Name: evaluation of motor impairment in c. elegans models of amyotrophic lateral sclerosis
Uploaded: 2021-09-02T13:30:00
Duration: 8 min 27 s
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我们感谢审稿人的有益意见和建议。我们感谢Aleen Saxton，Brandon Henderson和Jade Stair出色的技术援助。我们感谢Brian Kraemer和Rebecca Kow协助开发这些检测方法。这些材料是VA普吉特海湾医疗保健系统的资源支持和设施使用的结果。这项工作得到了美国（U.S.）的资助。退伍军人事务部（VA）生物医学实验室研究与发展服务[向N.F.L.颁发的功绩审查#I01BX004044]

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作者声明他们没有披露。

径向运动： 通过更改时间变量可以轻松控制该测定的分辨率。增加时间长度可以更容易地观察具有严重表型的动物之间的差异，从而识别细微的差异。然而，由于该测定法测量位移，如果测定时间延长过长，具有正常运动性的动物（例如N2）将移动到板的边缘，并且觅食行为将导致回溯。这将人为地减少对行进距离的测量。时间过长可能导致菌株之间的差异消失，特别是在运动表型不太严重的动物之间，因为动物均匀地分散在板上。缩短时间变量将防止更活跃的蠕虫找到板的边缘。此方法不跟踪每个蠕虫行进的总距离，而是将每个蠕虫的行进距离压缩为距板中心的线性距离。因此，它本质上不如记录单个蠕虫总轨道长度的方法可靠。然而，径向运动测定只需要很少的研究人员培训，使用大多数蠕虫实验室中常见的相对经济实惠的试剂，并且足够灵敏，可以产生显着且可重复的结果。对于更喜欢自动视频跟踪的实验室，之前已经建立了几种方法来跟踪和分析爬行运动12，或者可以更改本文中用于游泳测定的软件参数，以允许爬行检测和分析。
该实验通常一式三份的独立重复进行，每次复制一组30-40个蠕虫。每个复制被分成两个不同的100 mm或150 mm板，每个板有15-20个蠕虫。使用比建议的更多的蠕虫可能会使它难以有效地得分。总得分为 90+ 的人数足以确定轻度、中度或重度运动障碍的重要性。与评分菌株之间的时间一致对于准确性和可重复性至关重要。30分钟通常足够长，以建立中度至重度表型之间的差异，例如表达人类突变TDP-43的转基因菌株与野生型蠕虫相比（图4）。如果时间变量将延长，建议将板的尺寸从100 mm增加到150 mm。温度和湿度等环境因素会影响该测定，该测定通常在环境室温下进行，因此在比较重复时始终使用野生型（N2）对照很重要。此外，该测定可以测量一些在液体中不表现出正常游泳行为（暴击）的菌株的运动性，使其成为游泳测定的有用补充。
游泳检测： 使用成像和采集系统自动跟踪和分析蠕虫游泳，可以获得严格和无偏倚的数据。但是，在实验的初始设置过程中，需要在样品之间控制几个因素。这些包括开始记录之前适应液体的时间，环境条件（即温度，湿度）以及一致的光线和记录设置。在录制阶段，有几个功能有助于减少板之间的可变性。其中包括集成的轨道安装式摄像机和明场载物台，使录制视频在板之间保持一致，载物台周围的屏蔽可防止录制时的反射，眩光和空气流动，以及强大的软件包，可可靠地检测蠕虫并允许在视频后期处理中手动校正轨迹。在该协议中，将带有蠕虫的35 mm板的视频录制1分钟，然后使用软件包进行处理。处理后，手动校正跟踪可确保准确记录蠕虫行为，而不会混淆跟踪错误。转弯计数和跟踪持续时间数据用于确定每分钟转弯数作为最终读数。为了确保可重复性，在至少3个独立的重复实验中收集数据，每个实验对40-50只动物进行评分，以实现120-150只动物的总和最终数量。这个数字足以区分游泳行为与对照蠕虫的微小差异。一些蠕虫的运动缺陷太严重，无法通过游泳测定捕获。例如，如果将动物置于液体介质卷曲而不是执行预期的暴动反应，则该测定将不能准确记录这些运动，并且另一种运动测定，例如径向运动，可以更好地捕获这些运动缺陷。所提供的协议使用市售的成像系统（有关详细信息，请参阅 材料表 ），但其他蠕虫跟踪系统可能提供类似的实用程序，其中一些是开源的12。以前发布的方法描述了蠕虫暴击的手动评分13。虽然自动分析为每个单独的蠕虫生成了许多指标，但以每分钟撞击次数为单位测量的身体弯曲检测在实验之间提供了一致的结果，并且通过眼睛对蠕虫撞击的传统评分可以很好地跟踪。

肌萎缩性侧索硬化症（ALS）是一种使人衰弱的，与衰老相关的神经退行性疾病，对运动神经元有特别的影响。该病的特征是大脑和脊髓中的运动神经元丧失以及进行性运动障碍。这会导致严重的功能障碍和过早死亡，通常在诊断后 3-5 年内1。至少38个基因的突变可引起ALS;然而，大多数ALS患者在神经元和神经胶质细胞中积累了泛素化的TDP-43蛋白包涵体作为其主要病理学2，3，4。已经开发了许多动物模型来研究导致或促成 体内 ALS的潜在机制（在5中回顾）。 在 秀丽隐杆线虫中， 这些模型包括ALS致病基因同源物中的遗传功能丧失突变或人类ALS基因的转基因表达。在 秀丽隐杆线虫中对 ALS 进行建模有许多优点。 秀丽隐杆线虫 是一种易于处理的简单动物，具有分化的神经系统，具有良好的行为范式特征，并且与人类具有相当大的遗传同源性6，7。存在许多用于与 秀丽隐杆线虫合作的工具，包括强大的基因组编辑能力，神经变性的 体内 荧光报告基因，RNAi筛选范式，可处理的遗传学以及已建立的行为和表型测定。ALS的 秀丽隐杆线虫 模型概括了人类疾病的各个方面，包括不溶性蛋白的积累，神经变性和早逝8，9。此外，许多 秀丽隐杆线虫 ALS 模型中都存在以爬行和游泳行为障碍为特征的运动功能障碍。
该协议描述了表征 秀丽隐杆线虫 运动表型的两种方法：用于评估固体表面爬行的径向运动测定和使用WormLab自动跟踪和分析评估液体游泳（暴击）。这些表征运动缺陷的灵敏方法允许比较严重程度，并为测量运动表型的抑制和增强提供了工具。径向运动测定可量化蠕虫种群之间爬行运动（固体表面上的正弦运动）的差异。该测定利用 秀丽隐杆线虫 的自然未受刺激的探索行为，将蠕虫放置在板上的单个位置，并在给定的时间段后标记其最终位置10。或者，在液体中游泳（打捻）测定在设定的时间段内计算单个蠕虫的身体弯曲。人眼对身体弯曲的手动计数是耗时的，并且通常在实验者之间表现出相当大的差异。使用计算机辅助的自动跟踪和分析可以消除大部分这种可变性。除了表征ALS模型的基线运动损伤外，径向运动和游泳测定都可以从遗传或小分子干预中检测出不同运动表型的调节。这些方法对于研究ALS模型和任何表现出运动改变的 秀丽隐杆线虫 菌株具有实用性。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>C. elegans</td>
			<td>Caenorhabditis Genetics Center (CGC)</td>
			<td>-</td>
			<td>Aquire your strains as desired, N2 is a useful control strain</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable pasteur pipets, borosilicate glass</td>
			<td>VWR</td>
			<td>14673-010</td>
			<td>Glass pipet used to create worm pick - hold glass pipette in one hand and ~1&#34; of platinum wire (held by pliers) in the other over a flame to join.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable petri dishes, 35x10mm</td>
			<td>VWR</td>
			<td>10799-192</td>
			<td>Assay plates for WormLab Imaging System</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable petri dishes, 60x15mm</td>
			<td>VWR</td>
			<td>25384-090</td>
			<td>Stock plates for worms</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable petri dishes, 100x15mm</td>
			<td>VWR</td>
			<td>25384-302</td>
			<td>Standard radial locomotion assay plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable petri dishes, 150x15mm</td>
			<td>VWR</td>
			<td>25384-326</td>
			<td>Longer time frame radial locomotion assay plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dissecting microscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td>M80</td>
			<td>Scope for maintaining worms and setting up radial locomotion assays</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fine-tipped markers</td>
			<td>VWR</td>
			<td>52877-810</td>
			<td>Need at least 2 colors for radial locomotion assays. Fine tips required for accuracy.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flatbed Scanner</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Epson Perfection V850</td>
			<td>Optional for radial locomotion assay. Protocol assumes a resolution of 300dpi, most scanners would work fine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ</td>
			<td>NIH</td>
			<td>-</td>
			<td>Optional free software provided by the NIH - https://imagej.nih.gov/ij/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M9 buffer</td>
			<td>VWR</td>
			<td>IC113037012</td>
			<td>Medium used for swimming assay. Can be made from scratch, see WormBook: Maintenance of C. elegans</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NGM (Nematode Growth Medium)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>76347-412</td>
			<td>Medium used to cultivate C. elegans. Can be made from scratch, see WormBook: Maintenance of C. elegans</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OP50&#160; bacteria</td>
			<td>Caenorhabditis Genetics Center (CGC)</td>
			<td>OP50</td>
			<td>Primary food source for C. elegans</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>p1000 pipettor</td>
			<td>VWR</td>
			<td>76207-552</td>
			<td>Pipettor, used in swimming assay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>p1000 tips</td>
			<td>VWR</td>
			<td>83007-384</td>
			<td>Tips for pipettor, used in swimming assay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Platinum wire, 0.2032mm diameter</td>
			<td>VWR</td>
			<td>BT136585-5M</td>
			<td>Fine gauge platinum wire used to create worm pick - hold glass pipette in one hand and ~1&#34; of platinum wire (held by pliers) in the other over a flame to join.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ruler</td>
			<td>VWR</td>
			<td>56510-001</td>
			<td>Need to score radial locomotion assays</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>WormLab Imaging System</td>
			<td>MBF Bioscience</td>
			<td>WormLab</td>
			<td>The Imaging System includes WormLab hardware (bright field stage, camera, and housing) and WormLab software. https://www.mbfbioscience.com/wormlab-imaging-system</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

evaluation of motor impairment in c. elegans models of amyotrophic lateral sclerosis

神经退行性疾病肌萎缩性侧索硬化症（ALS）的特征是运动神经元的进行性丧失，伴有肌肉无力和运动障碍，随着时间的推移而恶化。虽然在确定一部分患者的ALS遗传驱动因素方面取得了相当大的进展，但大多数病例的病因尚不清楚。此外，运动神经元功能障碍和退化的潜在机制尚不清楚;因此，需要不断开发和表征代表性模型来研究这些过程。 秀丽隐杆线虫 可以使其运动适应周围环境的物理限制，在实验室环境中研究了两种主要的运动范式 - 在固体表面上爬行并在液体中游泳。这些代表了感觉，运动神经元和肌肉之间的复杂相互作用。ALS 的秀丽隐杆线虫 模型可以在这些运动范式中的一种或两种表现出损伤。该协议描述了两种用于评估 秀丽隐杆线虫运动性的灵敏测定：优化的径向运动测定法测量固体表面上的爬行情况，以及用于跟踪和分析液体游泳（暴击）的自动化方法。除了表征ALS模型的基线运动损伤外，这些测定还可以检测遗传或小分子干预对表型的抑制或增强。因此，这些方法对于研究ALS模型和任何表现出运动改变的 秀丽隐杆线虫 菌株具有实用性。

径向运动和游泳测定都提供了对运动障碍的灵敏检测（图4和图5）。为了研究ALS中病理性TDP-43的潜在机制，已经开发了秀丽隐杆线虫模型，该模型以全神经元方式表达野生型或ALS突变型人TDP-43。这些动物表现出让人联想到ALS的分子和细胞特征，包括运动功能障碍9。重要的是，它们表现出中度运动障碍，表达野生型人TDP-43，并且在使用桡向运动和游泳测定表达ALS突变TDP-43的动物中表现出更严重的运动障碍。一些突变或转基因动物的爬行障碍比游泳更大，反之亦然。通过使用两种不同的运动测定，可以更清楚地了解菌株之间的表型差异。
径向运动 当被放置在播种的琼脂平板上时，秀丽隐杆线虫会探索周围的环境，包括寻找食物来源的边界。径向运动测定是利用该行为作为身体健康状况指标的一种方法。通过以受控和可量化的方式分析运动行为（在固体表面上爬行），径向运动测定为评估运动缺陷和其他运动相关表型的严重程度提供了一种简单有效的工具。桡骨运动测定可捕获中度或重度受损ALS模型蠕虫的运动差异，并提供基线来比较运动表型的调节或运动随年龄的变化（图6）。该策略可用于量化任何改变野生型（N2）或对照蠕虫运动的菌株的爬行行为。然而，这种方法可能不是评估无法正常爬行的动物的好选择，例如滚轮突变体或瘫痪的动物。通常，野生型蠕虫在20°C下升高和测试时，平均位移在200-300μm/min之间。 图4中提供的示例数据显示了N2的预期结果，N2是两种表达野生型人TDP-43的不同转基因菌株，具有轻度表型[TDP-43（WT-mild），CK402（bkIs402[Psnb-1：：TDP-43; Pmyo-3：：GFP]）]或更强的表型[TDP-43（WT-中度），CK410（bkIs402[Psnb-1：：TDP-43; Pmyo-2：：GFP]）]，一种表达突变人TDP-43的转基因菌株，具有严重的表型[TDP-43（M337V），CK423（bkIs423[Psnb-1：：TDP-43; Pmyo-2：：GFP]），以及一种表达另一种神经退行性疾病相关蛋白的转基因菌株，野生型人tau[tau（WT），CK144（bkIs144[Paex-3：：tau（4R1N）;Pmyo-2：：GFP]）]）。表达野生型TDP-43的两种菌株具有通过径向运动检测到的不同程度的损伤。TDP-43（WT-low）与N2没有显着差异，而TDP-43（WT-high）在运动性方面表现出明显的差异。TDP-43（M337V）和tau（WT）菌株的运动性损伤更严重。
游泳检测 秀丽隐杆线虫在浸泡在液体中时会进行典型的游泳（摔跤）运动。在淹没后，蠕虫立即开始特征性地将头部和尾巴相互弯曲，弯曲角度约为45°，角度顶点是蠕虫的中点。蠕虫在腹侧和背侧方向交替弯曲。由软件测量的一次撞击表示从直线到20°或更大的身体弯曲角度的运动，而不管方向性如何（角度阈值可以在分析和绘图窗口中进行后处理调整 [Workflow |分析数据|体型|弯曲角度|中点|振幅阈值：# 度]。这里描述的游泳测定使用基于计算机的自动跟踪和分析来提供游泳活动的无偏倚评分。预计野生型（N2）蠕虫在20°C下升高和记录时，平均每分钟将进行150-200次暴击。 图5中提供的示例数据显示，N2是两种表达野生型人TDP-43的不同转基因菌株，具有轻度表型[TDP-43（WT-mild），CK402（bkIs402[Psnb-1：：TDP-43; Pmyo-3：：GFP]）]或更强的表型[TDP-43（WT-中度），CK410（bkIs402[Psnb-1：：TDP-43; Pmyo-2：：GFP]）]，以及一种表达另一种神经退行性疾病相关蛋白的转基因菌株，野生型人tau[tau（WT），CK144（bkIs144[Paex-3：：tau（4R1N）;Pmyo-2：：GFP]）]）。表达ALS突变体TDP-43 [TDP-43（M337V）]的转基因菌株不会在液体中暴动，因此在图表上表示为ND（无数据）。该测定可以区分与图4所示的径向运动测定不同的表型。例如，在径向运动测定中（图4），TDP-43（WT-low）与N2没有显着差异。然而，在游泳测定中（图5），TDP-43（WT-low）和TDP-43（WT-high）都与N2显着不同，并且彼此显着不同。此外，尽管TDP-43（M337V）和tau（WT）都因径向运动而具有严重的爬行障碍（图4），但只有tau（WT）能够被软件跟踪（图5）。TDP-43（M337V）动物无法暴击，基于软件的分析无法准确检测或跟踪这些蠕虫。因此，没有收集有关这些蠕虫的数据（ND，没有数据）。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62699/62699fig01.jpg"> 图1：径向运动测定工作流程。 图 A-E 显示了径向运动测定的广义步骤。步骤如下：（A）NGM板，OP50播种到边缘，通过标记和标记中心点来制备，（B）蠕虫放置在琼脂的中心，如中心点标记，（C）允许蠕虫自由移动一定时间，（D）板自下而上翻转，每个蠕虫的最终位置以与中心点不同的颜色标记， （E）从中心点到每个最终蠕虫位置的距离，用手或数字方式测量。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62699/62699fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62699/62699fig02.jpg"> 图 2：使用 ImageJ 对最终位置进行数字测量。 与中心测量的距离可以通过手动或数字方式测量，以使用图像J（A）扫描板的背面和框架中的标尺进行数字测量。（B） 使用线条工具绘制已知长度。（C） 使用（B）中绘制的已知长度来设置比例[分析|设置比例...]。（D）使用线条工具绘制一条从中心点到最终位置标记的线，对每个标记重复。（E） 标出第一个被测标记的画笔线有助于评分（1标记附近的波浪形黑线）。最终位置标记以黄色编号，以说明评分的方向性。（F） 测量结果记录在"结果"窗口中。将结果保存在其他位置以进行统计分析。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62699/62699fig02large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62699/62699fig03.jpg"> 图3：使用软件的材料和硬件调整。 （A）用于软件辅助游泳测定的材料。（二）一般设置的软件和所需材料，注意外壳是否处于凸起位置。（C）镜头安装支架高度可调节。该图像显示了可调节的轨道和标记游泳测定的首选高度的胶带指示器。在录制之前，有必要调整明场光和相机焦点。（D）将35毫米的测定板放在载物台上，将M9中的动物加入板中，并启动1分钟计时器。（E）有时有利地轻轻旋转板以将蠕虫移动到更靠近中心的位置 - 在实时捕获屏幕上观察位置;或者，从移液器中滴几滴M9可用于分离蠕虫。（F）调整相机镜头上的对焦环，观察屏幕上的蠕虫以确定最佳对焦。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62699/62699fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62699/62699fig04.jpg"> 图4：径向运动测定检测爬行速度的差异。 使用上述径向运动测定法测量发育阶段L4幼虫的未刺激分散，并绘制为μm / min行进（A-B）。（A）和（B）中绘制的相同数据演示了两种不同的图形表示。在（A）中，数据显示为条形图，使菌株之间的相对差异更清晰。在（B）中，每个蠕虫的最终位移都分布在图中，从而可以更好地可视化种群内的变异。为了评估所测试菌株之间的显著性，使用Tukey多重比较检验的单因素方差分析（方差分析）。**p=0.0022，****p<0.0001，ns=不显著。TDP-43（M337V）和tau（WT）也与N2，p<0.0001有显着差异。（A） 中的误差线是平均值 （SEM） 的标准误差，（B） 中的误差线是标准差。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62699/62699fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62699/62699fig05.jpg"> 图5：游泳测定法检测液体中抖动的差异。 游泳速率（液体中的撞击或起伏频率）使用上述无偏倚的计算机辅助评分和分析进行测量，并绘制为击球/分钟（A-B）。（A） 和 （B） 中绘制的数据相同。 在（A）中，数据被绘制为条形图，这使得菌株之间的相对差异更容易看到。在（B）中，来自每个单独评分的蠕虫的数据绘制在图表中，从而可以更好地可视化种群内的变异。为了评估所测试菌株之间的显著性，使用Tukey多重比较检验的单因素方差分析（ANOVA）。p<0.0001，ns=不显著。TDP-43（WT-中等）和tau（WT）也与N2，p<0.0001显着不同.（A）中的误差条是平均值的标准误差（SEM），（B）中的误差条是标准偏差。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62699/62699fig05large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62699/62699fig06.jpg"> 图 6：突变 TDP-43 蠕虫比野生型蠕虫传播得更少。 板块显示分期L4 N2（野生型）和TDP-43（M337V）的最终位置具有代表性差异（CK423（bkIs423[Psnb-1：：TDP-43; Pmyo-2：：GFP]），一种表达突变人TDP-43的菌株，在室温下未经刺激爬行1小时后，运动功能严重受损。板块用红点标记中心点，蓝点表示动物的最终位置。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62699/62699fig06large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
补充图1：使用成像和跟踪软件记录游泳行为。 （A）跟踪工作流程和视频捕获图标的位置。（B） " 视频捕捉 "窗口显示在 "实时取景"中， 并突出显示最重要的方面。激活录制按钮时，绿色的"实时视图"字词将更改为红色的"录制"。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62699/Currey2021_JoVEManuscript_SuppFigure1.pdf" target="_blank">请点击此处下载此文件。</a>
补充图2：准备和跟踪游泳行为。此图显示了一系列屏幕截图，以帮助设置要跟踪的视频图像序列。准备视频序列的一般协议是按以下顺序打开每个工作流菜单："导入图像序列"|设置序列信息|调整图像|检测和跟踪|保存项目。"分析数据"窗口只能在跟踪项目文件后使用。（A） 显示从"跟踪"工作流中将序列导入软件后打开的.avi（视频）文件。（B） "设置序列信息"窗口提供了一个位置，用于注释、设置/更改比例以及检查视频序列的元数据。有关更改刻度的说明，请参阅此窗口，在降低或升高相机时应遵循这些说明（B）。图像 （C） 显示"调整图像"窗口设置。（D） 显示"检测和跟踪"窗口的"检测"选项卡的屏幕截图。检测蠕虫用于训练软件，必须为每个视频序列进行设置。如果需要，可以在此处设置其他检测参数。（E） "检测和跟踪"窗口的"跟踪"选项卡的屏幕截图，其中包含跟踪游泳行为的建议设置。这是设置视频序列的最后一步。使用"保存项目"窗口将序列另存为项目。对每个视频序列重复这些步骤。可以将设置另存为配置，以减少工作负载并确保所有序列都被视为相同（不显示）。要跟踪项目文件以进行分析，请导航到批处理工作流。（F） 显示用于导航到"批处理"工作流的图标，（G） 显示批处理窗口，突出显示添加和开始按钮，并显示已跟踪的项目文件的预期外观。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62699/Currey2021_JoVEManuscript_SupFigure2.pdf" target="_blank">请点击此处下载此文件。</a>
补充图3：游泳行为分析。 跟踪项目文件后，可以使用[文件|打开它打开项目]。蠕虫将以绿色显示，如 （A） 所示。通过擦除视频可以快速检查视频是否按预期进行处理，绿色突出显示将在擦洗时消失。"数据分析和绘图"窗口从" 分析数据" 工作流项中打开。（B） 显示"数据分析和绘图"窗口，其中"位置"视图处于打开状态（默认），所有轨迹均突出显示。数据点下方是一个图，显示每个突出显示的蠕虫的记录轨迹。轨迹汇总分析用于计算每分钟转弯数。（C-D） 显示曲目摘要报告和导出详细信息。（E-F）在电子表格中显示轨迹摘要以及如何计算每分钟匝数，即在此测定中测量的输出。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62699/Currey2021_JoVEManuscript_SuppFigure3.pdf" target="_blank">请点击此处下载此文件。</a>

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Evaluation of Motor Impairment in C. elegans Models of Amyotrophic Lateral Sclerosis

该协议描述了两种敏感的检测方法，用于区分肌萎缩性侧索硬化症秀 丽隐杆线虫 模型中的轻度、中度和重度运动障碍，通常适用于运动改变的 秀丽隐杆线虫 菌株。

秀丽隐杆线虫运动障碍评估 肌萎缩性侧索硬化症模型

The neurodegenerative disease amyotrophic lateral sclerosis (ALS) features progressive loss of motor neurons accompanied by muscle weakness and motor ...

我们的方案提供了两种测定方法，量化秀丽隐杆线虫的运动。这些方法评估运动表型，例如肌萎缩性侧索硬化症或ALS模型所显示的表型。径向运动测定是一种经济高效且简单的方法来检测固体表面上的爬行。游泳测定使用基于计算机的跟踪来无偏检测液体中的抖动运动。这些方法可用于量化秀丽隐杆线虫的运动差异。虽然我们研究ALS，但它们可用于任何运动改变的菌株。将NGM测定板倒置。并在底部标记要测定的秀丽隐杆线虫菌株的标识符。用倒置板中心的标记做一个小点。使用解剖显微镜工作时，将蠕虫转移到测定板的中心。并将计时器设置为30分钟。将盖子放回盘子上，放在一边。继续转移蠕虫，直到所有菌株都在指定的测定板上。30分钟后，通过取下盖子并将板面朝下放在解剖显微镜下开始对第一个板进行评分。调整显微镜焦点，直到通过螺旋钻可以看到所有蠕虫。使用不同颜色的毡尖笔从中心点开始，在每个蠕虫的位置放一个小点。检查板的边缘，因为一些蠕虫可能会在那里结束。此外，计算并记录有多少蠕虫没有从中心点移动。测量每个蠕虫从中心点到最终位置标记的距离，并使用标尺记录距离。第一个蠕虫点用破折号标记。通过顺时针旋转板来连续记录每个点的长度数据。打开关联的软件以设置和录制视频。单击视频捕获图标。按下调光旋钮，然后顺时针旋转以调节灯光。在视频捕获窗口中，单击设置选项卡，然后将视频模式调整为2456x2052_Mono8，帧速率为14，输出为单色。曝光0.00300秒。增益至 1 dB。伽玛为一。并旋转到180。移回捕获选项卡，选择录制文件夹，然后通过在文件前缀文本框中输入文件名来分配文件名。将其他捕获设置（如缓冲区）设置为 128 帧，将持续时间设置为一分钟。将点亮的测定板放在设备台上，并将其置于视频捕获屏幕的中心，然后取下盖子。使用微量移液管将约50条蠕虫在1ml M9中洗涤到测定板上。轻轻旋转盘子将动物带到中心，或使用微量移液器加入几滴M9以分离动物。设置一个60秒的计时器，让蠕虫适应游泳。调整光把手，使显示屏尽可能明亮，而不会过度曝光。在观看显示屏的同时，通过转动相机镜头机身上的对焦环来手动调整相机焦点。60秒后，按下录制按钮，选择工作流程菜单上的第一个按钮"导入图像序列"，然后找到并双击视频。从工作流菜单中选择"设置序列信息"，在新菜单窗口中检查命名方案、添加注释和验证元数据。选择"调整图像"，将打开一个名为"图像调整"的新弹出菜单。通过将背景平滑设置为 10、高斯平滑设置为 5、将孔填充设置为 2、将小对象滤镜设置为零，并跳过积分导数分割来调整图像处理设置。调整阈值级别，使动物完全充满绿色，但仍与背景不同。然后单击"应用""从工作流菜单中，选择"检测和跟踪"选择三到七个蠕虫，然后单击检测选项卡中的"检测蠕虫"按钮。移至跟踪选项卡。在跟踪参数中，选中使用回溯"并取消选中跟踪图像边缘的蠕虫。将最大跟踪假设设置为 5。将跟踪模式设置为游泳。移动到高级设置部分，并将帧蠕虫可以触摸边界设置为 50。帧蠕虫可以重叠到 500。位置公差为0.50。且形状公差为0.50。保存这些设置，并通过将其另存为配置来为实验中的所有视频部署这些设置。导航到左上角图标菜单中的配置管理器，然后单击"保存"图标。为此配置指定名称和说明。然后单击"确定""在工作流菜单中，单击"保存项目"通过转到工作流菜单并单击"批处理"图标来跟踪视频。单击此批处理菜单的文件选择部分下的"添加"按钮。导航到并选择要处理的所有项目文件。然后单击"打开""单击"开始"按钮，并记下第一个文件上的绿色进度指示器。允许处理所有文件。读取完所有文件后，关闭软件。选择分析数据"导航到曲目摘要。然后使用右下角的"导出"按钮以电子表格可读格式导出数据。使用"转弯计数"和"轨迹持续时间"使用跨页功能计算每个轨迹的每分钟转弯数。使用径向运动测定法测量五种不同菌株的发育阶段L4幼虫的未受刺激分散。并绘制为每分钟行进的微米。以条形图形式显示的数据使菌株之间的相对差异更加清晰。而图中绘制的每个蠕虫的最终位移允许种群内的变化更好地可视化。根据液体中的撞击或起伏频率，使用无偏的计算机辅助评分和分析来测量游泳速率。并绘制为每分钟的暴击次数。条形图数据使菌株之间的相对差异更容易看到。而来自每个单独蠕虫评分的数据绘制在图表中，从而可以更好地可视化种群内的变异。在径向运动测定中，轻度TDP-43菌株与野生型N2菌株没有显着差异。然而，在游泳测定中，温和和强的TDP-43菌株不仅与野生型N2显着不同，而且彼此之间也存在显着差异。ALS突变TDP-43菌株因桡骨运动而具有严重的爬行障碍，并且它们不会在液体中暴动。表达 tau 的菌株在桡方向运动方面有严重损害，但在游泳测定中可能会发生冲击。使用这些方法要考虑的最重要方面是保持复制之间的一致控制。这确保了运动性的变化是由表型差异而不是环境条件引起的。这些方法提供了对两种主要的秀丽隐杆线虫运动范式的全面评估。随访方法可能包括额外的行为表征，生化分析或肌肉或神经元功能的研究。

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Evaluation of Motor Impairment in C. elegans Models of Amyotrophic Lateral Sclerosis

In vivo Laser Axotomy in C. elegans

In vivo Laser Axotomy in C. elegans

在 C 在体内激光干切断线虫

Neurons communicate with other cells via axons and dendrites, slender membrane extensions that contain pre- or post-synaptic specializations. If a neuron ...

科研

神经科学

Automated Quantification of Synaptic Fluorescence in C. elegans

Automated Quantification of Synaptic Fluorescence in C. elegans

突触荧光自动定量<em&gt; C。线虫</em

Synapse strength refers to the amplitude of postsynaptic responses to presynaptic neurotransmitter release events, and has a major impact on overall ...

C. elegans Tracking and Behavioral Measurement

C. elegans Tracking and Behavioral Measurement

线虫跟踪和行为测量

We have developed instrumentation, image processing, and data analysis techniques to quantify the locomotory behavior of C. elegans as it crawls on the ...

A Molecular Readout of Long-term Olfactory Adaptation in C. elegans

A Molecular Readout of Long-term Olfactory Adaptation in C. elegans

长期的嗅觉适应性的分子读数<em&gt; C.线虫</em

During sustained stimulation most sensory neurons will adapt their response by decreasing their sensitivity to the signal. The adaptation response helps ...

In vivo Neuronal Calcium Imaging in C. elegans

In vivo Neuronal Calcium Imaging in C. elegans

C.在体内神经元钙成像技术线虫

The nematode worm C. elegans is an ideal model organism  for relatively simple, low cost neuronal imaging in vivo. Its small transparent body and simple, ...

Visualizing Neuroblast Cytokinesis During C. elegans Embryogenesis

Visualizing Neuroblast Cytokinesis During C. elegans Embryogenesis

可视化的神经细胞胞质分裂过程中<em&gt; C。线虫</em&gt;胚胎

This protocol describes the use of fluorescence microscopy to image dividing cells within developing Caenorhabditis elegans embryos. In particular, this ...

In Vivo Imaging of Dauer-specific Neuronal Remodeling in C. elegans

In Vivo Imaging of Dauer-specific Neuronal Remodeling in C. elegans

在永久性幼虫特有的神经重构的C语言活体成像线虫

The mechanisms controlling stress-induced phenotypic plasticity in animals are frequently complex and difficult to study in vivo. A classic example of ...

Automated Analysis of C. elegans Swim Behavior Using CeleST Software

Automated Analysis of C. elegans Swim Behavior Using CeleST Software

的自动分析<em&gt;℃。线虫</em&gt;游泳行为使用天书软件

Dissecting the neuronal and neuromuscular circuits that regulate behavior remains a major challenge in biology. The nematode Caenorhabditis elegans has ...

Comprehensive Autopsy Program for Individuals with Multiple Sclerosis

多发性硬化患者综合解剖计划

We describe a rapid tissue donation program for individuals with multiple sclerosis (MS) that requires scientists and technicians to be on-call 24/7, 365 ...

3D Kinematic Analysis for the Functional Evaluation in the Rat Model of Sciatic Nerve Crush Injury

坐骨神经粉碎损伤大鼠模型中功能评估的3D运动学分析

Compared to the Sciatic Functional Index (SFI), kinematic analysis is a more reliable and sensitive method for performing functional evaluations of ...

秀丽隐杆线虫运动障碍评估 肌萎缩性侧索硬化症模型

秀丽隐杆线虫运动障碍评估肌萎缩性侧索硬化症模型