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Das Drosophila melanogaster Compound-Auge ist ein klassisches und leistungsstarkes Modell zur Untersuchung des Organwachstums, der Musterung und der Robustheit während der Entwicklung. Das Fliegenauge besteht aus etwa 800 hochgeordneten Ommatidien und liefert eine sensible und quantifizierbare Anzeige genetischer Störungen, die Proliferation, Differenzierung und Gewebeorganisationbeeinflussen 1,2,3. Die genetische Manipulation der Augenentwicklung hat historisch grundlegende Erkenntnisse über konservierte Signalwege geliefert. Bahnbrechende Studien zeigten, dass die Expression des Transkriptionsfaktors eyeless ausreicht, um die Augenbildung in nicht-retinalen Geweben zu induzieren, was das Auge als Paradigma für Organspezifikation und Plastizität etabliert4. Nachfolgende Arbeiten identifizierten den Signalweg von D. melanogaster Hippo als zentralen Regulator der Augengröße und Zellzahl durch koordinierte Kontrolle der Proliferation und Apoptose 5,6. Parallel dazu wurde gezeigt, dass Hedgehog- und BMP-Signale die morphogenetische Progression, Wachstumspräzision und räumliche Musterbildung in der sich entwickelnden Netzhaut 7,8 regulieren.
Die Aufnahme hochauflösender Bilder des adulten Compoundauges stellt jedoch aufgrund seiner konvexen, hemisphärischen Geometrie erhebliche optische Herausforderungen dar. Die Standard-Hellfeldmikroskopie ist durch eine geringe Schärfentiefe begrenzt, sodass es unmöglich ist, gleichzeitig auf den dorsalen Punkt (Pol) und die Randkanten (Äquator) des Auges in einer einzigen Belichtung9 zu fokussieren. Diese Einschränkung führt oft zu Bildern, bei denen große Teile der Netzhautoberfläche verschwommen sind, was den Einsatz hochauflösender Bildanalyse- und Machine-Learning-Tools zur Quantifizierung variegierter Phänotypen erschwert. Um die Netzhautoberfläche vollständig zu charakterisieren, muss die gesamte Krümmung ohne optische Artefakte visualisiert werden. Daher ist eine Bildgebungsmethode erforderlich, die die native Augenmorphologie erhält und gleichzeitig eine hochauflösende Visualisierung der gesamten gekrümmten Netzhautoberfläche ermöglicht.
Darüber hinaus beeinträchtigen traditionelle Probenvorbereitungsmethoden für die Mikroskopie oft die strukturelle Integrität des Flugkopfes. Konventionelle Montagetechniken basieren häufig auf Klebstoffen, die Oberflächendetails verdecken oder eine physische Manipulation mit einer Pinzette erfordern, die Druck auf die Kopfkapsel ausübt. Wie in Studien zur retinalen Morphogenese festgestellt wird, ist die strukturelle Integrität des Auges von größter Bedeutung. Direkter Druck oder Punktion verursacht eine Hämolymphenleckage, was zu einem inneren Druckverlust und dem anschließenden Kollaps oder einer "Delle" der Augenoberfläche führt. Diese mechanischen Artefakte können neurodegenerative Phänotypen oder genetische Defekte nachahmen, was zu falsch-positiven Ergebnissen bei groß angelegten Screenings führt. Ziel dieses Protokolls ist es, einen zerstörungsfreien Montage- und Bildverarbeitungsworkflow für eine hochauflösende Visualisierung intakter Drosophila-Compound-Augen bereitzustellen.
Hier präsentieren wir einen schnellen und reproduzierbaren Bildgebungsworkflow, der eine hochauflösende Visualisierung intakter Drosophila-Compound-Augen und der Ganzkopfmorphologie ohne direkten Kontakt mit dem Kopf ermöglicht. Bei dieser Methode werden erwachsene Fliegen mittels einer flexiblen, klebrigen Befestigungsstrategie immobilisiert, die Körper und Flügel sichert und so eine stabile Positionierung entweder seitlich – um die vollständige Krümmung eines einzelnen Auges zu erfassen – oder eine frontale Ausrichtung – zur Beurteilung der Ganzkopfsymmetrie und interokulären Merkmale zu ermöglichen. Diese vielseitige Montagestrategie minimiert mechanische Schäden und bewahrt die natürliche Augengeometrie in drei Dimensionen. In Kombination mit reflektiertem Licht-Stereomikroskopie, Z-Stack-Erfassung und erweiterter Fokustiefenrekonstruktion9 erzeugt dieser Ansatz gleichmäßig scharfe, hochwertige Bilder aus mehreren Perspektiven, die sowohl für qualitative Inspektionen als auch für quantitative phänotypische Analysen geeignet sind. Diese Methode eignet sich besonders für Studien zu genetischen Störungen, Entwicklungsphänotypen und Hochdurchsatz-Screening der Augenmorphologie bei Drosophila.