本方案描述了制备幼虫和成虫 Drosophila 视叶用于成像的三个步骤:1)脑解剖,2)免疫组织化学染色,3)封片。重点放在第3步,因为观察特定的视叶结构需要不同的封片方向。
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本方案描述了制备幼虫和成虫 Drosophila 视叶用于成像的三个步骤:1)脑解剖,2)免疫组织化学染色,3)封片。重点放在第3步,因为观察特定的视叶结构需要不同的封片方向。
由视叶、髓质、小叶和小叶板这四个神经复合体组成的黑腹果蝇(Drosophila)视叶,是研究产生神经多样性和驱动神经环路组装的发育机制的理想模型系统。鉴于其复杂的三维结构,对视叶的分析需要明确成体神经复合体与幼虫前体细胞之间的相对位置关系,以及它们与中央脑的相对位置。本文介绍了一种用于视叶成像的幼虫和成体脑组织的解剖、免疫染色及封片实验方案。特别强调了封片方向与视叶空间结构之间的关系。我们描述了三种适用于幼虫的封片策略(腹面朝上、背面朝上和侧面朝上)以及三种适用于成体的封片策略(腹面朝上、背面朝上和水平方向),每种方法均可为特定的视叶结构提供理想的成像角度。
Drosophila 视觉系统由复眼及其下方的视叶组成,是研究神经回路发育与功能的优秀模型。近年来,视叶尤其成为一个强大的系统,可用于研究神经发生和神经回路连接等神经发育过程1,2,3,4,5,6,7,8。视叶由四个神经节构成: lamina、medulla、lobula 和 lobula plate(后两者组成 lobula 复合体)1,2,3,4,5,6。来自复眼的光感受器投射至 lamina 和 medulla 的靶神经元,这些神经元处理视觉输入并将其传递至 lobula 复合体的神经节1,2,3,4,5,6。随后,lobula 复合体中的投射神经元将视觉信息传送到中枢脑内的高级处理中心1,5,9。视叶复杂的组织结构是为了维持视网膜拓扑映射(retinotopy)以及处理不同类型的视觉刺激而形成的,这使其成为研究复杂神经回路如何组装的理想系统。值得注意的是,medulla 在组织结构和发育过程方面与神经视网膜具有显著相似性,而后者长期以来一直是脊椎动物神经回路发育研究的模型3,8。
视叶的发育始于胚胎发生阶段,由约35个外胚层细胞特化形成视泡2,4,5,6,7,8。幼虫孵化后,视泡进一步分化为两个不同的原基:1)外增殖中心(OPC),产生视叶外层的视网膜和外髓质神经元;2)内增殖中心(IPC),产生内髓质和叶状复合体的神经元4,5,6,10。在二龄幼虫晚期,OPC和IPC的神经上皮细胞开始转变为神经母细胞,随后通过中间神经节母细胞生成神经元4,5,11,12。视叶神经母细胞的发育模式受空间和时间上特异性表达的转录因子调控,这些因子协同作用,使其子代细胞产生神经多样性11,12,13,14。在蛹期,视叶神经纤维网的神经回路通过多种过程的协调组装而成,包括程序性细胞死亡11,15、神经元迁移12,16、轴突/树突靶向10,17、突触形成18,19以及神经纤维网的旋转10,17。
本文介绍了幼虫和成虫大脑的解剖、免疫染色及制片方法,用于视叶成像。由于视叶具有复杂的三维结构,对其分析需要了解成虫神经 Neuropil 以及幼虫前体细胞相对于中央脑的定位关系。因此,我们特别强调了制片时样本的朝向与视叶结构空间排列之间的关系。我们描述了三种适用于幼虫大脑的制片方式(腹面朝上、背面朝上和侧面朝上)以及三种适用于成虫大脑的制片方式(腹面朝上、背面朝上和水平放置),每种方法均可为特定视叶前体细胞群或神经 Neuropil 的成像提供最佳观察角度。
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1. 准备幼虫大脑用于共聚焦成像
2. 准备成年大脑用于共聚焦成像
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按照本方案中所述方向安装的幼虫和成虫视叶的共聚焦图像分别如图1和图2所示。
图1展示了幼虫大脑在前、后和侧面方向定位的示意图及代表性共聚焦切片。在前向安装方向中,外侧增殖中心(OPC)上皮(DE-钙黏蛋白)、髓质神经母细胞(deadpan>βgal)和原足神经元(Dachshund)以环绕大脑的细胞带形式出现在表面(图1B、D)。OPC沿其背腹轴通过转录因子的差异表达实现空间模式化6,11,12。Vsx1标记中央OPC(cOPC),Optix标记主OPC(mOPC),而Rx在后部OPC(pOPC)中表达,后者代表新月形结构的末端<...
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在本实验方案中,我们描述了一种对幼虫和成年黑腹果蝇(Drosophila)大脑进行免疫染色并以多种方向封片的方法。尽管此前已有文献报道过对幼虫和成年果蝇大脑进行染色的方法22,23,24,27,28,但针对特定视叶结构最佳观察效果的封片策略却较少受到关注28。预计本文所述方案将有助于研究人员更深入理解封片方向与所观察视叶结构之间的关系。
除了本方案中描述的取向外,还可以通过将视叶与中央脑分离,实现成虫和幼虫视叶观察的其他替代角度。可以使用昆虫剪刀、镊子或钨针将视叶从中央脑分离。在成虫中,当中央脑的曲率阻碍视叶的平整封片,导致成像时角度不均匀时,此方法尤为有用。需要注意的是,孤立的视叶在缺少中央脑...
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作者声明不存在任何竞争性经济利益。
我们感谢Claude Desplan与我们分享了Bsh抗体的一份样品。DE-钙黏蛋白、Dachshund、Eyes Absent、Seven-up和Bruchpilot单克隆抗体购自发育研究杂交瘤库(Developmental Studies Hybridoma Bank),该库由美国国立卫生研究院(NIH)下属的国立儿童健康与人类发育研究所(NICHD)创建,并由爱荷华大学生物系(美国爱荷华州爱荷华市,邮编52242)负责维护。本研究工作得到了授予T.E.的加拿大自然科学与工程研究理事会(NSERC)发现基金的资助。U.A.获得了加拿大自然科学与工程研究理事会(NSERC)亚历山大·格雷厄姆·贝尔加拿大研究生奖学金的资助。P.V.获得了安大略省研究生奖学金的资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 10x PBS | Bioshop | PBS405 | |
| 37% 甲醛 | Bioshop | FOR201 | |
| Alexa Fluor 488(山羊)二抗 | Invitrogen | A-11055 | 使用稀释比例为 1:500 |
| Alexa Fluor 555(小鼠)二抗 | Invitrogen | A-31570 | 使用稀释比例为 1:500 |
| Alexa Fluor 647(豚鼠)二抗 | Invitrogen | A-21450 | 使用稀释比例为 1:500 |
| Alexa Fluor 647(大鼠)二抗 | Invitrogen | A-21247 | 使用稀释比例为 1:500 |
| 盖玻片 | VWR | 48366-067 | |
| 解剖镊 - #5 | Dumont | 11251-10 | |
| 解剖镊 - #55 | Dumont | 11295-51 | |
| 解剖皿 | Corning | 722085 | |
| 干擦纸 | Kimbery Clark | 34155 | |
| 山羊抗-Bgal 一抗 | Biogenesis | 使用稀释比例为 1:1000 | |
| 豚鼠抗-Bsh 一抗 | 由 Claude Desplan 惠赠 | 使用稀释比例为 1:500 | |
| 豚鼠抗-Vsx1 一抗 | Erclik 等,2008 | 使用稀释比例为 1:1000 | |
| 实验室封口膜 | Parafilm | PM-996 | |
| 微量离心管 | Sarstedt | 72.706.600 | |
| 显微镜载玻片 | VWR | CA4823-180 | |
| 小鼠抗-dac 一抗 | 发育研究杂交瘤库(DSHB) | mabdac2-3 | 使用稀释比例为 1:20 |
| 小鼠抗-eya 一抗 | DSHB | eya10H6 | 使用稀释比例为 1:20 |
| 小鼠抗-nc82 一抗 | DSHB | nc82 | 使用稀释比例为 1:50 |
| 小鼠抗-svp 一抗 | DSHB | Seven-up 2D3 | 使用稀释比例为 1:100 |
| 聚合粘土 | 可使用任意类型的粘土 | ||
| 兔抗-GFP 抗体 | Invitrogen | A-11122 | 使用稀释比例为 1:1000 |
| 大鼠抗-DE-Cadherin 一抗 | DSHB | DCAD2 | 使用稀释比例为 1:20 |
| Slowfade 封片剂 | Invitrogen | S36967 | 也可使用 Vectashield 封片剂(货号 H-1000) |
| Triton-x-100 | Bioshop | TRX506 |
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