يوضح هذا البروتوكول استئصال الخلايا العصبية الفردية بالليزر في يرقات ذبابة الفاكهة السليمة. تمكن هذه الطريقة من دراسة تأثير تقليل المنافسة بين الخلايا العصبية في الجهاز العصبي النامي.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
يوضح هذا البروتوكول استئصال الخلايا العصبية الفردية بالليزر في يرقات ذبابة الفاكهة السليمة. تمكن هذه الطريقة من دراسة تأثير تقليل المنافسة بين الخلايا العصبية في الجهاز العصبي النامي.
يصف البروتوكول الاجتثاث أحادي الخلية العصبية بنظام ليزر 2 فوتون في الجهاز العصبي المركزي (CNS) ليرقات ذبابة الفاكهة الميلانية السليمة. باستخدام هذه الطريقة غير الغازية ، يمكن التلاعب بالجهاز العصبي النامي بطريقة خاصة بالخلية. يمكن استخدام تعطيل تطور الخلايا العصبية الفردية في الشبكة لدراسة كيف يمكن للجهاز العصبي تعويض فقدان المدخلات المشبكية. تم استئصال الخلايا العصبية الفردية على وجه التحديد في نظام الألياف العملاقة لذبابة الفاكهة ، مع التركيز على اثنين من الخلايا العصبية: الألياف العملاقة قبل المشبكية (GF) والخلايا العصبية الحركية tergotrochanteral بعد المشبكي (TTMn). يتشابك GF مع TTMn المماثل ، وهو أمر بالغ الأهمية لاستجابة الهروب. الاجتثاث واحد من GFs في الدماغ 3الثالثة instar ، مباشرة بعد GF يبدأ النمو المحوري ، يزيل الخلية بشكل دائم أثناء تطوير الجهاز العصبي المركزي. يتفاعل GF المتبقي مع الجار الغائب ويشكل طرفا متشابك خارج الرحم إلى TTMn المقابل. هذا الطرف غير النمطي المتماثل ثنائيا يعصب كلا من TTMns ، كما يتضح من اقتران الصبغة ، ويدفع كلا الخلايا العصبية الحركية ، كما يتضح من المقايسات الفيزيولوجية الكهربية. باختصار ، يوضح استئصال خلية عصبية واحدة منافسة متشابكة بين زوج ثنائي من الخلايا العصبية التي يمكن أن تعوض عن فقدان خلية عصبية واحدة واستعادة الاستجابات الطبيعية لدائرة الهروب.
الاستئصال بالليزر هو أداة مفضلة لتشريح الدوائر العصبية في مجموعة واسعة من الكائنات الحية. تم تطويره في أنظمة وراثية نموذجية مثل الديدان والذباب ، وقد تم تطبيقه في جميع أنحاء المملكة الحيوانية لدراسة بنية ووظيفة وتطور الجهاز العصبي1،2،3. هنا ، تم استخدام استئصال الخلايا العصبية المفردة للتحقيق في كيفية تفاعل الخلايا العصبية أثناء تجميع الدائرة في ذبابة الفاكهة. نظام الهروب من الذبابة هو دائرة مفضلة للتحليل لأنه يحتوي على أكبر الخلايا العصبية وأكبر نقاط الاشتباك العصبي في الذبابة البالغة ، وقد تم تمييز الدائرة بشكل جيد في العقود الماضية4. الدور الذي تلعبه التفاعلات بين الخلايا العصبية والخلايا العصبية في تجميع دائرة الألياف العملاقة هو نقطة محورية في هذا البحث.
نوع واحد من التفاعل الذي كان نقطة محورية في علم الأعصاب منذ عمل Hubel و Wiesel في ستينيات القرن العشرين هو "المنافسة متشابك"5,6. في هذا البروتوكول ، تم استخدام الاستئصال بالليزر لإعادة النظر في دور المنافسة من خلال الاجتثاث أحادي الخلية في نظام الألياف العملاقة (GFS) لذبابة الفاكهة ، حيث يمكن اكتشاف الأسس الجزيئية للظواهر.
كان استئصال الخلايا العصبية في الذبابة النامية صعبا لعدة أسباب ، بما في ذلك تصور الخلايا العصبية المستهدفة ، ودقة طريقة الاجتثاث ، وبقاء العينة. للتغلب على هذه المشاكل في GFS ، تم استخدام نظام UAS / Gal47 لتسمية الخلايا العصبية ذات الأهمية ، وتم استخدام مجهر ثنائي الفوتون لإزالة الألياف العملاقة قبل المشبكية أو الخلايا العصبية الحركية بعد المشبكي (TTMn).
في هذه الدراسة ، لتحديد الدور الذي تلعبه الخلايا العصبية الثنائية المجاورة في ضبط الاتصال المشبكي والقوة المشبكية في GFS ، تم حذف أحد الأزواج الثنائية من الخلايا العصبية (إما GF قبل المشبكي أو الخلايا العصبية الحركية بعد المشبكي) قبل تطور العذراء مباشرة. في هذه المرحلة التنموية ، لم يكتمل تكوين محور GF8. ثم تم فحص بنية GF ووظيفة الدائرة المشبكية في البالغين ، مع إيلاء اهتمام خاص لإخراج GF المتبقي.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
كانت جميع المستخدمة في البروتوكول من نوع ذبابة الفاكهة الميلانوجاستر. لا توجد قضايا أخلاقية تحيط باستخدام هذا النوع. لم يكن التخليص الأخلاقي ضروريا للقيام بهذا العمل. يتم سرد تفاصيل أنواع ذبابة الفاكهة والكواشف والمعدات المستخدمة في الدراسة في جدول المواد.
1. تربية ذبابة الفاكهة واختيار المرحلة اليرقية الصحيحة
2. تحضير يرقة 3 الثالثة
ملاحظة: تم تخدير اليرقات باستخدام طريقة مشابهة ل Burra et al.9. للحفاظ على أوقات الإجراء قصيرة ، قم بإعداد يرقة واحدة فقط في كل مرة. التعرض القصير للمخدر سيعزز بقاء التجارب10.
3. تصاعد اليرقات على الشرائح للاجتثاث
4. تحديد موقع الخلايا المستهدفة
ملاحظة: تم تركيب نظام الفوتون المتعدد المستخدم في هذه الدراسة على مجهر مستقيم. تم استخدام برنامج خاص بالنظام للتحكم في إعدادات الاستحواذ والتحفيز بالليزر. تم تجهيز النظام بمصدر ضوء التألق لتحديد موقع العينات. كانت العدسة الموضوعية عبارة عن عدسة غمر بالماء مع تكبير 25x ، ومسافة عمل طويلة 2 مم ، و NA من 1.10.
5. إعداد معلمات الاجتثاث

الشكل 1: تحديد الخلايا العصبية للاستئصال بالليزر في يرقات ذبابة الفاكهة L3 السليمة. (أ) رسم تخطيطي لموقع سوما الألياف العملاقة (GF) في الدماغ ومجموعة الخلايا العصبية الحركية التي تحتوي على الخلايا العصبية الحركية tergotrochanteral (TTMn) في الحبل العصبي البطني (VNC). (B) الإسقاط الأقصى لشدة تعبير القيادة shakB (القاتل) -Gal4 ل GFP في اليرقات VNC. يشار إلى خط الوسط بالخط المنقط. تشير الدائرة إلى مجموعة الخلايا العصبية التي تحتوي على TTMn والتي تستهدف الاستئصال بالليزر. شريط المقياس: 50 ميكرومتر. (C) منظر إسقاط جزئي لدماغ اليرقات يعبر عن GFP تحت سيطرة A307-Gal4. تشير الدائرة إلى GF soma المستهدفة للاستئصال بالليزر. شريط المقياس: 50 ميكرومتر. (د) الإسقاط الأقصى لشدة الدماغ مع R91H05-Gal4 الذي يقود UAS-GFP. يمكن التعرف على كل من GFs (الدوائر) حسب الموقع والشكل والحجم. شريط المقياس: 50 ميكرومتر. (E) GF سوما عرض موسع قبل الاجتثاث بالليزر. تشير الدائرة الأرجوانية إلى المنطقة المستهدفة للاستئصال بالليزر. شريط المقياس: 10 ميكرومتر. (F) GF سوما عرض موسع بعد تسليم طاقة الليزر الموضعية والاستئصال الناجح. شريط المقياس: 10 ميكرومتر. (G) GF سوما عرض موسع قبل الاجتثاث بالليزر. تشير الدائرة الأرجوانية إلى المنطقة المستهدفة للاستئصال بالليزر. شريط المقياس: 10 ميكرومتر. (H) GF سوما عرض موسع بعد تسليم طاقة الليزر الموضعية والاستئصال غير الناجح (التبييض). شريط المقياس: 10 ميكرومتر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
6. استعادة اليرقات
7. اختبار وظائف GFS في الذباب البالغ
ملاحظة: يتم شرح الخطوات التالية بالتفصيل في Allan and Godenschwege12 و Augustin et al.13.
8. تشريح ووضع العلامات على نظام الألياف العملاقة للتصوير متحد البؤر
ملاحظة: تم تفصيل تشريح الجهاز العصبي المركزي الذبابة وحقن الصبغة في Boerner و Godenschwege14.
9. الكيمياء المناعية للجهاز العصبي
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يمكن استخدام هذه الطريقة للتلاعب بتطوير شبكات عصبية محددة في الجهاز العصبي لذبابة الفاكهة. كان سؤال البحث الأساسي هنا هو تكوين اتصالات متشابكة. مكنت إزالة GF قبل المشبكي أو TTMn بعد المشبكي من التحقيق في تكوين المشابك التفاعلي في هذا المشبك المركزي والآليات الجزيئية الحاسمة لوظيفة المشبكي وتطوره. كما هو موضح في البروتوكول ، تم إجراء استئصال الخلايا بالليزر لأحد GFs أو أحد TTMns ، وتم تحليل التأثيرات على المشبك بعد تطور العذراء في الذبابة البالغة.
للتأكد من أن الإجراء ليس له تأثير سلبي...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
أثبت الاجتثاث الخلوي باستخدام مجهر 2 فوتون أنه طريقة ناجحة للغاية لمعالجة تطور الدائرة العصبية في ذبابة الفاكهة. نظرا لأن هذه الطريقة غير جراحية ، فإنها تسبب الحد الأدنى من الضرر للحيوان. تدعم البيانات فائدة هذا التلاعب الخاص بالخلية للدوائر المعروفة.
كان من الأهمية بمكان لنجاح الاجتثاث اختيار سائق Gal4 الأنسب. نظرا لأن GFS تمت دراسته جيدا ، فقد تم وصف العديد من خطوط تشغيل Gal4 المحددة7. معظم برامج تشغيل Gal4 مقيدة للغاية ولكن لا يزال يتم التعبير عنها في العديد...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
تم إجراء تجارب على مجهر 2 فوتون في معهد FAU Stiles-Nicholson Brain Imaging Core المتقدم للخلايا. نود أن نشكر مبادرة علوم الحياة كوكب المشتري على الدعم المالي.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| Alexa Fluor 488 AffiniPure Goat Anti-Rabbit IgG (H + L) | Jaxkson ImmunoResearch | 111-545-003 | |
| بروتين الفلورسنت الأخضر المضاد ، الأرنب | فيشر Scientific | A11122 | 1: 500 تركيز |
| Apo LWD 25x / 1.10W الهدف | نيكون | MRD77220 | الغمر في الماء مسافة عمل طويلة |
| ألبومين مصل الأبقار (BSA) | سيجما | B4287-25G | |
| Chameleon Ti: Sapphire Vision II كرة | قطنية متماسكة | ||
| بالليزر جينيسي Scientific | 51-101 | ||
| Dextra ، Tetramethylrhodamine ، 10،000 ميجاوات ، Lysine Fixable (fluoro-Ruby) | وصفة Fisher Scientific | D1817 | |
| ذبابة الفاكهة الملحية | من Gu and O'Dowd ، 2006 | ||
| إيثيل الأثير | فيشر Scientific | E134-1 | الخطر ، طباب السائل القابل للاشتعال |
| ب (وصفة بلومنجتون) | LabExpress | 7001-NV | |
| ميثيل ساليسيلات | فيشر Scientific | O3695-500 | |
| أنبوب الطرد المركزي الدقيق 1.5 مل | Eppendorf | 22363204 | |
| غطاء مجهر زلة 18x18 # 1.5 | فيشر Scientific | 12-541A | |
| ناقل التتبع العصبي | مختبرات | SP-1120 | |
| نيكون A1R مجهر متعدد الفوتون | نيكون | على حامل FN1 microsope عمودي | |
| NIS عناصر أبحاث متقدمة | اقتناء وتحليل | البيانات نيكون | |
| Paraformaldehyde (PFA) | Fisher Scientific | T353-500 | |
| PBS (ملح الفوسفات) | كواشف فيشر الحيوية | BP2944-100 | أقراص |
| R91H05-Gal4 | مركز بلومنجتون ذبابة الفاكهة | 40594 | |
| shakB (قاتل) -GAl4 | مركز ستوك بلومنجتون ذبابة الفاكهة | 51633 | |
| شريحة زجاجية مجهر Superfrost | فيشر Scientific | 12-550-143 | |
| Triton X-100 | منظف | 422355000 | علمي |
| فيشر UAS-10xGFP | بلومنجتون ذبابة الفاكهة مركز الأسهم | 32185 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.