El método descrito permite la visualización confiable y reproducible de prácticamente cualquier región del cerebro de Drosophila adulto. Aquí nos hemos centrado en los cuerpos setas y las neuronas fotorreceptoras, pero otros estudios han utilizado métodos similares para visualizar las regiones del cerebro como la pars intercerebralis52,53,de las neuronas54de reloj y antenal lóbulo proyección neuronas55, entre muchos otros. Lo importante, esta técnica puede utilizarse para visualizar las estructuras del cerebro entero así como neuronas individuales dentro de esas estructuras mediante técnicas como la MARCM12,47. Figura 4, figura 5y figura 6 muestran diferentes tipos de datos de cuerpos setas y las neuronas fotorreceptoras en los cerebros adultos que se pueden generar con esta técnica de disección y el immunostaining.
En primer lugar, el método descrito anteriormente puede utilizarse para visualizar directamente la morfología del cuerpo de la seta utilizando anticuerpos que reconocen Fasciculin 2 (Fas2) o genes del reportero expresados en el cuerpo de la seta neuronas34. Como se muestra en la figura 4A y 4B figura, Fas2 anticuerpos pueden utilizarse para visualizar el α, β y (en menor medida) lóbulos γ de los cuerpos setas en adulto Drosophila cerebros. Fas2 es una proteína de adhesión célula-célula necesaria para la fasciculación de la neurona y se expresa en altos niveles en la α y β lóbulos23,56,57, lo que es un marcador confiable y bien establecido de estos hongos neuronas del cuerpo. En particular, el cuerpo elipsoide con forma circular ubicado en la región central del cerebro adulto se puede también visualizar con este anticuerpo (figura 4A).
Defectos en proteínas Guía axonal causan a menudo incompleto penetrante cuerpo seta fenotipos mutantes15,34,35. Por lo tanto, en la mayoría de los casos, varios docena cerebros deben ser reflejados y analizados. Por ejemplo, los axones de lóbulo β de cuerpo de la seta de moscas nulas Nab2 inapropiadamente cruzan la línea media del cerebro. Este fenotipo de "fusión" lóbulo "crossing over" o β se observa típicamente en el ~ 80% de adultos Nab2 null vuela pero es principalmente ausencia de controles de tipo salvaje y se puede clasificar como leve, moderada o completa fusión34. La "fusión" de lóbulos β a través de la línea media el resultado de la incorrecta proyección contralateral de axones en el hemisferio opuesto del cerebro. Como se muestra en la figura 4C y detallada en34,35, fusión leve se refiere a lóbulos β conectados por un "filamento delgado de fibras Fas2-positivo," aunque moderada fusión se refiere a más lóbulos β substancialmente conectado muestran un grosor ligeramente menor del lóbulo en la línea media. Fusión completa (o «extrema») se refiere a lóbulos β que están totalmente conectadas y no mostrar ninguna disminución de espesor del lóbulo o Fas2 tinción en la línea media. El grado de fusión de cuerpo de la seta β del lóbulo puede ser cuantificado y muestra como se demuestra en 34,35 o como una tabla que muestra el porcentaje de cerebro que muestra cada tipo de defecto de morfología.
Además de coloración con los anticuerpos Fas2, MARCM técnica12,47,48 también puede utilizarse para visualizar las decisiones de orientación axón de neuronas individuales del GFP+ dentro de los lóbulos del cuerpo de la seta. MARCM utiliza la recombinación mitótica durante el desarrollo para crear neuronas individuales o clonally relacionados con grupos de neuronas, marcados con GFP (figura 5A). MARCM proporciona una manera de generar un pequeño número de neuronas que carecen completamente de una proteína dentro de una mosca de otra forma heterozigótica. Por lo tanto, esta técnica ha sido especialmente útil en el análisis de las funciones de Guía axonal de proteínas que también son esenciales para la viabilidad general de la12,47. Homocigóticas nulas neuronas marcadas con GFP se pueden comparar directamente para controlar neuronas marcadas con GFP en un fondo genético de tipo salvaje. Además, dependiendo de cuando en desarrollo de las larvas o pupas son sorprendido por el calor, diferentes clases de cuerpo de la seta las neuronas pueden ser dirigido (figura 5B).
Un ejemplo del tipo de datos generados con esta técnica se muestra en la figura 5C, donde el tipo salvaje (es decir, control) MARCM clones se generan como un ejemplo. Para generar las neuronas individuales del cuerpo de la seta de GFP+ que se muestra en la figura 5C, desarrollo de F1 larvas fueron alojadas inicialmente a 25 ° C. Aproximadamente 5-6 días después de la eclosión larval (ALH), pupas fueron calor conmocionado durante 30 min a 37 ° C y volvió a 25 ° C hasta la eclosión. Tras la eclosión de adultos, cerebros fueron disecados en PTN fijo y simultáneamente se incubaron con anticuerpos reconociendo Fas2 (1 4, diluido 1:20 en PTN) y GFP (diluido 1: 500 en PTN). Los cerebros fueron incubados con anticuerpos secundarios y montados en portaobjetos como se describió anteriormente. Células GFP+ se identificaron y fotografiada utilizando un microscopio confocal de escaneo láser y proyecciones de máxima intensidad se crearon con ImageJ. Como se demuestra en la figura 5C, control GFP+ las neuronas generadas en los lóbulos α y β colocalize con Fas2 y terminan antes de ponerse en contacto con la línea media que separa los dos hemisferios del cerebro de Drosophila . Proyectos de un solo axón anterior, bifurca y entonces proyecta tanto dorsal y medial que forma el α y β lóbulos. Varios estudios anteriores han utilizado esta técnica para investigar si ciertas proteínas se requieren para el estudio de división celular autónomamente para muchos aspectos de axonogenesis, extensión, incluso, pathfinding, ramificación y poda10, 11,12,13,14,15,16,17,34.
Además de los cuerpos de la setas, las decisiones de pathfinding axonal de neuronas fotorreceptoras retinianas (R-células) también se pueden visualizar utilizando el método de disección descrito arriba (así como por el de método de diseccióndescriben en la referencia48). Cada ommatidia dentro del ojo de la mosca contiene 8 neuronas fotorreceptoras que pueden clasificarse en tres grupos (figura 1): R1-R6 células, que se proyectan axones a la lámina superficial del cerebro óptico lóbulo; Células de la R7, que se proyectan axones a la capa más profunda de la M6 de la médula; y las células de la R8, que proyectan axones a la capa intermedia de la M3 de la médula19,58. El patrón de la proyección de cada clase de fotorreceptores se ha estudiado extensivamente y juntos estas neuronas han utilizado con éxito como un modelo para entender las vías de señalización implicadas en axón dirección19,59. Lo importante, los axones fotorreceptores se pueden visualizar fácilmente en los cerebros disecados de Drosophila immunostaining del adulto, pupa, o tejidos larvales usando un anticuerpo que reconoce a chaoptin, una célula superficial glicoproteína24, 60 , 61. genes del reportero expresando GFP o β-galactosidasa en cada tipo de célula R (R1-R6, R7 y R8 células) también se han construido y se puede utilizar para visualizar cada clase de fotorreceptores62. Puesto que cada tipo de célula de la R termina en una capa diferente del desarrollo lóbulo óptico, estos reporteros han permitido comparaciones detalladas de las vías de señalización necesarias para que cada tipo de célula encontrar correctamente su objetivo. En la figura 6se muestra un ejemplo de los patrones de expresión producida por dos de estos genes del reportero en combinación con la localización de chaoptin (que puede ser utilizado como un marcador de todas las neuronas fotorreceptoras). Para visualizar el R7 fotorreceptores, cerebros que contiene el gen reportero de R7-específicos Rhodopsin4-LacZ fueron disecados y teñidos con anticuerpos chaoptin y β-galactosidasa. Rhodopsin 4 (Rh4) se expresa concretamente en un subconjunto de R7 células63; el promotor Rh4 por lo tanto puede utilizarse para impulsar la expresión del gen reportero en sólo estas células. Como era de esperar, R7 células terminan en la capa más profunda de la M6 de la médula (marcada con una línea punteada amarilla figura 6). Del mismo modo, cerebros expresar β-galactosidasa de la promotora de la rodopsina 6 (Rh6), que se expresa específicamente en R8 fotorreceptores63, fueron disecados y immunostained con anticuerpos reconociendo chaoptin y Β-galactosidasa. Como se muestra en la figura 6, fotorreceptores R8 terminaron en la capa de R3 de lamédula. Aunque no se muestra aquí, Rh1-LacZ puede utilizarse para visualizar la terminación de los fotorreceptores de R1-R6 en la lámina.

Figura 1: El adulto cerebro de la Drosophila melanogaster está conformada por las regiones funcionalmente distintas pero interconectadas. Se muestra el cerebro (A) un esquema de los adultos de D. melanogaster , destacando los cuerpos setas céntricos y las neuronas fotorreceptoras retinianas periféricas. (B) diagrama ampliado de los paquetes de axon de cuerpo adulto de la seta (también llamadas lóbulos) que son reconocidos por anticuerpos Fas2. Las neuronas intrínsecas de los cuerpos de hongos, llamadas células de Kenyon, proyecto axones anterior de cuerpos celulares ubicados dorsalmente (cuerpos celulares omitidos en este diagrama) y forma estructuras distintas del lóbulo. En el cerebro adulto, la forma de lóbulos (mostrado en rojo) γ de un solo paquete intermedio de axones, mientras que la dorsal α y β intermedio lóbulos (mostrado en azul) de un único axón bifurca durante el proceso de pathfinding. Α ' / β' neuronas desarrollan lóbulos axonales que parcialmente se superponen con los de las neuronas α/β, pero no son reconocidos por anticuerpos Fas2 y se omiten de este diagrama. Las neuronas retinianas (C) son fundamentales para transmitir información visual desde la retina hasta el lóbulo óptico. Proyecto de axones del cuerpo celular situado en la retina (beige) y forma conexiones con dianocitos postsinápticos en la lámina o médula. R1-R6 fotorreceptor células (mostradas en rojo) forma conexiones específicas con las células en la capa externa del lóbulo óptico, llamado la lámina. R7 fotorreceptor células sinapsis (amarillo) con objetivos en la capa de M6 de la médula, mientras que las células R8 (mostradas en verde) proyecto axones a la capa más superficial de la M3 de la médula. Parte C adaptado con permiso de Macmillan Publishers Ltd: Nature Neuroscience (referencia64, copyright (2011)). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Sistema de GAL4/UAS el puede utilizarse para la expresión del gen objetivo. Para obtener moscas expresando un gen de interés ("Gene X") en un patrón específico de tejido, moscas deben contener un transgen expresando la proteína del activador transcripcional Gal4 bajo el control de un potenciador específico de tejido y un transgen que contiene el ADN de Gal4 enlace de secuencia (llamada la secuencia de activación Upstream o UAS) adyacente al gen X. normalmente, esta combinación se logra moscas los padres que cada uno contiene un transgen de apareamiento y selección de progenie de1 F que contienen. En la F1 generación resultante, Gal4 se expresará y se unirá a la UAS para activar la transcripción del Gene X de una manera específica de tejido. Lo importante, transgenes diferentes que contiene la UAS puede utilizarse en combinación con el mismo GAL4 «conductor». Por ejemplo, un transgene expresión de Gal4 en los cuerpos de la setas (MBs) puede combinarse con un transgén que contiene la UAS a GFP expreso, un transgen que derriba a la expresión de un gen de interés mediante RNA de interferencia o un transgen de UAS que produce un reportero. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3 : Montaje de cerebros en preparación para la proyección de imagen de inmunofluorescencia. Cerebros (A) se montan en portaobjetos SuperFrost Plus con una cubierta del puente para evitar el aplanamiento de los cerebros. Dos cubreobjetos «base» se adhiere a un portaobjetos Superfrost Plus cargado positivamente, con esmalte de uñas transparente y cerebros disecados se colocan en el portaobjetos entre ellos. Un cubreobjetos claro "puente" se coloca por encima de los cerebros y adherido a las base cubreobjetos. (B) una vez haya secado el esmalte de uñas, Vectashield se pipetea lentamente bajo el puente para preservar la fluorescencia del anticuerpo secundario. Esmalte de uñas transparente se utiliza para sellar la parte superior e inferior de la hoja de cubierta de "puente". Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Axones del cuerpo de seta pueden visualizarse claramente utilizando anticuerpos que reconocen Fas2. (A) adulto Drosophila cerebros fueron disecados, fijo y se incubaron con anticuerpos reconociendo Fas2. Anticuerpos primarios fueron reconocidos usando los anticuerpos secundarios de cabra anti-ratón Alexa488 junto y cerebros fueron montados en portaobjetos con carga positiva y reflejada usando un microscopio confocal de escaneo láser. Bisymmetrically encuentra seta célula de cuerpo cuerpos axones extienden hacia delante, bifurcan y forman haces de axones (también llamadas lóbulos). Axones que forman los lóbulos β proyectándose medialmente y lóbulos α proyecta dorsalmente expresan Fas2. Críticamente, lóbulos β del salvaje-tipo vuela terminan antes de la línea media del cerebro. También se puede visualizar el cuerpo elipsoide situado el 4 en 1 anticuerpo. (B) intermedio-proyección γ lóbulo axones del cuerpo seta adultos de Drosophila también express Fas2 y pueden ser visualizados usando el 4 1 anticuerpo. Por lo general, la expresión de Fas2 en axones de lóbulo γ es menor que el de lóbulos α y β. (C) el cuerpo de la seta axones de cerebros Nab2 null (genotipo: Nab2ex3/Nab2ex3) mal proyecto contralateral y a menudo carecen de lóbulos. Nab2 nulo cerebro fueron disecado, fijo y manchado con el 4 1 anticuerpo para visualizar el cuerpo de la seta lóbulos α, β y γ. Se muestran las proyecciones de máxima intensidad Z-stack secciones ópticas así como individuales centradas en la zona media. Mientras que los axones de cuerpo de la seta tipo β del lóbulo raramente cruzan la línea media del cerebro, cerebros Nab2 nulo tienen cantidades variables de proyección errónea a través de la línea media en el hemisferio cerebral contralateral, resultando en lóbulos β "fundido". Como se define en referencias34,35, fusión suave se refiere a < lóbulos β con solo varios "hilos" de axones cruzan la línea media, moderada de fusión se refiere a situaciones donde las de neuronas del lóbulo positivo β de Fas2 cruzan el lóbulo cerebral media pero β se disminuye el ancho de la línea media, y fusión completa se refiere a situaciones donde no hay ninguna reducción de espesor de lóbulo β como los lóbulos cruzan la línea media del cerebro. Puesto que el cuerpo elipsoide también expresa Fas2, secciones ópticas mostrando la línea media suelen ser más útiles para visualizar la fusión de lóbulo β. En particular, falta de lóbulos también con frecuencia se observan (denotada aquí con el asterisco blanco). Datos en la parte C se utilizan en la cuantificación de los fenotipos del cuerpo de la seta de referencia34, con permiso. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5 : MARCM puede utilizarse para visualizar los axones de las neuronas solo. (A) análisis de mosaico con una marcador de célula Repressible (MARCM) utiliza FLP recombinase-mediada mitotic recombinación en sitios FRT para crear dos células hijas distintas. En este ejemplo, todas las células contienen una proteína seta de GAL4 de cuerpo específico en un cromosoma separado. Tras la recombinación mitótica durante la división celular, una célula hija (arriba) expresa GFP (o límite de la membrana CD8-GFP) y contiene dos alelos del mutante de un gen de interés, mientras que la otra célula hija (abajo) hereda dos alelos de tipo salvaje (WT) y un transgénica expresando la proteína Gal80 utilizando un promotor de la tubulina. Gal80 inhibe Gal4, así las células produciendo Gal80 no fluorescente y deben ser homocigoto o heterocigoto de tipo salvaje. Sólo aquellas células que son GFP+ contiene dos copias del alelo del mutante. Tenga en cuenta que sólo uno de varios métodos para generar células GFP+ que también contienen dos alelos del mutante de un gen de interés se muestra; por favor vea12,45,56 para otros ejemplos. (B) puesto que el desarrollo de las neuronas del cuerpo de la seta se inicia con las neuronas γ y α'/ β' las neuronas y acaba con las neuronas α/β, cada clase de neurona selectivamente puede dirigido y visualizados por calor impactante en diferentes momentos del desarrollo. Como se describe en 12, un choque de calor de 40 min a 37 ° C que ocurre ≤2.5 días después de la eclosión larval (ALH) apuntará específicamente γ; las neuronas, mientras que el choque térmico que ocurre 3.5-4.5 días ALH (en la última etapa larval L3) destino α'/ β' las neuronas y un calor que o de choque ocurrir entre los 5-7 días ALH (durante el desarrollo pupal) centrará en las neuronas α/β. (C) los axones de tipo salvaje se visualizaron mediante MARCM. Pupas de tipo salvaje ~ 5-6 días (genotipo: hsFLP, UAS-CD8-GFP; FRT82B, UAS-CD8-GFP/FRT82B, tina > Gal80; OK107-GAL4/+) fue calor a 37 ° C durante 40 minutos inducir la recombinación mitótica. Cerebro fueron disecado, fijo y teñida con anticuerpos reconociendo GFP (1: 500) y Fas2 (1:20). Cerebro fueron incubado con anticuerpos secundarios fluorescencia etiquetados y visualizado por microscopía confocal. En este ejemplo de datos de un genotipo de "control", positivos células generadas usando MARCM tipo salvaje GFP y en vez de contener dos alelos de genesmut , contienen dos alelos de genesWT . Lóbulos β del cuerpo de la seta (visualizados mediante anticuerpos reconociendo Fas2) terminan antes de llegar a la línea media del cerebro; Las neuronas del lóbulo α también están presentes. Para mayor detalle, un zoom a la vista de un hemisferio del cerebro solo se muestra en la fila inferior de imágenes. Parte C fue adaptada con el permiso de referencia34. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6 : Axones fotorreceptores pueden ser visualizados también. Cerebros de adultos expresando su β-galactosidasa en fotorreceptores R7 (a la izquierda, usando Rh4-LacZ) o fotorreceptores R8 (a la derecha, usando Rh6-LacZ) fueron disecados, fijo y se incubaron con anticuerpos reconocimiento de β-galactosidasa o chaoptin. Cerebro fueron incubado con anticuerpos secundarios fluorescencia etiquetados y visualizado por microscopía confocal de barrido láser. Se muestran secciones ópticas individuales de cada cerebro. A la izquierda, se observan varios axones fotorreceptores de R7 (flechas) en la capa más profunda de la M6 de la médula (se muestra por la línea punteada amarilla). A la derecha, axones fotorreceptores de R8 (flechas) terminan en la capa externa de la M3 de la médula (se muestra por la línea punteada verde). Desde R7 fotorreceptores expresan o Rh3 o fotorreceptores Rh4 y R8 expresan Rh5 o Rh663, todos los fotorreceptores R7 o R8 no se pueden visualizar mediante un solo gene del reportero LacZ . Barras de la escala = 10 μm. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.