The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
This translation into Swedish was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages
1Department of Zoology, University of Oklahoma - Norman, 2Department of Biology, Brandeis University
Fore, T. R., Ojwang, A. A., Warner, M. L., Peng, X., Bohm, R. A., Welch, W. P., et al. Mapping and Application of Enhancer-trap Flippase Expression in Larval and Adult Drosophila CNS. J. Vis. Exp. (52), e2649, doi:10.3791/2649 (2011).
Den Gal4 / UAS binära metoden är kraftfull för gen och neurala kretsar manipulation i Drosophila. För de flesta neurobiologiska studier är dock Gal4 uttryck sällan vävnadsspecifika tillräckligt för att möjliggöra exakt korrelation av kretsen med beteendeproblem avläsning. För att lösa detta stora hindret, utvecklade vi nyligen FINGR metod för att uppnå en mer restriktiv Gal4 uttryck i vävnaden av intresse. Den FINGR Metoden har tre komponenter: 1) det traditionella Gal4/UAS systemet, 2) en uppsättning av FLP / FRT-medierad Gal80 konvertering verktyg, och 3) förstärkare-fällan FLP (ET-FLP). Gal4 används för att definiera den primära neurala kretsen av intresse. Paring de Gal4 med en UAS-effektor, såsom UAS-MJD78Q eller UAS-Shi TS, reglerar neuronala aktivitet, som i sin tur visar sig i förändringar i gylfen beteende. Med en extra UAS-reporter som UAS-GFP, den neurala kretsen som deltar i specifikt beteende kan samtidigt kartläggas för morfologisk analys. För Gal4 linjer med bred uttryck kan Gal4 uttryck begränsas med hjälp av två kompletterande Gal80-konvertering verktyg: badkar P> Gal80> ("flip out") och badkar P> stopp> Gal80 ("flip i"). Slutligen kan utredarna vända Gal80 på respektive av, med hjälp av vävnad-specifika ET-FLP. I flip-i läge kommer Gal80 undertrycka Gal4 uttryck varhelst Gal4 och ET-FLP korsar varandra. I flip-ut-läge, kommer Gal80 lindra Gal4 förtrycket i celler där Gal4 och FLP överlappar varandra. Båda strategierna gör det möjligt för begränsningen av antalet celler i Gal4 definierade kretsar, men i ett omvänt mönster. Den FINGR Metoden är kompatibel med den stora samlingen av Gal4 linjer i gylfen samhället och mångsidig för traditionella klonal analys och neurala kretsar kartläggning. I detta protokoll visar vi kartläggningen av FLP uttryck mönster i att välja ET-FLPx2 linjer och effektiviteten i FINGR metoden i ljusmätare celler. Principen för FINGR Metoden bör också tillämpas på andra genetiska modellorganismer som Gal4/UAS, Gal80 och FLP / FRT används.
1. Drosophila stammar
2. Reagenser
Fosfatbuffrad saltlösning (PBS, 1X), pH 7,4.
4% paraformaldehyd (PFA), som spätts i PBS från 16% PFA, EM betyg (Cat # 15.710, Electronic Mikroskopi vetenskaper, Hatfield, PA)
PBT, 1XPBS innehållande 0,1% Triton-X 100 (Sigma)
Anti-Elav (MAB, 9F8A9; utvecklingsstudier Hybridoma Bank, University of Iowa), fläckar alla nervceller i Drosophila.
Anti-Repo (mAb 8D12, utvecklingsstudier Hybridoma Bank, University of Iowa) fläckar gliaceller i Drosophila.
Alexa 594 kycklingen mot mus sekundär antikropp (Invitrogen)
3. Kartläggning uttrycket mönster av förstärkare-fällan FLPx2 linjer (* viktiga steg)
4. Tillämpningen av två kompletterande Gal80-konvertering verktyg i förtryck Gal4 i fotoreceptorer
Steg 4,1 och 4,2 kan upprepas med ET-FLPx2 linjer som uttrycker FLP i en delmängd av ljusmätare celler. Alternativt, antingen GMR-Gal4, UAS-polyQ, badkar P> stopp> Gal80 flugor eller GMR-Gal4, UAS-polyQ, badkar P> Gal80> flugor kan korsas till enskilda ET-FLPx2 linjerna till skärmen för linjer som uttrycker FLP i fotoreceptor celler. Värdefulla ET-FLPx2 linjer är de som bara uttrycka FLP i en delmängd eller enstaka celler fotoreceptor (Figur 6).
5. Representativa resultat
Uttrycket mönster av ett specifikt ET-FLPx2 line lätt kan undersökas och dokumenteras i F1 larver eller vuxna flugor härrör från korsning mellan YW, aktin P> CD2> Gal4, UAS-GFP oskulder och ET-FLPx2 hanar (Figur 1) . Vanligtvis replikerar tre till fem F1 djur dissekeras och undersökas för att fastställa reproducerbarhet FLP uttrycket mönster (Bohm et al., 2010). (Figur 3 & 4).
Resultaten visas i figur 7 illustrerar effekten av Gal80 flip-in och flip-out system i intersektionella förtrycket av Gal4 efter FLP-medierad rekombination. Badkaret P> stopp> Gal80 konstruera tycks inte ha någon läckande uttryck för Gal80 (baserat på enhetliga degeneration och färgpigmenten i fotoreceptorer), och ändå är det 100% effektivt vända Gal80 in med hjälp av eyFLP att undertrycka GMR- Gal4 och återställa ögat till det normala framträdanden (Fig. 7A). Tvärtom, badkar P> Gal80> fullt förtrycker GMR-Gal4 före införandet av eyFLP. Efter Gal80 flip-out,, GMR-Gal4 driver UAS-polyQ uttryck som leder till degenerera och depigmented ögon (Fig. 7B). I detta exempel använde vi en pan-photorecetor FLP att kartlägga ljusmätare "kretsar" men inte undersöka beteendemässiga konsekvenser. Att använda liknande metoder med beteendemässigt relevant Gal4 linjer, kartlade vi en del av CCAP-Gal4 krets reglerar vinge expansion i vuxna flugor (Bohm et al., 2010). Vi tror att FINGR metoden kommer att vara värdefullt i att bistå vår förståelse av neuronala grund av beteende.

Figur 1. . Undersöka uttryck mönster av en ET-FLPx2 line FLP uttrycket mönster (blå ovaler) från en ET-FLPx2 line kan bestämmas genom att korsa en ET-FLPx2 hane (överst till vänster) med en aktin P> CD2> Gal4, UAS- GFP virgin (överst till höger). Ubiquitous Actin P> Gal4 uttryck i föräldraförsäkringen kvinnor hindras av införandet av FRT flankerade (grå trianglar) CD2 sekvens. I F1-avkomman, FLP kommer punktskatter på CD2 sekvensen, som möjliggör Actin P> Gal4 att köra UAS-GFP uttryck.

Figur 2. Expression mönster av en ET-FLPx2 rad i larver och vuxna centrala nervsystemet. Dessa bilder skildrar det centrala nervsystemet (hjärnan och ventrala nerv sladd, VNC) dissekerat från avkomman produceras från parning YW, aktin P> CD2> Gal4, UAS-GFP föräldrar till ET-FLPx2 173A linje. Genom rekombination ut> CD2> kassett, aktiverar FLP aktin P> GAL4 uttryck (den därav uttrycket av UAS-GFP). Därför rapporterar GFP mönstret FLP-uttryckande celler. Panel A visar larver mönstret FLP uttryck medan panelen B visar den vuxna uttrycket mönster i linje 173A.

Figur 3. Karakterisering av celltyper som uttrycker flippase i ET-FLPx2 Line # 688A. A, en sammansatt bild av en fast F1-3: e INSTAR larv färgats med anti-REPO från en korsning mellan ET-FLPx2 raden # 688A och en GFP Flippase rapportering linje. BD, En hög förstoring (Zeiss Plan-Apochromat 63x olja) uppfattning tagen från den bakre änden av en VNC från en 3: e INSTAR larver.

Figur 4. Karakterisering av celltyper i svampen kroppen av ET-FLPx2 Line # 150. AC, En hög förstoring bild (63x oljeimmersion) av svamp kroppen från en fast F1 3:e INSTAR larv färgade med anti-repa.

Figur 5. Illustration av Gal80 Flip-och Utfällbart strategier. A. I utfällbart strategi tubulin promotor driven Gal80 (Tub P> Gal80>) är konstitutivt aktiv, vilket resulterar i förtryck av GMR-Gal4 och en vildtyp öga fenotyp (röda ögon). Detta förtryck tas bort genom införandet av FLP (lila), som kommer vända Gal80 ut (mitten, röd) och låt GMR-Gal4 att köra UAS-polyQ uttryck. Detta resulterar i fotoreceptor celldegeneration (illustrerad av vita prickar i ögat). B. I den ömsesidiga av den tidigare strategin är tubulin promotor drivs Gal80 uttryck avbryts av FRT (grå triangel) flankeras "stopp" kodon. I avsaknad av Gal80, binder GMR-Gal4 till UAS-polyQ orsakar neuronal degeneration i fotoreceptorer (illustrerad av vita prickar i ögat). Genom att korsa GMR-Gal4, UAS-polyQ, badkar P> stopp> GAL80 män med Virgin kvinnor som uttrycker FLP i photoreceptor cellerna, FLP (lila) kommer att katalysera rekombination vid FRT platser excising det "stopp" kodon (mitten, röd), vilket möjliggör Gal80 uttryck och undertryckande av GMR-Gal4. Detta förbehåller sig neurodegeneration i ljusmätare celler (illustreras av bristen på wHite prickar i ögat).

Figur 6. Tillämpningen av FINGR metod vända Gal80 med hjälp av ET-FLPx2 Line # 688A F1-avkomma från en korsning mellan ET-FLPx2 raden # 688A jungfru att GMR-Gal4, UAS-polyQ;. TubP> GAL80 hane. Bristen på pigment i mitten av ögat ommatidia representerar FLP uttryck i linje # 688A. Inom detta område Gal80 undertryckande av GMR-Gal4 var lättad att låta Gal4 att köra UAS-polyQ.

Figur 7. Tillämpningen av FINGR metod vända Gal80 in eller ut för att skära Gal4 i fotoreceptorer. A. badkar P> stopp> Gal80 flip-in-system begränsar GAL4 uttryck i en FLP-beroende sätt. I GMR-Gal4, UAS-polyQ, badkar P> stopp> GAL80 flugor, är ljusmätare celler degenerera och depigmented (vänster flyga). Efter införandet av eyFLP är Gal80 uttrycks i photoreceptor celler, vilket resulterar i full förtrycket av GMR-Gal4, vilket i sin tur stänger av uttryck polyQ och producerar flugor med normala ögon (rätt fluga). B. badkar P> Gal80> flip -out-system fungerar i motsatt sätt som i badkaret P> stopp> Gal80 flip-in-system. Tub P> Gal80> konstitutivt förtrycker GAL4 och undertrycker uttryck för polyQ (vänster flyga, med normala ögon). Efter införandet av eyFLP är Gal80 vänt ut från photoreceptor celler, lindra undertryckandet av GMR-Gal4 och vända på uttrycket polyQ. Detta leder till flugor med degenerera och depigmented ögon (rätt fluga).
Det Gal4/UAS Systemet har i stor utsträckning och framgångsrikt används av Drosophilists för olika biologiska studier (Brand & Perrimon, 1993, Duffy, 2002). Hittills har flugan gemenskap genererat tusentals promotor-driven och förstärkare-fällan Gal4 linjer. En stor styrka i FINGR metoden är att den är kompatibel med Gal4/UAS, vilket gör det möjligt att avsevärt utöka makt Gal4 i Drosophila studier.
En viktig tillämpning av FINGR metoden är att finjustera nervbanor underliggande beteende genom Gal4/Gal80 korsning. Dessa beteenden kan inkludera, men är inte begränsade till, inlärning och minne, frieri, sömn och dygnsrytm. Den FINGR Metoden kan också användas för att kartlägga de kritiska nervceller som är benägna att neurodegeneration i modellering mänskliga neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers, amyotrofisk lateralskleros (ALS) och Parkinsons sjukdomar. På liknande sätt kan härdar av nervceller eller nervbanor avgörande för att förmedla kokain, alkohol och andra drogberoende kartläggas med hjälp av FINGR metoden. Det bör noteras att villkorlig Gal4s (Osterwalder et al, 2001;.. Roman et al, 2001) kan användas med FINGR metod för att få tidsmässig styrning av nervbanor och beteenden. Ändring av Gal80-konvertering verktyg med hjälp av ett temperaturkänsligt Gal80 (Gal80 ts, McGuire et al., 2003) kan producera badkar P> stopp> Gal80 TS eller badkar P> Gal80 ts>, vilket ytterligare temporal flexibilitet i kretsen manipulation. Bortom nervsystemet är FINGR metoden tillämpas på samma sätt att begränsa Gal4 uttryck i delmängder av celler om det är vingen eller benet.
ET-FLPx2 linjer kommer att bli en värdefull resurs för alla Drosophila biologer intresserade i FRT / FLP-baserade klonal analys (Xu & Rubin, 1993), inklusive MARCM (Lee & Luo, 1999). Det förväntas också att en del ET-FLPx2 rader kan ersätta heatshock-FLP för att producera reproducerbara kloner och vid upprepade morfologiska och beteendemässiga analyser. Som förstärkare-fällan Gal4 linjer, de flesta ET-FLPx2 linjer är osannolikt att uttrycks specifikt i cellerna i ett intresse. De flesta linjer kommer att uttrycka FLP i cellerna i intresse och i andra celler eller vävnader också. Däremot kommer avsaknaden av "vävnadsspecificitet" av både Gal4 och ET-FLPx2 inte vara ett stort bekymmer för FINGR metoden så länge som deras överlappande området är önskvärd för ett visst experiment. FINGR är konstruerad för att slå två "brett" system till en raffinerad ett.
De metoder som illustreras i dessa protokoll är ganska standard och bör vara reproducerbara. De stora varnande steg som kräver en uppmärksamhet är val och användning av fixativ. Fixeringsmedel än PFA bör undvikas eftersom de kommer att släcka GFP signal. Vi har också noterat att dissekera skålen inte bör användas för fixering med PFA för att undvika möjligheten att FLP uttrycket inte tillförlitligt skall rapporteras av GFP.
Inga intressekonflikter deklareras.
Vi tackar en intern fond från University of Oklahoma (till BZ) och ett anslag från NSF (IOS-1.025.556, för BZ och RAB) för att stödja RF, RAB, XP, AAO, MLW, CAS, och denna forskning. En NIH bidrag (RO1 NS060878, till BZ) stödde delvis RAB. RAB erkänner en NIH NRSA (T32 NS07292) utbildningsstipendium tilldelas Brandeis University, och en NIH bidrag (RO1 GM21473) tilldelas Jeffrey Hall vid Brandeis, för att stödja ett tidigt skede av denna studie. Vi tackar Jeffrey Hall för hans ständiga uppmuntran för detta projekt. Vi tackar Dr Kristin Scott för att förse oss med badkaret P> Gal80> stam.