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

אנו מודים המעבדות Bargmann, הורביץ על נוגדנים. זנים מסוימים נמסרו על ידי CGC, אשר ממומן על ידי משרד NIH תוכניות תשתית מחקר (P40 OD010440). אנו מודים גם מ Lipovsek להערות על כתב היד. מחקר זה נתמך על ידי טרסט (פרוייקט גרנט 087146 כדי עוד), BBSRC (BB/H020500/1 ו- BB/M00757X/1 כדי עוד), המועצה האירופית למחקר (NeuroAge 242666 כדי עוד), לנו מכוני הבריאות הלאומיים (R01AG035317 ו- R01GM088333 כדי מרגשת), ארה ב הקרן הלאומית למדע (0954578 ל ה. ל, GRFP 0946809 אל M.Z.).

<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>

המחברים אין לחשוף.

כאן, אנו מציגים שיטה חדשה עבור הגבלת תזונתיים המכיל מגוון הרבה יותר רחב של מזון ריכוזי מאשר הפרוטוקולים שפורסמו בעבר. שיטה זו מקשרת שתי תופעות נפרדות בעבר ראיתי בספרות ד ר C. elegans , מניעת חיידקים והגבלה תזונתיים קלאסי, המאפשר שתי ההשפעות תזונתיים להיות למד תחת פרוטוקול. באמצעות התפיסה החדשה של ד ר מגוון רחב, אנו מציגים את מסגרת כללית בחינת תא בודד ביטוי גנים בתגובה רמז סביבתי ספציפי וקביעה כיצד תא זה מקודד מידע. מסגרת שלנו מורכב שני פרוטוקולים ניסיוני להמחיש כיצד לבצע לכלבים והדמיה כמותית, בהתאמה, תחת מגוון רחב נתונים ד ר בפרוטוקולים ניסיוניים אלה אפשר ואז לבחון עם הניתוחים חישובית הניתנים מסגרת זו כדי לכמת את המידע המקודד על ידי שינויים רמות ביטוי גנים או לכלבים על פני תנאי מזון שונים.
תוחלת החיים ניסויים באמצעות מגוון רחב ד ר הפרדיגמה לערב מזון ברורים שש רמות (טבלה 1). זה מצריך בגישה שדורשת יותר מאשר בוחן אריכות ימים תחת רמות אוכל פחות, כגון מניעת תזונתיים10,11 או באמצעות הרקע הגנטי לאכול-2 35. עם זאת, בחינת-תוחלת החיים תחת תנאי יחיד יכול להגביל הפירושים של תפקידו של הגן ד ר. לדוגמה, אנחנו לאחרונה הראה שיש מוטציות הדף היומי-7 הנחתה דו-כיווני של התגובה מזון ריכוז לעומת חיות פראי סוג12 (איור 1 א'). בהיעדר מזון, הדף היומי-7 המוטציות להציג לקיצור של תוחלת החיים שלהם בהשוואה חיות פראי סוג. אם היה רק שקלנו מחסור תזונתי, לנו היה מפרש את זה הגן הדף היומי-7 כמו להיות הכרחי עבור הארכת תוחלת החיים רק, , כאשר למעשה הדף היומי-7 תפקיד מורכב יותר. לכן, התוצאה קריטי של חלק זה של הפרוטוקול הוא להקים אם הגן עניין מעורב הכוח ויסות התגובה הכולל של תוחלת החיים לשינויים בשפע מזון.
אחד היתרונות של פרוטוקול זה לעומת שיטות אחרות הוא שהוא משתמש שיטה לחסל את רומא ייצור את החיות שעברו ניתוח תוחלת החיים. רוב המחקרים משתמשים בסם FuDR לעכב התפשטות germline במבוגרים והוציאם סטרילי. עם זאת, מחקרים שנעשו לאחרונה הראו טיפול FuDR יכול להיות תנאי-גנים ספציפיים או השפעות על תוחלת החיים17,18,19,20,21, מתקשר אל שאלה את תחולתן כללי. ב פרוטוקול זה, חיסול של רומא ייצור מושגת באמצעות ה 24 היחס לבעלי חיים עם RNAi מיקוד הגן ביצה-5 , אשר מעכב את היווצרות קליפת כיטין של מופרית oocytes C. elegans והתוצאה שלהם מוות22,23. היתרון של שיטה זו הוא כי זה מאוד מאוחר אקטינג, אז לא מפריע germline, אשר מווסת העיקריים של אריכות ימים C. elegans.
אחד הקונה הפוטנציאלי של פרוטוקול ד ר מגוון רחב הוא הסתמכותו על השימוש באנטיביוטיקה כדי לשלוט שגשוג חיידקים כדי להבטיח שליטה הדוקה של ריכוז חיידקי. שגשוג חיידקים בתוך הבטן של התולעת ידוע להיות הגורם העיקרי למוות ב C. elegans16. לפיכך, השימוש באנטיביוטיקה bacteriostatic, כגון carbenicillin, באגר NGM מונעת שגשוג חיידקים ומגביר את תוחלת החיים של תולעים לעומת אנטיביוטיקה שאינה שולטת16. סוגים מסוימים של אנטיביוטיקה, ריפאמפיצין36 וחברי משפחה37,טטרציקלין38, הוכחו כדי להאריך את תוחלת החיים ב- C. elegans בנפרד השפעתם על בקטריאלי התפשטות. עם זאת, יש הוכחות בספרות או carbenicillin או סטרפטומיצין יכול להגדיל את תוחלת החיים בנפרד השפעתם על שגשוג חיידקים.
תוחלת החיים ניתן להציג בתור הפלט של חישוב מורכבים בו מועבר מידע סביבתי, על ידי ביטוי גנים ברשתות עצביים, פיזיולוגיה. פרוטוקול שלנו מספק מתודולוגיה להבין גנים ספציפיים איך להשפיע על זרם זה של מידע על איכות הסביבה. כדי להתייחס לשאלה זו, אנחנו צריכים עיבוד כדי לקבוע את התפלגות התגובות ביטוי הגן ברמת תא בודד תמונה אמינה. היכולת להעריך לא רק התגובה הממוצע של ביטוי גנים כדי משתנה בשפע מזון אלא מייצג גם את ההתפלגות הסטטיסטית מלא של אוכלוסיות גדולות של הדרישה הישימות. חשוב בשיטה שלנו. זה תיאור מדויק של ביטוי גנים התגובות שפע מזון מאפשר היישום של תורת האינפורמציה לכמת את המידע המקודד על ידי הנוירונים ספציפי, כמו גם את האסטרטגיה קידוד מועסק על ידי המעגל העצבי.
הדמיה היבטים חישובית מהשיטות המתוארות ב פרוטוקול זה ישימות לקבוצה גדולה של הקשרים ביולוגיים. בעבודתנו, התמקדנו ברשת עצבית קטנה מעורב מזון חישה, עם זאת, הבדיקות של תכונות עיבוד הנתונים אינם מוגבלים סוג תא מסוים או רמזים סביבתיים מסוימים. בעתיד, מתודולוגיות אלה פוטנציאל ניתן להרחיב מגוון גדול יותר של משתני הקלט, המשפיעים על כל פלט פיזיולוגיים. הגישות הללו תורמים להבנה גדולה יותר של מה רשתות בקרה רגולטריות לקודד, תהליך ולהעביר מידע.

כל האורגניזמים צריכים להיות מסוגלים לחוש ולהגיב לשינויים בסביבה כדי להבטיח את הישרדותם. ב בעלי חיים, מערכת העצבים הוא גלאי ראשי ומתמר של מידע אודות הסביבה והיא גם מתאמת את התגובה הפיזיולוגית לשינוי העלולות להשפיע על האורגניזם הישרדות1. שפע מזון הסימן הסביבה כי היא למדה היטב בהקשרים מרובים לא רק מסדיר התנהגויות הקשורות מזון, כגון הרעיה2, אלא גם משפיע על תוחלת החיים של חיה. האפנון של תוחלת החיים על ידי שינויים בשפע מזון הוא תופעה הידועה הגבלות תזונתיות (ד ר), ויש לו שימור אבולוציונית רחב3.
תולעים נימיות Caenorhabditis elegans הוא מערכת מודל חזק למיעון השאלות הביולוגיות הבסיסיות. פותחו למגוון רחב של טכניקות, המאפשרות מניפולציה של הגנום תולעת, כגון גן RNAi, ויוו עריכה טכניקות. גודל פיזי קטן של התולעת ושקיפות האופטי שלה גם להשאיל את עצמם ויוו הדמיה של שני גנים ברמת השעתוק והתרגום פלורסנט כתבים, השירות של תפוקה גבוהה טכנולוגיות כגון מיקרופלואידיקה4. יחד, ניתן לשלוט בכלים אלה כדי לבחון את המעגלים העצביים איך התנהגות בעלי חיים ישירה.
C. elegans bacterivore ויש מספר שיטות פורסמו המאפשרים שליטה מדויקת של שפע מזון על-ידי מניפולציה ריכוז חיידקי5,6,7,8 . בתוך קהילת המחקר C. elegans , ד ר נחקרה בהקשרים שונים שני. הראשון ניתן לכנות 'ד ר הקלאסית', כמו זה משקף את השינויים ראיתי בתגובה להפחתת רמות מזון אורגניזמים אחרים. בהקשר זה, הפחתת מזון שפע מרמות ad libitum תוצאות הגדלת תוחלת החיים עד אופטימום מתמלאת, לאחר אריכות ימים זה נקודת יורדת עם צמצום נוסף של מזון6,7, 9. ההקשר השני תחת אשר נחקרה ד ר C . elegans הוא מניעת התזונה שבו תוחלת החיים של התולעים מתגברת על ידי הסרה מלאה של כל מקור מזון חיידקי10,11. ב- Entchev et al. (2015)12, הראינו כי המורכבות. ד ר הנובע אלה שתי פרדיגמות שונות שניתן יהיה לבחון בו זמנית תחת הקשר אנו המונח 'מגוון רחב דר'. באמצעות פרוטוקול המפורטות להלן, זיהינו מחלקה חדשה של גנים המעורבים ד ר את ההכפלה לווסת את תוחלת החיים בתגובה שפע מזון, מעורבים את המעגלים העצביים המרגישות מזון12 (איור 1).
התגובה של חיה שינויים בסביבת משלבת רצף של תהליכים ביולוגיים לקשר מערכת החישה לאינטרקציות רגולטוריות מורכבות שינוע מידע סביבתי פיזיולוגיה. למרות הפרטים מכניסטית של כזה "זרימת המידע" לעתים קרובות לא ידוע, ניתן להשתמש בכלים גנטיים לרכוש תובנה כיצד זה חישוב מורכבים מאורגן בין מרכיבים ביולוגיים שונים. העבודה האחרונה שלנו, אנחנו הראו כי הדף היומי-7 ו- tph-1 המעורבים השידור של הסביבה מידע על שפע מזון דרך מעגל עצבי חישה מזון זה ממיקרו תוחלת החיים ב- C. elegans12 , 13. על-ידי החלת במסגרת תורת האינפורמציה14מתמטית, הצלחנו לכמת את כמות מידע סביבתי, במונחים של סיביות, המיוצג על-ידי השינויים ביטוי גנים הדף היומי-7 ו- tph-1 בנוירונים מסוים על פני רמות מזון שונים. מכאן, הצלחנו ואז לחשוף את האסטרטגיה קידוד המועסקים על ידי מעגל עצבי זה איך זה נקבע גנטית (איור 2).
בפרוטוקול הבא, אנחנו חלוקה לרמות השלבים הנדרשים כדי להבין מהן ההשפעות של הגנים של עניין לידי ביטוי נוירונים ספציפיים, איך הם משתתפים לזרימה של מזון מידע מן הסביבה כדי תוחלת החיים. באופן כללי, מסגרת שלנו מחולק שני פרוטוקולים ניסיוני, זרימת עבודה חישובית. על ההיבטים ניסיוני, זה קריטי יש מוטציות של גנים עניין זה תוכל להיבדק תחת מגוון רחב הכתבים תעתיק ד ר נאמן, גם צורך לכמת את רמת הביטוי של הגנים ברמות מזון שונים. כדי שתוכל לבצע את הניתוח חישובית שעלון השיטה שלנו, ערכת הנתונים צריך להיות בגודל מספיק כדי לספק הערכות משמעותי של הפצות ביטוי. למרות שאנו מספקים קודי המקור תבנית עבור הבדיקות, המשתמש צריך להיות מוכר עם השפה תיאוריית המידע שנמצא בשימוש נרחב לאורך שלנו מסגרת חישובית. קודי מקור כתובים R ו- C++. לכן, רמה מסוימת של מיומנות תכנות נדרש גם כדי להחיל אותם באופן משמעותי.

<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

המערכות התחושתיות מאפשרים לבעלי חיים לאתר, לעבד, ולהגיב לסביבתם. שפע מזון הסימן הסביבה זה יש השפעה עמוקה על פיזיולוגיה של בעלי חיים ואת ההתנהגות. לאחרונה, הראינו כי אפנון לאריכות ימים בתולעים נימיות Caenorhabditis elegans על ידי שפע מזון היא יותר מורכבת ממה מזוהה בעבר. התגובה של תוחלת החיים לשינויים ברמת האוכל נקבעת על ידי גנים ספציפיים שפועלים על ידי שליטה מידע עיבוד בתוך מעגל עצבי. מסגרת שלנו משלב ניתוח גנטי, הדמיה כמותיים תפוקה גבוהה, תורת האינפורמציה. כאן, אנו נתאר כיצד טכניקות אלה ניתן להשתמש כדי לאפיין כל הגן בעל רלוונטיות פיזיולוגיים של הגבלות תזונתיות מגוון רחב. באופן ספציפי, זרימת עבודה זו נועדה לחשוף כמה גנים עניין מווסת את תוחלת החיים תחת הגבלות תזונתיות מגוון רחב; אז כדי לקבוע כיצד הביטוי של הגן משתנה עם רמת אוכל; בסופו של דבר, כדי לספק של כימות לא משוחדת של כמות המידע שנמסר על-ידי ביטוי גנים על שפע מזון בסביבה. כאשר מספר גנים נבדקים בו זמנית במסגרת ההקשר של מעגל עצבי, זרימת עבודה זו יכולה לחשוף את האסטרטגיה קידוד מועסק על ידי המעגל.

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

כימות של מידע מקודד על ידי גנים ביטוי רמות במהלך תוחלת החיים אפנון תחת הגבלת תזונה מגוון רחב C . elegans

כאן, אנו מציגים מסגרת להתייחס הגבלות תזונתיות מגוון רחב ביטוי גנים ואת תוחלת החיים. אנו מתארים פרוטוקולים עבור הגבלות תזונתיות מגוון רחב, הדמיה כמותית של ביטוי גנים תחת הפרדיגמה הזו. אנחנו עוד חלוקה לרמות ניתוחים חישובית לחשוף שבבסיס תכונות עיבוד המידע של מעגלים גנטי מעורב חישה מזון.

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

מדידה במקביל של ביטוי גנים השעון הביולוגי ואת הפרשת הורמון בתרביות תאים ראשוניים אדם

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

Optogenetic mutagenesis אקראי באמצעות היסטון-miniSOG ב<em&gt; C. elegans</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

לימוד מחזור גנים ביטוי מוסדר על ידי שני פרוטוקולי סינכרון התא

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

Retroviral סריקה: מיפוי MLV אתרי אינטגרציה להגדרת אזורים רגולטוריים ספציפיים לתא

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

מדידת רמות ה-mRNA לאורך זמן במהלך שמרים ס' cerevisiae ובשפתיים התגובה

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

לחקור את השורש Microbiome: שליפת נתונים הקהילה חיידקי מן האדמה, Rhizosphere, Endosphere שורש

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

מדידת רמות פעילות גופנית ב- דרוזופילה melanogaster באמצעות מערכת כימות בתרגיל סיבוב (REQS)

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

השיטה קבע עותק משוכפל: בגישה תפוקה גבוהה באופן כמותי מידה Caenorhabditis elegans תוחלת החיים

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

השימוש העכבר Splenocytes כדי להעריך את ההשפעה הקשורים הפתוגן התבנית המולקולרית על ביטוי גנים שעון

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

שמירה על תרבויות ביולוגי מדידה ביטוי גנים ב Aphis nerii: מערכת Non-מודל עבור אינטראקציות צמח-חרק

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