על מנת לזהות מוטציות חדשות המשפיעות על תחושה מכנית, תכננו בדיקה המודדת את התגובה ההתנהגותית לגירוי מישוש של זיפי זבובים בשיבוטים מוטנטיים שנוצרו בשיטת MARCM. שילוב הטכניקות מאפשר לזהות מוטציות רגישות למכניקה שאחרת היו קטלניות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
על מנת לזהות מוטציות חדשות המשפיעות על תחושה מכנית, תכננו בדיקה המודדת את התגובה ההתנהגותית לגירוי מישוש של זיפי זבובים בשיבוטים מוטנטיים שנוצרו בשיטת MARCM. שילוב הטכניקות מאפשר לזהות מוטציות רגישות למכניקה שאחרת היו קטלניות.
בגלל ההומולוגיה המבנית ותפקודית של תאי שיער באוזן הפנימית היונקים, תאי העצב שמעצבבים את איברי חוש חיצוניים תסיסנית לספק מערכת מודל מצוינת ללימוד mechanosensation. פרוטוקול זה מתאר מגע התנהגות פשוטה בזבובי פירות שיכולים לשמש לזיהוי מוטציות שמפריעות mechanosensation. גירוי חוש המישוש של macrochaete זיפים על בית החזה של זבובים מעורר רפלקס טיפוח משתי הרגל הראשונה או שלישית. מוטציות שמפריעות mechanotransduction (כגון NOMPC), או בהיבטים אחרים של קשת רפלקס, יכולות לעכב את תגובת הטיפוח. מסך מסורתי של התנהגויות בוגרות הייתי מחמיץ מוטציות שיש תפקידים חיוניים בפיתוח. במקום זאת, פרוטוקול זה משלב מסך המגע עם ניתוח פסיפס עם סמן תא repressible (MARCM) כדי לאפשר רק לאזורים מוגבלים של תאים שעברו מוטציה הומוזיגוטים להיות שנוצר ומסומן על ידי expression של חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP). על ידי בדיקת השיבוטים MARCM לתגובות התנהגותיות חריגות, אפשר להקרין אוסף של מוטציות p-אלמנט קטלניים כדי לחפש גנים חדשים המעורבים בmechanosensation שהיה החמיצו בשיטות מסורתיות יותר.
בני אדם מסתמכים על היכולת להמיר גירויים מכניים מסביבתם, כגון מגע, לחץ, רטט או גלי קול, למידע חושי שיכול להיות מעובד על ידי מערכת העצבים, בתהליך הנקרא מכני-טרנסדוקציה. רבים מהמאפיינים המכאניסטיים הכוללים של טרנסדוקציה מכנית בין בני אדם לחסרי חוליות זהים1, מה שהופך את דרוזופילה למודל שימושי לחקר המנגנונים המולקולריים של טרנסדוקציה מכנית. Drosophila melanogaster מכיל שתי קבוצות של איברי חישה מיוחדים (סוג I ו- II) המסוגלים להמיר גירויים מכניים לפוטנציאל פעולה. לקולטנים מכניים מסוג I יש נוירון עם דנדריט יחיד או תהליך תחושתי, מוקף בשלושה תאי תמיכה2. הקולטנים המכניים מסוג I כוללים קולטנים מכניים זיפים, איברים כורדוטונליים רגישים לשמיעה (איבר ג'ונסטון) ורגישות קמפניפורמית המעבירה מידע על פעימות כנף3. הזיפים המכסים את הצד הגבי של הזבוב הם הנפוצים והנגישים ביותר מבין האיברים מסוג I. בדומה לסביבה החוץ-תאית של תאי שיער הקשורה לשמיעה ושיווי משקל בבעלי חוליות, תאי התמיכה המקיפים נוירונים רגישים למכניקה של זבובים מפרישים אנדולימפה גבוהה של אשלגןהיוצרת שיפוע ריכוז יוצא דופן עבור אשלגן 1. נוירונים רגישים למכניקה, הן של מערכת היונקים והן של מערכת הזבובים, מנצלים את האשלגן החוץ-תאי הגבוה הזה כדי לבצע דה-פולריזציה של התא. בתגובה לגירוי מכני של זיפי המקרוכאט לכיוון דופן הגוף, הנוירונים החושיים מגיבים בפרץ של פוטנציאל פעולה המונע על ידי דה-פולריזציה זו של אשלגן של קרום התא4. הנוירונים החושיים של דרוזופילה המעצבבים זיפים דומים לתאים הרגישים למכניקה של אורגניזמים אחרים, כולל תאי שיער של בעלי חוליות, הן במבנה והן בתפקוד1,5. הנגישות של איברי החישה החיצוניים של דרוזופילה למניפולציה ניסויית ושפע הטכניקות הגנטיות העומדות לרשות החוקרים הופכים את דרוזופילה למערכת מודל מצוינת לחקירת היסודות המולקולריים של תחושה מכנית.
בזבוב, גירוי של נוירון חושי יחיד שמעצבב זיפים מוביל לתגובה התנהגותית נצפית. גירוי של זיפים שונים מעורר תגובות התנהגותיות ספציפיות הניתנות לשחזור, בהתאם לזיפים המגורים. עם גירוי מישוש, זבובי בר ערופי ראש מציגים רפלקס טיפוח מורכב שבו הם מנקים את האזור ליד הזיפים המגורים עם סט מעוצב של תנועות רגליים5-7. כאשר הם הומוזיגוטיים למוטציות ידועות בגן יחיד המפריעות ללמידה7 או קואורדינציה ופעילות תנועתית5, זבובים מגיבים בצורה לא נורמלית לגירוי מכני. רפלקס טיפוח זה הוא אפוא כלי שימושי לחקר ההשפעות של מוטציות בגן בודד על התנהגות ספציפית הניתנת לשכפול.
התגובה ההתנהגותית החזקה לגירוי של זיפי מקרוכאט בודדים טומנת בחובה פוטנציאל לסייע בזיהוי גנים חדשים המעורבים בטרנסדוקציה מכנית. פרוטוקול זה משמש לבדיקת אוסף של זבובים מוטנטיים להיעדר תגובה התנהגותית כדי להצביע על כך שהמוטציה מפריעה לתחושה המכנית. באוסף המוטאנטים שנבחר לסינון, המוטציות גורמות לקטלניות לפני הבגרות, ולכן לא ניתן יהיה לבדוק באמצעות מסכי התנהגות מסורתיים של מבוגרים. במקור, אוסף זה של רכיבי p קטלניים שולב עם אתרי רקומבינציה של FRT כדי לבדוק פגמים בצמיחת תאים בשיבוטים. השיבוטים נוצרו במיוחד בעין מכיוון שזבובים בוגרים יכולים לשרוד במעבדה ללא ראייה פונקציונלית8. עם זאת, הסרת כל התחושה המכנית עלולה לגרום למבוגרים להיות לא מתואמים באופן חמור או למות לפני אקלוזיה5. פרוטוקול זה משתמש בגישת פסיפס כדי לעקוף את הקטלניות של המוטציות ולאפשר בדיקה בשלב המבוגרים. טכניקה גנטית הנקראת ניתוח פסיפס עם סמן תא מדכא (MARCM)9 משמשת ליצירת תאים מוטנטיים הומוזיגוטיים במספר מוגבל של איברי חישה של זבובים בוגרים, בעוד ששאר האורגניזם נותר הטרוזיגוט. זבובי MARCM אלה שורדים בקלות עד לבגרות, אך הזיפים הומוזיגוטיים עבור הגנים הקטלניים המעניינים.
MARCM מאפשר לאזורים של תאים מוטנטיים הומוזיגוטיים להיווצר ולהיות מסומנים על ידי ביטוי של חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP), בעוד ששאר האורגניזם נשאר הטרוזיגוטי באותו מקום מסוים ולא מסומן9. MARCM משלב מוטציות בודדות של יסודות p עם חמישה אלמנטים גנטיים נפוצים: GFP בשליטה של רצף מפעיל במעלה הזרם (UAS-GFP), חלבון מדכא Gal80 בשליטה של מקדם כללי (tub-Gal80), גורם שעתוק Gal4 בשליטה של מקדם כללי (tub-Gal4), אנזים רקומבינאז FRT המתבטא באמצעות מקדם מבוקר הלם חום, ואתר רקומבינציה FRT10. על ידי הנעת רקומבינאז מיטוטי באמצעות רקומבינאז המופעל על ידי הלם חום, מספר מוגבל של תאים הופכים להומוזיגוטים עבור המוטציה ומסומנים ב-GFP. ביטוי GFP מדוכא בתאים הטרוזיגוטיים על ידי נוכחות Gal80 על העותק הפראי של הכרומוזום.
פרוטוקול הלם חום עבור MARCM עבר אופטימיזציה כדי לגרום לרקומבינציה באיברי החישה החיצוניים של זיפי הזבוב, בעוד שחלק גדול מהאורגניזם נותר הטרוזיגוט, ולכן אינו מסומן ב-GFP. זבובי פסיפס שנוצרו באמצעות פרוטוקול זה הכילו מוטציות הומוזיגוטיות לרוב בזיפים המרכזיים האחוריים או הגביים על פני השטח של הנוטום.
בדקנו את התועלת של שילוב זה של MARCM ומסך התנהגות הטיפוח עם מוטציה ידועה רגישה למכניקה, NOMPC. תעלת היונים, ללא פוטנציאל קולטן מכני C (NOMPC), היא מרכיב חיוני במסלול הטרנסדוקציה המכנית בדרוזופילה5,11-13. NOMPC שייך למשפחת העל של פוטנציאל הקולטן החולף (TRP) של תעלות קטיון5 ועונה על כל הקריטריונים כדי לזכות בתעלה רגישה למכניקה בדרוזופילה14,15: 1) NOMPC מתבטא בקצות הריסים של נוירונים חושיים מסוג 1 של דרוזופילה 13,16-18, 2) לזחלי אפס NOMPC אין תגובה חשמלית לגירוי מישוש13, 3) ביטוי חוץ רחמי של NOMPC בתאים לא רגישים למגע יכול לגרום לרגישות לגירוי מכני13, 4) ביטוי הטרולוגי של NOMPC בתאי שניידר 2 מניב ערוץ רגיש למכניקה13, ו-5) מוטנטים בוגרים של NOMPC מציגים פגמים בתגובתם לגירוי מכני5. בהתחשב בראיות אלה, חזינו כי שיבוטים מוטנטיים של NOMPC יראו תגובת טיפוח שונה או מעוכבת בתגובה לגירוי מכני של זיפים.
מלאי MARCM המכיל את מוטציית NOMPC פותח לשימוש בניסוי הוכחת עקרונות של מבחן הטיפוח. זבובי פסיפס גורו בזיפים מקרו-כאטיים המכילים תאים מוטנטיים הומוזיגוטיים של NOMPC. ציפינו לעיכוב של תגובת הטיפוח בעקבות גירוי של זיפי המקרוכאט. מצאנו שרק 2 מתוך 14 זבובי זיפים מוטנטיים שנבדקו נתנו תגובה אחת לגירוי חוזר; רובם לא הגיבו לגירוי של הזיפים המוטנטיים ההומוזיגוטיים. לאחר שאישרנו כי בדיקה התנהגותית מבוססת MARCM מייצרת רפלקס טיפוח חריג במוטציה ידועה של פסיפס רגיש למכניקה, ניתן להשתמש בטכניקה זו במסך למוטציות רגישות מכניות נוספות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. צלבים כדי ליצור זבובים MARCM
2. מתוזמן הטלת ביצים
.3 בצע חום הלם כדי לגרום mitotic רקומבינציה
4. הכנה לבחינות להתנהגות
5. בדיקות התנהגותיות
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ההצלחה של פרוטוקול זה תלוי במידה רבה על התשואה הכוללת של זבובים הניתנים לבדיקה, את האפקטיביות של הלם החום כדי לגרום לרקומבינציה mitotic, ואת היכולת להשיג תגובה התנהגותית חזקה בזבובי מגורה ב -2 דקות במרווחים. בהתחשב בכך 12.5% משוערים של עוברים מכילים את האלמנטים ההכרחיים וMARCM 16.67% משוערים של מבוגרים שיש לי eclose הפוטנציאל לביטוי של GFP, זה הוא קריטי להשגת מספר גבוה של ביצים במהלך מתוזמן מניח. דוגמא לעיתוי מוצלח שכבה על מרווח 4 שעות שהיה בשימו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול זה מנצל assay התנהגות בוגר למסך למוטציות המשפיעות mechanosensation בדרוזופילה. בגלל האוסף של מוטציות מכיל מוטציות p-אלמנט קטלניים שימנע הקרנה כמבוגרים, פרוטוקול זה עושה שימוש בטכניקה גנטית מורכבת שתוארה לראשונה על ידי לי ולואו , (1999) וכמפורט בפרוטוקול על ידי וו ולואו, (2006) לעקוף קטלני מבוגר. MARCM גורם רקומבינציה mitotic בין כרומוזומים הומולוגיים ליצור אזורים משובטים של תאים הומוזיגוטים. אזורים אלה מסומנים עם GFP בגלל האובדן של החלבון המדכא, אמבטיה-GAL80 המתר...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
יש הסופרים לא אינטרסים כלכליים מתחרים.
המחברים מבקשים להודות למרכז Bloomington המניות, Liqun לואו, צ'רלס צוקר, ולילי וYuh Nung יאן לשיתוף הנדיב של מניות לטוס ובא למימון: somas-URM (לJD וSW), בוגר תואר ראשון פורד פקולטה קיץ המלגה (לSW), BD תאגיד קיץ מחקר המלגה (לCL וDL), רנה ואנתוני מ 'מרלון, MD 63' קיץ מחקר מלגה (לDL) ג'יימס ג 75 וג'יין Colihan קיץ מחקר מלגה (TO) דרך הבוגרים / הורה קיץ קרן מחקר של המכללה לצלב הקדוש וסטראנסקי קרן מלגת מחקר הקיץ (ל). תודה מיוחדת למחלקה לביולוגיה ומשרד הדיקן במכללה לצלב הקדוש לתמיכה של כל העבודה במעבדה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| שמרי בירה (25 ליברות) | MP ביו-רפואיים | ICN90331225 | מזון זבוב |
| תירס (25 ליברות) | MP ביו-רפואיים | ICN90141125 | מזון זבוב |
| אגר (1 ליברות) | מוראגר בע"מ | 41004 | מזון זבוב |
| Tegosept (5 ק"ג) | Genesee | 20-259 | מזון זבוב |
| מולסה (1 ליטר) | מותג טחנת סוכר - Thomsen Food Service | 0 2625 | מזון זבוב |
| חומצה פרופיונית | פישר | A258-500 | מזון זבוב |
| חומצה זרחתית | פישר | A260-500 | מזון זבוב |
| בקבוקוני דרוזופילה, צר (PS) | Genesee | 32-109 | תרביות זבובים |
| 6oz בקבוק תחתון מרובע (PP) | Genesee | 32-130 | תרביות זבוב |
| Flugs - בקבוקי זבוב מפלסטיק | Genesee | 49-100 | תרביות זבוב כדורי |
| זהורית, | גדול Genesee | 51-100 | תרביות זבוב |
| מילוי דרוסו, Genesee | צר 59-168 | הכנת מזון זבוב | |
| מילוי דרוסו, בקבוקים | Genesee | 59-170 | מזון זבוב הכנה |
| 8A-C / מערבל מעבדה מונע הילוכים עם תושבת c-clamp 1/15 כ"ס, מהירות משתנה 700 סל"ד, 115 וולט, 50/60 הרץ | קליבלנד מיקסר | 8A-C | הכנת מזון זבוב |
| קומקום מעוטר במים הכנת | מזון זבוב | ||
| תא צמיחה יומי | פורמה טמפרטורה מדעית | ומחזור אור/חושך מבוקר | |
| אמבט מים | VWR | לחום MicroScissors לזעזועים | |
| כלים מדעיים | 15000-08 | להסרת ראשים | |
| פלורסנס חיתוך מיקרוסקופ | Zeiss | SteREO Discovery V8 | עם קוביית GFP (KSC295-814D) מסנן מעבר פס |
| מקור אור Fluroscence | Zeiss | X-Cite 120 | צינור אור סיבים אופטיים מקל על הגדרה |
| מצלמה עבור היקף | Zeiss | AxioCam ICc1 | |
| תוכנת רכישת תמונה | Zeiss | ||
| דלי | עבור אנתזיה קרה | ||
| מגש | לעריפת ראש אנתזיה קרה | ||
| קופסאות | לשחזור זבובים מפורקים בסביבה לחה |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.