Apoptosis and necrosis are two major forms of cell death observed in normal and disease pathologies. Although there are many assays for detection of apoptosis, relatively few assays are available for measuring necrosis. A key signature for necrotic cells is the permeabilization of the plasma membrane. This event can be quantified in tissue culture settings by measuring the release of the intracellular enzyme lactate dehydrogenase (LDH). When combined with other methods, measuring LDH release is a useful method for the detection of necrosis. In this chapter, we describe the step-by-step procedure for detection of LDH release from necrotic cells using a microtiter plate-based colorimetric absorbance assay.

Abstract A finely tuned balance between excitation and inhibition (E/I) is essential for proper brain function. Disruptions in the GABAergic system, which alter this equilibrium, are a common feature in various types of neurological disorders, including Autism Spectrum Disorders (ASDs). Mutations in PTEN, the main negative regulator of the PI3K/Akt pathway, are strongly associated with ASD. However, it is unclear whether PTEN deficiencies can differentially affect inhibitory and excitatory signaling. Using the C. elegans neuromuscular system, where both excitatory (cholinergic) and inhibitory (GABAergic) inputs regulate muscle activity, we found that daf-18 / PTEN mutations specifically impact GABAergic (but not cholinergic) neurodevelopment and function. This selective impact results in a deficiency in inhibitory signaling. The specific defects observed in the GABAergic system in daf-18/PTEN mutants are due to reduced activity of DAF-16/FOXO during development. Ketogenic diets (KGDs) have proven effective for disorders associated with E/I imbalances. However, the mechanisms underlying their action remain largely elusive. We found that a diet enriched with the ketone body β-hydroxybutyrate during early development induces DAF-16/FOXO activity, therefore improving GABAergic neurodevelopment and function in daf-18/PTEN mutants. Our study provides valuable insights into the link between PTEN mutations and neurodevelopmental defects and delves into the mechanisms underlying the potential therapeutic effects of KGDs. Highlights * daf-18/PTEN deficiency in C. elegans results in a specific impairment of inhibitory GABAergic signaling, while the excitatory cholinergic signaling remains unaffected. *The dysfunction of GABAergic neurons in these mutants arises from the inactivity of the transcription factor DAF-16/FOXO during their development, resulting in conspicuous morphological and functional alterations. *A diet enriched with the ketone body β-hydroxybutyrate, which induces DAF-16/FOXO activity, mitigates the functional and morphological defects in the development of GABAergic neurons *β-hydroxybutyrate supplementation during the early stages of development is both necessary and sufficient to achieve these rescuing effects on GABAergic signaling in daf-18/PTEN mutants. Graphical Abstract

ABSTRACT The DAF-2/insulin/insulin-like growth factor signaling (IIS) pathway plays an evolutionarily conserved role in regulating reproductive development, lifespan, and stress resistance. In C. elegans , DAF-2/IIS signaling is modulated by an extensive array of insulin-like peptides (ILPs) with diverse spatial and temporal expression patterns. However, the release dynamics and specific functions of these ILPs in adapting to different environmental conditions remain poorly understood. Here, we show that the ILP, INS-3, plays a crucial role in modulating the response to different types of stressors in C. elegans . ins-3 mutants display increased resistance to both heat and oxidative stress; however, under favorable conditions, this advantage is countered by slower reproductive development. ins-3 expression in both neurons and the intestine is downregulated in response to environmental stressors. Conversely, the neurohormone tyramine, which is released during the acute flight response, triggers an upregulation in ins-3 expression. Moreover, we found that tyramine negatively impacts environmental stress resistance by stimulating the release of INS-3 from the intestine. The subsequent release of INS-3 systemically activates the DAF-2 pathway, resulting in the inhibition of cytoprotective mechanisms mediated by DAF-16/FOXO and HSF-1. These studies offer mechanistic insights into the brain-gut communication pathway that weighs adaptive strategies to respond to acute and long-term stress scenarios.

Persistent activation of the fight-or-flight response accelerates aging and increases the susceptibility to disease. We show that repeated induction of the C. elegans flight response inhibits conserved cytoprotective mechanisms. This acute-stress response activates neurons that release tyramine, the invertebrate analog of adrenaline/noradrenaline. Tyramine stimulates the DAF-2/Insulin/IGF-1 pathway and precludes the nuclear translocation of the DAF-16/FOXO transcription factor through the activation of an adrenergic-like receptor TYRA-3 in the intestine. In contrast, environmental long-term stressors, such as heat or oxidative stress, reduce tyramine release allowing the induction of FOXO-dependent cytoprotective genes. These findings demonstrate how a neural stress-hormone signaling provides a state-dependent neural switch between acute and long-term stress responses, and provide mechanistic insights how acute stress impairs cellular defensive systems.