دون تشكيل قشر البيض كيتين لاخصاب بويضات C. ايليجانس مما أدى إلى انتهاء وفاة22،23. وميزة هذا الأسلوب هو أنها جداً الراحل بالنيابة وحتى لا تتداخل مع الخط، ومنظم رئيسي لطول العمر في C. ايليجانس.
أحد المحاذير المحتملة من البروتوكول الدكتور واسع النطاق هو الاعتماد على الاستخدام المضادات الحيوية للتحكم في انتشار البكتيريا لضمان مراقبة مشددة لتركيز البكتيريا. انتشار البكتيريا داخل القناة الهضمية للدودة المعروف أن يكون سببا رئيسيا للوفاة في C. ايليجانس16. وهكذا، استخدام المضادات الحيوية والاريثروسين، مثل كاربينيسيلين، في أجار NGM يمنع انتشار البكتيريا ويزيد عمر الديدان مقابل16من عناصر التحكم غير المضادات الحيوية. أنواع معينة من المضادات الحيوية، مثل الريفامبيسين36 وأعضاء الأسرة37،التتراسيكلين38، قد ثبت أن تمديد عمر في C. ايليجانس مستقل عن تأثيرها على البكتيريا الانتشار. ومع ذلك، لا يوجد دليل في الأدب أن كاربينيسيلين أو ستربتوميسين يمكن زيادة طول العمر في معزل عن أثرها على انتشار البكتيريا.
عمر يمكن اعتبار الناتج من عملية حسابية معقدة حيث تحال المعلومات البيئية، بالتعبير الجيني في الشبكات العصبية، وتوجيه إلى علم وظائف الأعضاء. يوفر بروتوكول لدينا منهجية لفهم جينات محددة كيف يؤثر هذا التدفق للمعلومات البيئية. ولمعالجة هذه المسألة، نحن بحاجة إلى معالجة لتحديد توزيع الردود التعبير الجيني على مستوى الخلايا المفردة الصور يمكن الاعتماد عليها. التمكن من تقدير متوسط استجابة التعبير الجيني للتغيرات في وفرة الغذاء بل أيضا توزيع إحصائية كاملة عن عدد كبير من السكان يمثل شرط هام للتطبيق أسلوب لدينا. هذا وصف دقيق للردود التعبير الجيني لوفرة الغذاء يسمح تطبيق نظرية المعلومات لتحديد مقدار المعلومات المشفرة بواسطة الخلايا العصبية المحددة، فضلا عن الاستراتيجية الترميز التي تستخدمها الدائرة العصبية.
جوانب التصوير والحسابية للأساليب المذكورة في هذا البروتوكول تنطبق على مجموعة أكبر من سياقات البيولوجية. في عملنا، وركزنا على شبكة العصبية صغيرة المعنية بالأغذية الاستشعار، ولكن تحليلات ميزات معالجة المعلومات لا تقتصر على نوع خلية محددة أو منبهات بيئية محددة. في المستقبل، يمكن تمديد هذه المنهجيات المحتملة إلى مجموعة أكبر من متغيرات المدخلات، التي تؤثر على أي إخراج الفسيولوجية. وسوف تسهم في فهم أفضل لكيفية ترميز الجينات شبكات تنظيمية، وعملية هذه النهج ونقل المعلومات.

جميع الكائنات الحية بحاجة إلى أن تكون قادرة على الشعور والاستجابة للتغييرات في البيئة لضمان بقائها. في الحيوانات، والعصبي هو الأولية للكشف عن محول طاقة للحصول على المعلومات حول البيئة وينسق الاستجابة الفسيولوجية لأي تغيير قد يؤثر على الكائن الحي للبقاء على قيد الحياة1. وفرة الغذاء هو جديلة بيئية التي يتم دراستها جيدا في سياقات متعددة لا ينظم السلوكيات المتعلقة بالأغذية، مثل مساحات العلف2، بل يؤثر أيضا طول العمر للحيوان. تحوير عمر بالتغيرات في وفرة الأغذية ظاهرة المعروفة باسم القيود الغذائية (DR)، وقد حفظ تطوري واسع3.
ديدان أسطوانية ايليجانس كاينورهابديتيس نظام نموذجي قوية لمعالجة المسائل البيولوجية الأساسية. وقد وضعت مجموعة كبيرة تقنيات التي تسمح بالتلاعب جينوم دودة، مثل الجينات [رني] و في فيفو تقنيات التحرير. صغيرة الحجم الفعلي للدودة وشفافيته البصرية أيضا تصلح للتصوير في فيفو كل الصحفيين الفلورسنت النسخي ومتعدية الجنسيات وجدوى التكنولوجيات الإنتاجية العالية مثل ميكروفلويديكس4. معا، هذه الأدوات يمكن تسخيرها لدراسة كيف العصبية سلوك الحيوانات مباشرة من الدوائر.
C. ايليجانس باكتيريفوري وتم نشر العديد من الطرق التي تسمح بمراقبة دقيقة لوفرة الغذاء عن طريق التلاعب في تركيز البكتيرية5،،من67،8 . داخل مجتمع البحوث C. ايليجانس ، درس الدكتور في سياقين مختلفين. ويمكن وصف الأول 'الدكتور الكلاسيكية'، كما أنه يعكس التغييرات التي شهدت استجابة لانخفاض مستويات الغذاء في الكائنات الحية الأخرى. وفي هذا السياق، تناقص وفرة الغذاء من مستويات إعلانية libitum النتائج في عمر زيادة حتى يتم التوصل إلى الوجه أمثل، بعد هذه النقطة طول العمر يتناقص مع مزيد من الخفض للغذاء6،7، 9. هو سياق الثانية التي درست الدكتور في C. ايليجانس الحرمان الغذائي الذي يزداد طول عمر الديدان بالإزالة الكاملة لأي مصدر الغذاء البكتيرية10،11. في انتشيف وآخرون (2015)12، أظهرنا أنه يمكن بحث التعقد في الدكتور الناجم عن هذه النماذج المختلفة اثنين في وقت واحد ضمن سياق نحن مصطلح 'الدكتور واسع النطاق'. باستخدام بروتوكول المبينة أدناه، وقد حددنا فئة جديدة من الجينات المشتركة في الدكتور bidirectionally أن تعدل رد عمر على وفرة الغذاء ويشاركون في الدوائر العصبية التي بمعنى الغذاء12 (الشكل 1).
ويدمج استجابة الحيوان للتغييرات في البيئة سلسلة عمليات البيولوجية التي تربط النظام الحسي للتفاعلات التنظيمية المعقدة توصيل المعلومات البيئية إلى علم وظائف الأعضاء. على الرغم من أن التفاصيل آليا من هذا القبيل "تدفق المعلومات" غالباً ما تكون غير معروفة، يمكن استخدام الأدوات الجينية للحصول على نظرة ثاقبة في كيفية تنظيم هذه العملية الحسابية المعقدة بين مختلف المكونات البيولوجية. في أعماله الأخيرة، أظهرنا أن تشارك في نقل المعلومات البيئية عن وفرة الغذاء عن طريق دارة العصبية الاستشعار من الأغذية التي ينظم عمر في C. ايليجانس12 daf-7 و الهيدروكربونات النفطية-1 , 13-عن طريق تطبيق الإطار الرياضي لنظرية المعلومات14، كنا قادرين على تحديد مقدار المعلومات البيئية، من حيث بت، يتم تمثيلها بالتغييرات التعبير الجيني في daf-7 و tph-1 في الخلايا العصبية المحددة عبر مستويات مختلفة من الأغذية. ومن هذا، ثم كنا قادرين على الكشف عن استراتيجية الترميز التي تستخدمها هذه الدائرة العصبية، وكيف يتم التحكم وراثيا (الشكل 2).
في البروتوكول التالي، نحن تحديد الخطوات اللازمة لفهم ما تأثيرات جينات فائدة التي أعرب عنها في الخلايا العصبية المحددة وكيف تشارك فيها بتدفق المعلومات الغذائية من البيئة إلى عمر. عموما، يتم تقسيم إطارنا في اثنين من البروتوكولات التجريبية وسير عمل حسابي. للجوانب التجريبية، من الأهمية بمكان أن يكون طفرات الجينات من الفائدة التي يمكن دراستها ضمن نطاق واسع الصحفيين المؤمنين الدكتور النسخي أيضا ضرورية لتحديد مستوى تعبير الجينات في مستويات مختلفة من الأغذية. لتكون قادرة على القيام بالتحليل الحسابي وناقش في أسلوبنا، dataset يجب أن يكون حجم يكفي تقديم تقديرات ذات مغزى لتوزيعات التعبير. على الرغم من أن نقدم رموز المصدر قالب للتحليلات، يحتاج المستخدم لتكون على دراية بلغة نظرية المعلومات الذي يستخدم على نطاق واسع في جميع أنحاء إطارنا الحسابية. تتم كتابة رموز المصدر R و c + +. ولذلك، مستوى معيناً من البرمجة إجادة مطلوب أيضا تطبيقها بطريقة ذات مغزى.

<table style="border-collapse:collapse;width:465pt" width="620">
	<colgroup>
		<col style="width:177pt" width="236" />
		<col style="width:67pt" width="89" />
		<col style="width:68pt" width="91" />
		<col style="width:153pt" width="204" />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="40" style="height:30.0pt">
			<td class="xl18" height="40" style="width:177pt;height:30.0pt" width="236">Carbenicillin di-Sodium salt</td>
			<td class="xl18" style="width:67pt" width="89">Sigma-Aldrich</td>
			<td class="xl18" style="width:68pt" width="91">C1389-5G</td>
			<td class="xl18" style="width:153pt" width="204">Antibiotic</td>
		</tr>
		<tr height="40" style="height:30.0pt">
			<td class="xl18" height="40" style="height:30.0pt">Streptomycin Sulphate salt</td>
			<td class="xl18">Sigma-Aldrich</td>
			<td class="xl18">S6501-50G</td>
			<td class="xl18">Antibiotic</td>
		</tr>
		<tr height="40" style="height:30.0pt">
			<td class="xl18" height="40" style="height:30.0pt">&#160;Isopropyl &#946;-D-1-thiogalactopyranoside (IPTG)</td>
			<td class="xl18">Sigma-Aldrich</td>
			<td class="xl18">I6758-10G</td>
			<td class="xl18">Inducer for RNAi plates</td>
		</tr>
		<tr height="40" style="height:30.0pt">
			<td class="xl18" height="40" style="height:30.0pt">Sodium Chloride (NaCl)</td>
			<td class="xl18">Sigma-Aldrich</td>
			<td class="xl18">71380-1KG-M</td>
			<td class="xl18">Used in S basal, and NGM agar</td>
		</tr>
		<tr height="40" style="height:30.0pt">
			<td class="xl18" height="40" style="height:30.0pt">di-Potassium Hydrogen Phosphate(K2HPO4)</td>
			<td class="xl18">Sigma-Aldrich</td>
			<td class="xl18">1.05104.1000</td>
			<td class="xl18">Used in S basal, and NGM agar</td>
		</tr>
		<tr height="40" style="height:30.0pt">
			<td class="xl18" height="40" style="height:30.0pt">Potassium di-Hydrogen Phosphate (KH2PO4)</td>
			<td class="xl18">Sigma-Aldrich</td>
			<td class="xl18">P9791-1KG</td>
			<td class="xl18">Used in S basal, and NGM agar</td>
		</tr>
		<tr height="40" style="height:30.0pt">
			<td class="xl19" height="40" style="width:177pt;height:30.0pt" width="236">Magnesium Sulphate (MgSO4)</td>
			<td class="xl18">Sigma-Aldrich</td>
			<td class="xl18">M2643-1KG</td>
			<td class="xl18">Used in NGM agar</td>
		</tr>
		<tr height="40" style="height:30.0pt">
			<td class="xl19" height="40" style="width:177pt;height:30.0pt" width="236">Calcium Chloride (CaCl2)</td>
			<td class="xl18">Sigma-Aldrich</td>
			<td class="xl18">C5670-500G</td>
			<td class="xl18">Used in NGM agar</td>
		</tr>
		<tr height="40" style="height:30.0pt">
			<td class="xl19" height="40" style="width:177pt;height:30.0pt" width="236">Sodium Hydroxide (NaOH)</td>
			<td class="xl18">Sigma-Aldrich</td>
			<td class="xl18">71687-500G</td>
			<td class="xl18">Used for bleaching</td>
		</tr>
		<tr height="40" style="height:30.0pt">
			<td class="xl19" height="40" style="width:177pt;height:30.0pt" width="236">Pluronic-F127</td>
			<td class="xl18">Sigma-Aldrich</td>
			<td class="xl18">P2443-1KG</td>
			<td class="xl18">Used in imaging</td>
		</tr>
		<tr height="40" style="height:30.0pt">
			<td class="xl19" height="40" style="width:177pt;height:30.0pt" width="236">Sodium Hypochlorite (NaClO)</td>
			<td class="xl18">Sigma-Aldrich</td>
			<td class="xl18">1.05614.2500</td>
			<td class="xl18">Used for bleaching</td>
		</tr>
		<tr height="40" style="height:30.0pt">
			<td class="xl18" height="40" style="height:30.0pt">LB Broth</td>
			<td class="xl18">Invitrogen</td>
			<td class="xl20">12780052</td>
			<td class="xl18">Used to grow bacteria</td>
		</tr>
		<tr height="40" style="height:30.0pt">
			<td class="xl18" height="40" style="height:30.0pt">Adavanced TC 6 cm Tissue Culture plates</td>
			<td class="xl18">Greiner Bio-One</td>
			<td class="xl21" style="width:68pt" width="91">628960</td>
			<td class="xl18">Plates for lifespan</td>
		</tr>
		<tr height="40" style="height:30.0pt">
			<td class="xl18" height="40" style="height:30.0pt">CellStar 10cm Tissue Culture plates</td>
			<td class="xl18">Greiner Bio-One</td>
			<td class="xl20">664160</td>
			<td class="xl18">Plates for imaging</td>
		</tr>
		<tr height="40" style="height:30.0pt">
			<td class="xl18" height="40" style="height:30.0pt">Low Retention P200 tips</td>
			<td class="xl18">Brandt</td>
			<td class="xl20">732832</td>
			<td class="xl18">Tips for handling worms in liquid</td>
		</tr>
		<tr height="40" style="height:30.0pt">
			<td class="xl18" height="40" style="height:30.0pt">Agar</td>
			<td class="xl18">BD</td>
			<td class="xl20">214510</td>
			<td class="xl18">Agar for NGM, RNAi and NSC plates</td>
		</tr>
		<tr height="40" style="height:30.0pt">
			<td class="xl18" height="40" style="height:30.0pt">Bacto-peptone</td>
			<td class="xl18">BD</td>
			<td class="xl20">211820</td>
			<td class="xl18">Peptone for NGM, RNAi and NSC plates</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantification of information encoded by gene expression levels during lifespan modulation under broad-range dietary restriction in c. elegans

تسمح أنظمة حسية الحيوانات اكتشاف ومعالجة والاستجابة لبيئتهم. وفرة الغذاء هو جديلة بيئية التي لها آثار عميقة على فسيولوجيا الحيوان والسلوك. في الآونة الأخيرة، أظهرنا أن التحوير لطول العمر في ديدان أسطوانية ايليجانس كاينورهابديتيس بوفرة الغذاء أكثر تعقيداً مما المعترف بها سابقا. استجابة العمر إلى تغييرات في مستوى الغذاء تحدده الجينات المحددة التي تعمل بالتحكم في المعلومات المعالجة داخل دائرة العصبية. لدينا إطار يجمع بين التحليل الجيني والتصوير الفائق الكمية ونظرية المعلومات. وهنا يصف لنا كيف يمكن استخدام هذه التقنيات لتوصيف أي الجينات التي له صلة فسيولوجية قيود غذائية واسعة النطاق. على وجه التحديد، تم تصميم سير العمل هذا لتكشف كيف ينظم مورثة لمصلحة عمر تحت قيود غذائية واسعة النطاق؛ ثم إلى تحديد كيفية التعبير عن الجين يختلف مع المستوى الغذائي؛ وأخيراً، توفير الكمي غير منحازة لكمية المعلومات التي تنقلها التعبير الجيني عن وفرة الغذاء في البيئة. يقوم سير العمل هذا عندما يتم فحص جينات عدة في الوقت نفسه ضمن سياق الدائرة العصبية، يمكن كشف الاستراتيجية الترميز التي تستخدمها الدائرة.

Watch this Scientific Journal Video about Quantification of Information Encoded by Gene Expression Levels During Lifespan Modulation Under Broad-range Dietary Restriction in C. elegans at JoVE.com

Quantification of Information Encoded by Gene Expression Levels During Lifespan Modulation Under Broad-range Dietary Restriction in C. elegans

التحديد الكمي "المعلومات المشفرة" واسطة الجينات التعبير مستويات خلال عمر التحوير تحت نطاق واسع "الغذائية التقييد" في C. ايليجانس

نقدم هنا، إطارا قيود غذائية واسعة النطاق تتصل بالتعبير الجيني وعمر. يصف لنا البروتوكولات لتقييد نطاق واسع الغذائية والتصوير الكمي للتعبير الجيني في إطار هذا النموذج. كذلك فإننا مخطط التحليلات الحسابية للكشف عن ميزات معالجة المعلومات من الدوائر الوراثية الكامنة تشارك في الاستشعار عن بعد الغذاء.

Sensory systems allow animals to detect, process, and respond to their environment. Food abundance is an environmental cue that has profound effects on ...

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Biology

Genetics

Quantification of Information Encoded by Gene Expression Levels During Lifespan Modulation Under Broad-range Dietary Restriction in C. elegans

Gene Expression

SCIENTISTS IN ACTION

Parallel Measurement of Circadian Clock Gene Expression and Hormone Secretion in Human Primary Cell Cultures

قياس موازية التعبير الإيقاعية جين ساعة وهرمون إفراز في مزارع الخلايا الأولية البشرية

Circadian clocks are functional in all light-sensitive organisms, allowing for an adaptation to the external world by anticipating daily environmental ...

Optogenetic Random Mutagenesis Using Histone-miniSOG in C. elegans

Optogenetic Random Mutagenesis Using Histone-miniSOG in C. elegans

علم البصريات الوراثي الطفرات عشوائية عن طريق هيستون-miniSOG في<em&gt; C. ايليجانس</em

Forward genetic screening in model organisms is the workhorse to discover functionally important genes and pathways in many biological processes. In most ...

Studying Cell Cycle-regulated Gene Expression by Two Complementary Cell Synchronization Protocols

دراسة الخلية التعبير عن تنظيم دورة الجينات من قبل اثنين من بروتوكولات التزامن الخلية التكميلية

The gene expression program of the cell cycle represents a critical step for understanding cell cycle-dependent processes and their role in diseases such ...

Retroviral Scanning: Mapping MLV Integration Sites to Define Cell-specific Regulatory Regions

ريتروفيرال المسح الضوئي: تعيين مواقع تكامل ملف لتحديد المناطق التنظيمية الخاصة بالخلية

Moloney murine leukemia (MLV) virus-based retroviral vectors integrate predominantly in acetylated enhancers and promoters. For this reason, mLV ...

Measuring mRNA Levels Over Time During the Yeast S. cerevisiae Hypoxic Response

Measuring mRNA Levels Over Time During the Yeast S. cerevisiae Hypoxic Response

قياس مستويات مرناً على مر الزمن من خلال "الاستجابة" الخميرة التاكسج S. cerevisiae

Complex changes in gene expression typically mediate a large portion of a cellular response. Each gene may change expression with unique kinetics as the ...

Exploring the Root Microbiome: Extracting Bacterial Community Data from the Soil, Rhizosphere, and Root Endosphere

استكشاف ميكروبيومي الجذر: استخراج البيانات المجتمع البكتيرية من التربة، ورهيزوسفيري، واندوسفيري الجذر

The intimate interaction between plant host and associated microorganisms is crucial in determining plant fitness, and can foster improved tolerance to ...

Measuring Exercise Levels in Drosophila melanogaster Using the Rotating Exercise Quantification System (REQS)

Measuring Exercise Levels in Drosophila melanogaster Using the Rotating Exercise Quantification System REQS

قياس "مستويات ممارسة" في المورفولوجية melanogaster تدوير ممارسة القياس الكمي النظام (ريكس) باستخدام

Drosophila melanogaster is a new model organism for studies in exercise biology. To date, two main exercise systems, the Power Tower and the Treadwheel ...

The Replica Set Method: A High-throughput Approach to Quantitatively Measure Caenorhabditis elegans Lifespan

The Replica Set Method: A High-throughput Approach to Quantitatively Measure Caenorhabditis elegans Lifespan

طريقة تعيين النسخة متماثلة: نهج الفائق "قياس كمي" ايليجانس كاينورهابديتيس عمر

The Replica Set method is an approach to quantitatively measure lifespan or survival of Caenorhabditis elegans nematodes in a high-throughput manner, thus ...

The Use of Mouse Splenocytes to Assess Pathogen-associated Molecular Pattern Influence on Clock Gene Expression

استخدام الماوس سبلينوسيتيس لتقييم تأثير نمط الجزيئية المرتبطة بالعوامل الممرضة في التعبير الجيني على مدار الساعة

From behavior to gene expression, circadian rhythms regulate nearly all aspects of physiology. Here, we present a methodology to challenge mouse ...

Maintaining Biological Cultures and Measuring Gene Expression in Aphis nerii: A Non-model System for Plant-insect Interactions

Maintaining Biological Cultures and Measuring Gene Expression in Aphis nerii: A Non-model System for Plant-insect Interactions

الحفاظ على الثقافات البيولوجية وقياس التعبير الجيني في نيري عافص: نظام عدم-نموذج للتفاعلات بين النبات-الحشرات

Aphids are excellent experimental models for a variety of biological questions ranging from the evolution of symbioses and the development of polyphenisms ...