本文介绍了一种用于制备、解剖、封片和成像活体离体黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)三龄幼虫大脑的工作流程,以在生理条件下观察细胞及亚细胞水平的动态过程。
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本文介绍了一种用于制备、解剖、封片和成像活体离体黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)三龄幼虫大脑的工作流程,以在生理条件下观察细胞及亚细胞水平的动态过程。
果蝇 神经干细胞(以下简称神经母细胞,NBs)进行不对称分裂,一方面自我更新以维持神经母细胞的持续存在,另一方面产生一个正在分化的成神经细胞(ganglion mother cell, GMC),该细胞将再经历一次分裂,生成两个神经元或胶质细胞。对神经母细胞的研究揭示了细胞极性、纺锤体定向、神经干细胞自我更新以及分化过程背后的分子机制。这些不对称细胞分裂易于观察 通过 活细胞成像,使幼虫神经母细胞成为研究活体组织中不对称细胞分裂时空动态的理想模型。当在添加营养成分的培养基中进行适当解剖和成像时,离体脑组织中的神经母细胞可稳定分裂12–20小时。既往报道的方法技术难度较高,对初学者而言可能具有挑战性。本文介绍了一种利用脂肪体补充物制备、解剖、封片及成像活体三龄幼虫脑离体组织的实验方案,并讨论了可能遇到的问题,同时提供了该技术应用的示例。
不对称细胞分裂(ACD)是指RNA、蛋白质和细胞器等亚细胞组分在子细胞之间不均等分配的过程1,2。该过程常见于干细胞,干细胞通过ACD产生具有不同发育命运的子细胞。Drosophila神经母细胞(NBs)进行不对称分裂,产生一个保持干性的NB和一个神经节母细胞(GMC)。GMC进一步分裂,生成分化的神经元或胶质细胞3。在三龄幼虫发育中的大脑中,存在大量进行不对称分裂的NBs,可通过显微镜 readily 观察到。在三龄幼虫阶段,每个中央脑叶中约有100个NBs3,4,5,6。
不对称细胞分裂是一个高度动态的过程。活细胞成像方案已被用于测量和量化细胞极性7,8,9,10、纺锤体定向11,12,13、肌动球蛋白皮层的动态变化14,15,16,17,18、微管和中心体生物学19,20,21,22,23,24,25,26,27,以及膜10,28和染色质动态29。对不对称细胞分裂(ACD)的定性和定量描述依赖于可靠的方法和协议,以在完整活体脑组织中对分裂的神经母细胞(NBs)进行成像。以下方案概述了两种不同封片方法下,准备、解剖和成像三龄幼虫脑组织以进行活体in vivo活细胞成像的技术步骤。这些方法特别适用于关注干细胞分裂时空动态的研究人员,也适用于研究其他脑细胞分裂的过程,因其支持对细胞事件进行短期和长期观察。此外,这些技术对领域内的新手也易于掌握。我们通过表达荧光标记微管和皮层融合蛋白的幼虫脑组织,展示了该方法的有效性和适应性。我们还讨论了分析方法以及在其他研究中应用时需考虑的因素。
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注意:图1 显示了进行本研究所需要的材料。
1. 实验的注意事项与准备工作
2. 幼虫的分期与收集(图2)
3. 幼虫脂肪体解剖(图3)
注意:本方案描述使用三孔解剖皿进行的解剖操作。
4. 幼虫脑解剖(图3)
5. 封片与成像(图4)
6. 数据处理与管理的最佳实践
7. 细胞周期长度的定量示例(图5)
注意:本示例中成像的是表达极性标记蛋白Pins(Pins::EGFP16)和微管结合蛋白Jupiter25(cherry::Jupiter13)的幼虫。后续分析使用Imaris软件进行。
8. 细胞纺锤体排列方向的定量分析示例(图5)
注意:本示例中使用 Imaris 软件进行分析。






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表达Pins::EGFP和Cherry::Jupiter的中央脑叶神经母细胞的解剖与成像
为展示本方案,对表达UAS驱动的Cherry::Jupiter13以及内源性标记的Pins::EGFP16(w; worGal4, UAS-cherry::jupiter/CyO; Pins::EGFP/TM6B, Tb)的幼虫,使用多孔成像载玻片并按照所述方案进行为期4小时的成像(图5C、D)。另外,对表达UAS驱动的Cherry::Jupiter13和内源性标记的Miranda::EGFP(w; worGal4, UAS-cherry::Zeus/CyO; UAS-Miranda::GFP/TM6B)的幼虫,使用膜结合型载玻片进行为期10小时的成像,获得补充数据(图5E、F)。...
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本方案概述了一种对黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)幼虫离体脑组织进行活体成像的方法。在适当的实验条件下,本方案可使离体脑组织保持可观测状态达12至20小时。在样品制备和实验设计过程中需特别注意。如上所述,决定解剖组织质量的最关键因素之一是幼虫的健康状况。为获得尽可能高的组织质量,必须确保在收集前幼虫已充分进食。幼虫健康状况不佳通常源于饲养密度过高。为解决这一问题,应尽量减少密度过高情况,可通过提高收获频率,或将新产卵的培养皿与空培养皿分开放置来实现。
该方案的另一个关键环节是解剖方法,用于分离脑组织。脑组织及其内部的神经母细胞(NBs)对外界因素极为敏感,例如解剖介质的温度以及解剖操作本身的侵入性。过冷的介质容易导致微管解聚。同样,若解剖过程中拉伸或破裂脑组织,将对神经母细胞的质量产生不利影响。为避免此类情况,应避免直接牵拉脑组织,而应将解剖工具固定在表皮或其他组织上进行操作。微型解剖剪在此方面具有显著优势,因其对脑组织的牵拉作用极小。若无解剖剪,可使用镊子小心去除腹神经索与表皮之间的连接组织。
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作者无任何财务披露需要声明。
本研究由 R35GM148160(C. C.)及美国国立卫生研究院(NIH)培训基金 T32 GM007270(R. C. S)资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.22 µm 聚醚砜(PES)膜 | Genesee | 25-231 | 真空驱动滤器 |
| 琼脂 | Genesee | 20-248 | 颗粒状琼脂 |
| 分析用计算机 | Dell | NA | 配备两个 3.80 GHz 处理器的 Intel Xeon Gold 5222 CPU,运行 64 位操作系统的 Windows 10 |
| 牛生长血清 | HyClone | SH30541.02 | |
| 成像用腔室载玻片 | Ibidi | 80826 | |
| 共聚焦显微镜 | Nikon | NA | |
| 定制加工金属载片 | NA | NA | 规格见 Cabernard 和 Doe 2013(参考文献 34) |
| 解剖培养皿 | Fisher Scientific | 5024343 | 三孔瓷质微量点板 |
| 解剖镊 | World Precision Instruments | Dumont #5 | |
| 解剖显微镜 | Leica | NA | |
| 解剖剪 | Fine Science Tools (FST) | 15003-08 | |
| 胚胎收集笼 | Genesee | 59-100 | |
| 带 CO2 接口的 Flypad,用于麻醉成虫果蝇 | Genesee | 59-172 | |
| 透气膜 | YSI | 98095 | 透气膜 |
| 玻璃盖玻片 | Electron Microscopy Sciences | 72204-03 | #1.5;22 mm × 40 mm 玻璃盖玻片 |
| Imaris | Oxford Instruments | NA | 替代软件:Fiji、Volocity、Aivia |
| Imaris 文件转换器 | Oxford Instruments | NA | |
| 即发干酵母 | Saf-Instant | NA | |
| 糖蜜 | Genesee | 62-117 | |
| 培养皿 | Greiner Bio-One | 628161 | 60 mm × 15 mm 培养皿 |
| 凡士林 | Vaseline | NA | |
| 含 L-谷氨酰胺和碳酸氢钠的 Schneider 昆虫培养基液体 | Millipore Sigma | S0146 | |
| SlideBook 采集软件 | 3i | NA | |
| 带 0.22 µµm PES 膜滤器的真空驱动过滤装置 | Genesee Scientific, GenClone | 25-231 |
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