Name: assessment of de novo protein synthesis rates in caenorhabditis elegans
Uploaded: 2020-09-12T13:00:00
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Ringraziamo Chaniotakis M. e Kounakis K. per la registrazione e l'editing video. K.P. è finanziato da una sovvenzione della Fondazione ellenica per la ricerca e l'innovazione (HFRI) e del Segretariato generale per la ricerca e la tecnologia (GSRT). N.T. è finanziato da sovvenzioni del Consiglio europeo della ricerca (CER – GA695190 – MANNA), dei programmi quadro della Commissione europea e del Ministero greco dell'istruzione.

NOTA: Sia le fusioni trascrizionali che trassuali in fluorofori possono essere utilizzate per valutare la traslazione delle proteine de novo in diversi tessuti. I tassi di sintesi proteica possono essere valutati per più famiglie di proteine localizzate in diversi compartimenti cellulari, tra cui citoplasma, mitocondri e nucleo7. I seguenti ceppi sono utilizzati per monitorare i tassi di sintesi proteica globale e neuronale, N2; Ex[pife-2GFP, pRF4], ife-2(ok306)</...

<ol>
	<li>Syntichaki, P., Troulinaki, K., Tavernarakis, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=eIF4E+function+in+somatic+cells+modulates+ageing+in+Caenorhabditis+elegans.">eIF4E function in somatic cells modulates ageing in Caenorhabditis elegans.</a> Nature. 445 (7130), 922-926 (2007).</li><li>Charmpilas, N., Daskalaki, I., Papandreou, M. E., Tavernarakis, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+synthesis+as+an+integral+quality+control+mechanism+during+ageing.">Protein synthesis as an integral quality control mechanism during ageing.</a> Ageing Research Reviews. 23, 75-89 (2015).</li><li>Li, G. W., Burkhardt, D., Gross, C., Weissman, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantifying+absolute+protein+synthesis+rates+reveals+principles+underlying+allocation+of+cellular+resources.">Quantifying absolute protein synthesis rates reveals principles underlying allocation of cellular resources.</a> Cell. 157 (3), 624-635 (2014).</li><li>Dermit, M., Dodel, M., Mardakheh, F. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+for+monitoring+and+measurement+of+protein+translation+in+time+and+space.">Methods for monitoring and measurement of protein translation in time and space.</a> Molecular Biosystems. 13 (12), 2477-2488 (2017).</li><li>Iwasaki, S., Ingolia, N. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Growing+Toolbox+for+Protein+Synthesis+Studies.">The Growing Toolbox for Protein Synthesis Studies.</a> Trends in Biochemical Sciences. 42 (8), 612-624 (2017).</li><li>Corsi, A. K., Wightman, B., Chalfie, 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+Transparent+Window+into+Biology:+A+Primer+on+Caenorhabditis+elegans.">A Transparent Window into Biology: A Primer on Caenorhabditis elegans.</a> Genetics. 200 (2), 387-407 (2015).</li><li>Kourtis, N., Tavernarakis, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell-specific+monitoring+of+protein+synthesis+in+vivo.">Cell-specific monitoring of protein synthesis in vivo.</a> PLoS One. 4 (2), 4547 (2009).</li><li>Parker, R., Sheth, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=P+bodies+and+the+control+of+mRNA+translation+and+degradation.">P bodies and the control of mRNA translation and degradation.</a> Molecular Cell. 25 (5), 635-646 (2007).</li><li>Rieckher, M., Markaki, M., Princz, A., Schumacher, B., Tavernarakis, N. <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+Proteostasis+by+P+Body-Mediated+Regulation+of+eIF4E+Availability+during+Aging+in+Caenorhabditis+elegans.">Maintenance of Proteostasis by P Body-Mediated Regulation of eIF4E Availability during Aging in Caenorhabditis elegans.</a> Cell Reports. 25 (1), 199-211 (2018).</li><li>Reits, E. A., Neefjes, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+fixed+to+FRAP:+measuring+protein+mobility+and+activity+in+living+cells.">From fixed to FRAP: measuring protein mobility and activity in living cells.</a> Nature Cell Biology. 3 (6), 145-147 (2001).</li><li>Keith, S. A., 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=Graded+Proteasome+Dysfunction+in+Caenorhabditis+elegans+Activates+an+Adaptive+Response+Involving+the+Conserved+SKN-1+and+ELT-2+Transcription+Factors+and+the+Autophagy-Lysosome+Pathway.">Graded Proteasome Dysfunction in Caenorhabditis elegans Activates an Adaptive Response Involving the Conserved SKN-1 and ELT-2 Transcription Factors and the Autophagy-Lysosome Pathway.</a> PLoS Genetics. 12 (2), 1005823 (2016).</li><li>Kumsta, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+autophagy+receptor+p62/SQST-1+promotes+proteostasis+and+longevity+in+C.+elegans+by+inducing+autophagy.">The autophagy receptor p62/SQST-1 promotes proteostasis and longevity in C. elegans by inducing autophagy.</a> Nature Communications. 10 (1), 5648 (2019).</li><li>Gregersen, N., Bolund, L., Bross, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+misfolding,+aggregation,+and+degradation+in+disease.">Protein misfolding, aggregation, and degradation in disease.</a> Molecular Biotechnology. 31 (2), 141-150 (2005).</li></ol>

La modulazione della sintesi proteica è essenziale per l'omeostasi organismosa. Durante l'invecchiamento, la sintesi proteica globale e specifica è perturbata. Recenti studi rivelano che l'equilibrio della traduzione delle proteine controlla direttamente la senescenza e l'invecchiamento non è solo un sottoprodotto del processo di invecchiamento. In particolare, componenti fondamentali del macchinario di traduzione come il fattore di iniziazione eucariotica 4E (eIF4E), che facilita il limite dell'mRNA durante l'iniziaz...

La sintesi e la degradazione delle proteine sono essenziali per l'omeostasi dell'organismo. Una moltitudine di malattie legate all'età sono istigate dalla produzione di proteinedifettose 1,2. Al fine di misurare i tassi di traduzione globale delle proteine, esistono tecniche biochimiche come la profilazione ribosomica, che prevede il sequenziamento profondo dei frammenti di mRNA protetti da riboso per monitorare l'espressione e la sintesi delle proteine3. Questo metodo, oltre ad essere una lettura indiretta dei tassi di traslazione, poiché una maggiore associazione dell'RNA ai ribosomi non significa necessariamente una maggiore traduzione, presenta svantaggi tecnici, come l'alto costo e il requisito di una grande quantità di materiale iniziale. D'altra parte, i metodi basati sulla proteomica consentono la quantificazione diretta delle proteine mediante profilazione metabolica dell'impulso seguita dall'analisi della spettrometriadi massa 4,5. Tuttavia, si tratta di un approccio semi-quantitativo con risoluzione temporale limitata che non può essere facilmente utilizzato in vivo. Inoltre, l'etichettatura della proteina può essere distribuita in modo ineguale nell'animale/tessuto di interesse. È importante sottolineare che entrambi questi metodi possono nascondere variazioni specifiche del tessuto o delle cellule nei tassi di conversione delle proteine rispettivamente in animali o tessuti interi.
Caenorhabditis elegans è un organismo modello facile da usare che può essere coltivato in grandi numeri6. Inoltre, la sua capacità genetica e la trasparenza consentono l'imaging dal vivo in vivo. Questo protocollo descrive la metodologia per rilevare i tassi di sintesi proteica utilizzando il recupero della fluorescenza dopo il fotobleaching (FRAP). Approfittiamo dell'espressione transgenica delle proteine fluorescenti, sia nell'intero organismo che in tessuti/cellule specifici. Gli animali transgenici possono esprimere GFP usando il promotore di un gene, che è ampiamente/globalmente espresso o un promotore specifico del tessuto per colpire tipi di cellule specifiche. Questa tecnica può essere estesa a un promotore specifico per esaminare i tassi di sintesi proteica di una proteina specifica.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Agar</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>5040</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agarose</td>
			<td>Biozym</td>
			<td>8,40,004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agarose pads 2%</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium chloride dehydrate (CaCl2&#8729;2H2O)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C5080</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cholesterol</td>
			<td>SERVA Electrophoresis</td>
			<td>17101.01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cycloheximide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C-7698</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dissecting stereomicroscope</td>
			<td>Nikon Corporation</td>
			<td></td>
			<td>SMZ645</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>edc-3(ok1427);Ex[punc-119GFP, pRF4]</td>
			<td>Tavernarakis lab</td>
			<td></td>
			<td>Maintain animals at 20 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epifluorescence microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td></td>
			<td>Axio Imager Z2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Escherichia coli OP50 strain</td>
			<td>Caenorhabditis Genetics Center (CGC)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescence dissecting stereomicroscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td></td>
			<td>SteREO Lumar V12</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Greiner Petri dishes (60 x 15 mm)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P5237</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ife-2(ok306);Ex[pife-2GFP, pRF4]</td>
			<td>Tavernarakis lab</td>
			<td></td>
			<td>Maintain animals at 20 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>image analysis software</td>
			<td>Fiji</td>
			<td></td>
			<td>https://fiji.sc</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KH2PO4</td>
			<td>EMD Millipore</td>
			<td>1,37,010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>K2HPO4</td>
			<td>EMD Millipore</td>
			<td>1,04,873</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LB liquid medium</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M9 buffer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium sulfate (MgSO4)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M7506</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope slides (75 x 25 x 1 mm)</td>
			<td>Marienfeld, Lauda-Koenigshofen</td>
			<td>10 006 12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microsoft Office 2011 Excel software package</td>
			<td>Microsoft Corporation, Redmond, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N2;Ex[pife-2GFP; pRF4]</td>
			<td>Tavernarakis lab</td>
			<td></td>
			<td>Maintain animals at 20 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N2;Ex[psod-3GFP; pRF4]</td>
			<td>Tavernarakis lab</td>
			<td></td>
			<td>Maintain animals at 20 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N2;Ex[punc-119GFP; pRF4]</td>
			<td>Tavernarakis lab</td>
			<td></td>
			<td>Maintain animals at 20 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Na2HPO4</td>
			<td>EMD Millipore</td>
			<td>1,06,586</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nematode growth medium (NGM) agar plates</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nystatin stock solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>N3503</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peptone</td>
			<td>BD, Bacto</td>
			<td>211677</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride (NaCl)</td>
			<td>EMD Millipore</td>
			<td>1,06,40,41,000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard equipment for preparing agar plates (autoclave, Petri dishes, etc.)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard equipment for maintaining worms (platinum wire pick, incubators, etc.).</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>statistical analysis software</td>
			<td>GraphPad Software Inc., San Diego, USA</td>
			<td></td>
			<td>GraphPad Prism software package</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Streptomycin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S6501</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV Crosslinker</td>
			<td>Vilber Lourmat BIO-LINK BLX 254</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Worm pick</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessment of de novo protein synthesis rates in caenorhabditis elegans

Mantenere un proteoma sano è essenziale per l'omeostasi cellulare e organismosa. La perturbazione dell'equilibrio tra il controllo traslazione proteica e la degradazione istiga una moltitudine di malattie legate all'età. Il declino dei meccanismi di controllo della qualità della proteostasi è un segno distintivo dell'invecchiamento. I metodi biochimici per rilevare la sintesi proteica de novo sono ancora limitati, presentano diversi svantaggi e non possono essere eseguiti in cellule o animali vivi. Caenorhabditis elegans, essendo trasparente e facilmente geneticamente modificato, è un ottimo modello per monitorare i tassi di sintesi delle proteine utilizzando tecniche di imaging. Qui, introduciamo e descriviamo un metodo per misurare la sintesi proteica de novo in vivo utilizzando il recupero della fluorescenza dopo il fotobleaching (FRAP). Gli animali transgenici che esprimono proteine fluorescenti in cellule o tessuti specifici sono irradiati da una potente fonte di luce con conseguente fotobleaching della fluorescenza. A sua volta, la valutazione del recupero della fluorescenza significa nuova sintesi proteica nelle cellule e/o nei tessuti di interesse. Pertanto, la combinazione di nematodi transgenici, interventi genetici e/o farmacologici insieme all'imaging dal vivo dei tassi di sintesi proteica può far luce sui meccanismi che mediano il collasso della proteostasi dipendente dall'età.

Utilizzando la procedura qui presentata, i nematodi transgenici di tipo selvaggio e mutante che esprimono i seguenti reporter somatici, pife-2GFP, psod-3GFP e punc-119GFP, sono stati utilizzati per valutare i tassi di sintesi delle proteine in base ai rispettivi protocolli. In particolare, i vermi mutanti di tipo selvaggio e ife-2 che esprimono GFP citoplasmico in tutti i loro tessuti somatici utilizzando il p...

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Assessment of de novo Protein Synthesis Rates in Caenorhabditis elegans

Qui, introduciamo e descriviamo un metodo nonradioattivo e non invasivo per valutare la sintesi proteica de novo in vivo, utilizzando il nematode Caenorhabditis elegans e il recupero della fluorescenza dopo il fotobleaching (FRAP). Questo metodo può essere combinato con schermi genetici e/o farmacologici per identificare nuovi modulatori della sintesi proteica.

Valutazione dei tassi di sintesi proteica de novo in Caenorhabditis elegans

Maintaining a healthy proteome is essential for cell and organismal homeostasis. Perturbation of the balance between protein translational control and ...

Il tasso di sintesi proteica è perturbato durante la malattia e l'invecchiamento. Il recupero della fluorescenza dopo il fotobleaching, o FRAP, consente la misurazione del tasso di sintesi proteica in vivo. Usiamo vermi C.elegans trasparenti, che esprimono GFP, come modello per monitorare la nuova sintesi proteica dopo il fotobleaching.Forniamo linee guida pratiche per misurare il recupero della fluorescenza utilizzando vermi transgenici, che esprimono GFP sotto diversi promotori, ampiamente espressi o in cellule o tessuti specifici. Inoltre, questo metodo offre il monitoraggio della velocità di sintesi proteica in tempo reale. Utilizzare uno stereomicroscopio sezionato per valutare gli stadi di sviluppo e la crescita dei nematodi transgenici di tipo selvaggio e mutante.Scegli 10 larve L4 di animali transgenici di tipo selvaggio e mutante che trasportano il reporter fluorescente desiderato su piastre di supporto per la crescita del nematode sementi con E.coli. Incubare e far crescere i nematodi alla temperatura standard di 20 gradi Celsius. Quattro giorni dopo, la piastra contiene una popolazione mista di vermi transgenici.Selezionare e trasferire 15 larve L4 di ogni ceppo su piastre OP50 NGM appena sementi. Esegui il test FRAP e monitora il tasso di sintesi proteica il primo giorno di età adulta. Il giorno successivo, preparare e utilizzare piastre NGM contenenti cicloeximide come controllo positivo.Uccidi i batteri esponendo le piastre NGM sementi per 15 minuti con luce UV. Aggiungere il cicloeximide sulla parte superiore delle piastre semibatteriche troppo 500 microgrammi per mL di concentrazione finale nel volume dell'agar. Lasciare asciugare i piatti.Trasferire nematodi transgenici che esprimono FPG su piastre contenenti veicoli e cicloeximidi. Incubare gli animali per due ore alla temperatura standard di 20 gradi Celsius. Raccogli e trasferisci animali transgenici adulti di un giorno su singoli piatti NGM seminati con una goccia OP50 da 20 microlitri al centro.Rimuovere il coperchio e posizionare ogni piastra sotto una lente obiettivo 20H di un microscopio epifluorescente. Mettere a fuoco e acquisire un'immagine di riferimento prima della fotobleaching. Fotobleach ogni campione per 10 minuti.Acquisire un'immagine dopo la fotobleaching. Tieni gli animali nei singoli piatti NGM e lasciali recuperare. Immagine e registrare il recupero di ogni reporter fluorescente ogni ora per almeno sei ore in uno stereomicroscopio epifluorescente.Preparare pastiglie di agarosio al 2% e aggiungere 10 microlitri di tampone M9 al centro del tampone di agarosio. Trasferire cinque nematodi transgenici che esprimono GFP citoplasmatica pan neuronale in una goccia di tampone M9. Utilizzare una ciglia per stendere il liquido.Gli animali mostrano movimenti ridotti entro due minuti a causa dell'assorbanza M9 nell'agar. Cambia la posizione del nematode usando un piccone per ciglia. Posizionare il campione alla lente obiettivo 40H di un microscopio epifluorescente senza utilizzare uno slittamento di copertura.Mettere a fuoco e acquisire un'immagine di riferimento. Fotoliach un'area di interesse mirata per 90 secondi. Acquisire un'immagine dopo la fotobleaching.Aggiungere una goccia di 10 microlitri di tampone M9 sui nematodi fotoliciati. Lascia che gli animali si riprendano per cinque minuti. Utilizzare il piccone per ciglia o una pipetta per trasferire i nematodi su singoli piatti NGM seminati con 20 microlitri OP50 cadere al centro.Cattura un'immagine di ogni campione ogni ora sotto uno stereomicroscopio epifluorescente. Vermi mutanti di tipo selvatico e fe-2 che esprimono GFP citoplasmatica attraverso i loro tessuti somatici usando il promotore fe-2 sono stati confrontati prima, immediatamente dopo il fotobleaching, e cinque ore dopo il recupero. Gli animali di tipo selvatico si ripresero completamente mentre i mutanti fe-2 avevano la capacità di recupero del minis.Così i vermi di tipo selvatico iniziano la normale sintesi proteica dopo il fotobleaching, mentre i vermi privi di fattore di iniziazione alla traduzione dell'mRNA fe-2 non sono in grado di farlo, indicando che il tasso di recupero fluorescente illustra il tasso di sintesi proteica in vivo. Il cicloeximide, uno specifico inibitore della traduzione dell'mRNA può essere usato come controllo positivo per l'inibizione della traslazione proteica. Infatti, gli animali transgenici trattati con cicloeximide che esprimono FPG citoplasmatica sotto il promotore non recuperano la loro fluorescenza al momento del fotobleaching.I corpi di elaborazione dell'mRNA influenzano il tasso di traduzione delle proteine. Nematodi mutanti di tipo selvaggio ed edc-3 che esprimono GFP pan-neuronalmente sono stati esaminati per la loro capacità di recupero al fotoblema mirato nella regione della testa. Il recupero fluorescente è molto più lento negli animali carenti di edc-3 rispetto ai vermi di tipo selvatico.La modulazione di sintesi proteica è essenziale per l'omeostasi organismica. Durante l'invecchiamento, la sintesi proteica globale e specifica viene perturbata. Il bilanciamento della traduzione proteica controlla direttamente la senescenza e l'invecchiamento.In particolare, i componenti principali dei macchinari di traduzione e i componenti interagenti del corpo P accelerano il processo di invecchiamento. La perturbazione dell'iniziazione alla traduzione rallenta l'invecchiamento. Quindi, misurare i tassi di sintesi proteica globale da parte di FRAP è una lettura diretta del processo di invecchiamento.

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