גירוי וניתוח נוירוגנזה למבוגרים במוח המרכזי של דרוזופילה

נזק למוח ולמערכת העצבים הוא גורם עיקרי למוות ונכות ברחבי העולם. כ -1.5 מיליון אמריקאים סובלים מפגיעות מוחיות טראומטיות (TBI) מדי ^שנה1, בעוד שכ -6 מיליון אנשים בארצות הברית לבדה סובלים ממחלות ניווניות, כגון פרקינסון ומחלת ^{אלצהיימר2}. הן מחלה והן פגיעה במוח עלולות לגרום לניוון עצבי, מה שמוביל לפגמים חושיים, קוגניטיביים ^{ומוטוריים3}. פיתוח אסטרטגיות טיפוליות לתיקון המוח האנושי היה קשה בשל הפיזיולוגיה המורכבת של המוח. מודל אורגניזמים כגון Drosophila melanogaster לספק מערכת פשוטה לזיהוי המנגנונים הבסיסיים הבסיסיים ניוון עצבי ויעדים טיפוליים ^{פוטנציאליים4}.

זבוב הפירות Drosophila melanogaster היה אורגניזם מודל רב עוצמה במשך יותר ממאה שנה, קידום תחומי הגנטיקה, הביולוגיה ההתפתחותית, ומדעי ^המוח5,6. המוח Drosophila מורכב רק ~ 90,000 ^{נוירונים7}, פי מיליון פחות מאשר המוח האנושי ^{הממוצע8}, עדיין יש להם קווי דמיון רבים. הן המוח האנושי והן המוח הזבוב לנצל את הנוירוטרנסמיטרים גאבא, גלוטמט, אצטילכולין, ואת אמינים ביוגני דופמין וסרוטונין9. Drosophila נוירונים אנושיים גם לתפקד באופן דומה, עם ארכיטקטורה סינפטית משותפת וסוגי תאים עצביים ^{אנלוגיים10}. גודל המוח הקטן יותר של Drosophila ואת הזמינות של טכניקות גנטיקה מתקדמות, בשילוב עם שימור מנגנונים מולקולריים, תאיים ופיזיולוגיים בין Drosophila ויונקים, מאפשר לחוקרי Drosophila לשאול שאלות שאינן מעשיות או קשה לענות במודלים יונקים.

ההבנה הנוכחית שלנו של נוירוגנזה למבוגרים בדרוסופילה, הן במהלך הומאוסטזיס והן בעקבות פציעה, נותרה מוגבלת. עוד ידוע על נוירוגנזה במהלך התפתחות נורמלית. לדוגמה, נוירונים וגליה נוצרים במהלך התפתחות מתאי מבשר, הנקראים neuroblasts10,11. לפחות שלושה סוגים שונים של נוירובלסטים נבדלו במוח המרכזי. הן סוג I והן סוג II neuroblasts שושלת לצאת מחזור התא ~ 20-30 שעות לאחר היווצרות ^puparium12. לעומת זאת, נוירובלסטים גוף פטריות הם האחרונים לסיים את חלוקת התא ולעשות זאת באמצעות אפופטוזיס תלוי ריפר ~ 85-90 שעות לאחר היווצרות puparium13. לאחר אקסלוסיה, המוח Drosophila הבוגר יש מעט תאים מתחלקים (~ 1 תא / מוח), בעיקר ^glia14. האונות האופטיות הבוגרות מחזיקות באיטיות ברכיבה על אופניים נוירובלסטים המסוגלים ^{לנוירגנזה15}, בעוד שלמוח המרכזי למבוגרים אין נוירובלסטים ידועים. המחסור של אבות עצביים והתפשטות תאים מוגבלת דומה מאוד למצב במוח היונקים הבוגרים, ומדגיש את הרלוונטיות הפוטנציאלית של המנגנונים של נוירוגנזה בוגרת בדרוסופילה לבני אדם.

גילוי רמות נמוכות של נוירוגנזה למבוגרים באונות האופטיות של Drosophila למבוגרים לאחר ^פציעה15 הוביל להשערה כי המוח המרכזי של Drosophila הבוגרת עשוי גם להיות מסוגל נוירוגנזה ^{למבוגרים16}. פרוטוקול זה מתאר יצירת מודל קפדני, לשחזור של פגיעה מוחית מרכזית Drosophila למבוגרים שניתן להשתמש בו כדי לחקור neurogenesis במוח המרכזי למבוגרים. בהתחשב בדמיון בין ארכיטקטורת המוח האנושית לבין תפקוד המוח Drosophila , תגליות אלה עלולות להוביל לזיהוי מטרות קריטיות לנורוגנזה טיפולית במוחות אנושיים פצועים וחולים.

פרוטוקול זה פועל על פי הנחיות הטיפול בבעלי חיים של UW-מדיסון.

1. יצירת Drosophila למבוגרים עבור PTBI

1. עבור הצלב הסטנדרטי, מקם 20 בתולה y[1] w[1]; UAS-mCD8-GFP;; OK107-GAL417 נקבות בוגרות ו-10 y[1] w[1]¹⁷ גברים בוגרים טסים יחד בבקבוקונים (ראו טבלת חומרים) המכילים מזון. כדי שיהיו מספר גדול של צאצאים סינכרוניים, הגדר 10-20 צלבים בו זמנית. הצלב הסטנדרטי מעורר צאצאי F1 של הגנוטיפ: y[1] w[1]; UAS-mCD8-GFP/+;; אוקיי107-GAL4/+.
   1. מניחים את הבקבוקונים ב 25 °C (75 °F) להזדווגות והטלת ביצים. כדי למקסם את האבן, להעביר את ההורים בקבוקונים חדשים כל 2-4 ימים, שמירה על הבקבוקונים המוקדמים ב 25 °C (70 °F). יש להשליך כל מקטורן 18 יום לאחר שההורים הונחו בו לראשונה כדי להבטיח שאין צאצאי F2.
      הערה: ניתן להפיק 3 קבוצות של צאצאים ("מהורהרים") מכל קבוצה של הורים.
   2. בדוק לאחר ~ 10 ימים, כאשר הצאצאים F1 יתחילו להתפרק.
2. למחקרי שושלת היוחן, השתמש F1 זכרים תאומים ^פרמה15 של גנוטיפ: w; FRT40A, UAS-CD2-RFP, UAS-GFP-מיר/FRT40A, UAS-CD8-GFP, UAS-CD2-מיר; אמבטיה-GAL80ts / מעשה GAL4 UAS-flp. עבור עקביות, לעשות את הצלב הזה באותו כיוון בכל פעם.
   1. כדי ליצור זכרים תאומים פרמה, מקום 20 בתולה w; FRT40A, UAS-CD2-RFP, UAS-GFP-מיר; נקבות אמבטיה-GAL80ts/TM6B ו-10 w; FRT40A, UAS-CD8-GFP, UAS-CD2-מיר; act-GAL4 UAS-flp/TM6B15 זכרים בוגרים יחד בבקבוקונים המכילים מזון.
   2. מניחים את הבקבוקונים ב 17 °C (7 °F) להזדווגות והטלת ביצים. העבר הורים לבקבוקונים של מזון חדש כל 7 ימים, שמירה על כל הבקבוקונים ב 17 °C (7 °F). להשליך כל מקטורן 35 ימים לאחר ההורים הונחו בו לראשונה כדי להבטיח כי אין צאצאי F2.
   3. בדוק לאחר ~ 21 ימים, כאשר הצאצאים F1 יתחילו להתפרק.

2. פגיעה מוחית טראומטית חודרת (PTBI;  איור 1)

1. מיין זבובי F1 חדשים. בחר זכרים צעירים בתוך 6 שעות לאחר אקסלוסיה. מניחים את הזכרים האלה בבקבוקונים נקיים המכילים מזון, עם 40 זבובים או פחות לכל בקבוקון.
   הערה: זה מושג בקלות רבה ביותר באמצע הבוקר על ידי עשיית זבובים על כרית _CO2 וזיהוי זכרים בוגרים שעדיין יש להם meconium (גלוי כנקודה ירקרקה כהה דרך דופן הבטן) במעיים שלהם.
2. קדם-הזנה עם 5-אתניל-2'-deoxyuridine (EdU) (ראה טבלת חומרים) עבור 6 שעות לפני הפציעה אם מתכננים לסמן חלוקת תאים עם EdU. ראה שלב 3 לקבלת פרטים.
3. לחטא סיכות Minutien (ראה שולחן חומרים) במשך 5 דקות לפחות על ידי הצבת ~ 100 סיכות בצינור microcentrifuge 1.5 מ"ל מלא 70% אתנול.
4. יש לחטא את משטח הפחמן _{הדו-חמצני} ואת המכחול על ידי ריסוס 70% אתנול ונגב יבש עם רקמה נקייה ללא מוך. לאחר שהכלים נקיים ויבשים, העבירו 40 זכרי F1 ממוינים או פחות בחזרה למשטח הנקי.
5. הפרד את זכרי F1 לשתי קבוצות על משטח הזבוב. קבוצה אחת תשמש כשליטה, זבובים ללא פגע. קבוצת הניסוי השנייה תהיה כפופה ל-PTBI.
6. באמצעות מלקחיים, למשוך 4-5 סיכות Minutien חדש מתוך צינור microcentrifuge ומניחים אותם ליד הקצה של כרית _CO2 . תחת טווח הניתוח, בחר סיכת Minutien ישרה עם נקודה חדה.
   הערה: שימוש בסיכת Minutien אחת לניסוי יפחית את השונות. לעשות שימוש חוזר בפינים חדים. מניחים סיכות פגומות או קהות בצינור מיקרוצנטריפוגה נפרד של 1.5 מ"ל המכיל 70% אתנול לסילוק בטוח.
7. אם אתם עובדים עם זבובים מהצלב הסטנדרטי, הדליקו את מנורת הדיודה פולטת האור (LED) של מיקרוסקופ סטריאו המצוידת במסנני העירור והפליטה המתאימים לחלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP). זה מאפשר עירור ב 440-460 ננומטרי ומאפשר הדמיה של 500-560 ננומטר.
   הערה: עם המנורה ומסנן זה, גופי התא של גוף הפטריות יהיה פלואורסצ'ה ירוק דרך חתך הראש (איור 1C). עבור זבובים או זבובים של גנוטיפים אחרים, ניתן להשתמש במאיר אור לבן סטנדרטי למיקרוסקופ הסטריאו כדי לדמיין ציוני דרך על גוון הראש למיקוד הפגיעה בגוף הפטריות (איור 1C).
8. השתמש במלקחיים כדי להרים ולהחזיק את סיכת Minutien שנבחרה ביד אחת (עבור אנשים ימניים, זה בדרך כלל יד ימין) ואת מברשת צבע ביד השנייה (בדרך כלל שמאל). בחר זבוב מקבוצת הניסוי ומיקם את הזבוב כך שיש לך מבט על גופרית של קפסולת הראש עם ראש הזבוב ימינה. מניחים את המברשת על החלק המקדים של בית החזה של גבי ולדחוף למטה בעדינות כדי לייצב את הזבוב.
9. כוונו את קצה סיכת Minutien לגופי התא של גוף הפטרייה בצד ימין של הראש וחדרו את כמוסת הראש. אם אתם משתמשים בציוני דרך, כוונו לחתך הראש הגבי בין האוקלי לשפת הגב של העין (איור 1).
10. לאחר השלמת הפציעה, השתמש במכחול כדי לדחוף את הראש בעדינות את סיכת Minutien.
11. אם אתם משתמשים במוח עבור RNA-Seq או qRT-PCR, הפוך לפציעה שנייה בצד שמאל של הראש.
12. חזור על שלבים 2.8-2.10 כדי לפגוע בכל הזבובים בקבוצת הניסוי.
13. לאחר שכל הזבובים נפצעו, הניחו את השליטה ופגעו בזבובים לתוך בקבוקונים נפרדים ומסומנים המכילים מזון. הנח את הבקבוקונים אופקית (כלומר, בצדדים שלהם) בעוד הזבובים להתאושש מן ההרדמה ובמהלך ההזדקנות לאחר מכן כדי למנוע זבובים להיתפס במזון.
14. צלב רגיל טס במהירות של 25 °C (70 °F), וטיסות פרמה-טווין ב 30 °C (50 °F) עד גיל.
15. עבור זבובים בגילאי יותר מ 24 שעות, מניחים אותם על מזון נקי כל 1-2 ימים.

3. תיוג EdU

1. הכן מלאי של 10 mM 5-אתניל-2'-deoxyuridine (EdU) בדימתיל סולפוקסיד (DMSO). זה יכול להיות מאוחסן ב -20 °C (50 °F) עד 12 חודשים.
2. הכן 200 μL של 50 מיקרומטר EdU ב 10% סוכרוז. קדם-הזנה טסה עם EdU במשך 6 שעות לפני PTBI.
3. מקם 200 μL של 50 μM EdU ב 10% סוכרוז על נייר מסנן כיתה 3 עגול 23 מ"מ (ראה שולחן חומרים) בחקירה ריקה אחרת.
4. מניחים את הזבובים בוויון. ואז לאטום את המשחקון עם תקע כותנה.
5. מניחים את הנקיל אופקית באינקובטור לח ב 25 °C (6 °F) במשך 6 שעות.
6. בצע PTBI כמתואר בשלבים 2.3-2.10.
7. מחזירים את הזבובים לפוען המכיל את EdU. אוטמים את הוויאל עם תקע כותנה.
8. מניחים את הקרבון אופקית באינקובטור לח ב 25 °C (75 °F) עד 24 שעות. בצע את אחד השלבים המתוארים להלן (שלב 3.8.1-3.8.3).
   1. לנתח ולתקן את המוחות כמתואר בשלב 4 באמצעות חיץ קיבוע, לשטוף ולחסום ללא אזיד ועם תגובת הזיהוי של EdU שבוצעה לפני כתמי נוגדנים.
   2. העבר את הזבובים לנקניקיה נקייה המכילה נייר מסנן חדש ו 200 μL של 50 μM EdU ב 10% סוכרוז. מניחים את הקרבון אופקית באינקובטור של 25 מעלות צלזיוס. חזור על הפעולה כל 24 שעות במהלך תיוג. לאחר מכן, לנתח ולתקן את המוח כפי שמתואר בשלב 4 באמצעות חוצצים ללא אזיד עם תגובת זיהוי EdU שבוצעה לפני כתמי נוגדנים.
   3. כדי לתווית מרדף דופק עם EdU, להאכיל את EdU לתקופת הדופק, להעביר את הזבובים כל 24 שעות לפקעת נקייה המכילה נייר מסנן חדש ו 200 μL של 50 מיקרומטר ב 10% סוכרוז. לאחר תקופת הדופק (למשל, 4 ימים), מעבירים את הזבובים למוסך המכיל מזון דרוסופיל סטנדרטי. מניחים את הנקריאל על צידו בחממה של 25 מעלות צלזיוס למשך 3 ימים נוספים. לאחר מכן, לנתח ולתקן את המוח כפי שמתואר בשלב 4 באמצעות חוצצים ללא אזיד עם תגובת זיהוי EdU שבוצעה לפני כתמי נוגדנים.

4. דיסקציה, אימונוהיסטוכימיה, והרכבה

1. הכן צינורות microcentrifuge 1.5 מ"ל עם 100 μL של קבוע: 4% פורמלדהיד ב- PEM (100 mM piperazine-N,N'bis (חומצה 2-אתנסולפונית) [PIPES], 1 mM EGTA, 1 mM _MgSO4, pH 7.0) (ראה שולחן חומרים) ומניחים על קרח.
   הערה: עד 20 מוחות של גנוטיפ אחד ומצב ניתן לעבד בצינור אחד.
2. הכן צלחת ביתור עם בריכה קטנה אחת (~ 100 μL) של 70% אתנול ושלוש בריכות קטנות של תמיסת מלח חוצץ פוספט (PBS; 100 מ"ר של _K2HPO4, 140 מ"ר של NaCl, pH 7.0).
3. אני מרדים ~ 10 שליטה או זבובים ניסיוניים על כרית _CO2 שחוטאה עם 70% אתנול.
4. להפריד את הראש מתא המטען של כל זבוב באמצעות אזמל.
5. אוספים את הראשים עם מברשת צבע רטובה ב-70% אתנול ומניחים את הראשים במשך 2-5 דקות בבריכת האתנול על צלחת הניתוח.
   הערה: זה מעט מייבש את המוחות ועושה אותם קל יותר לנתח מן חתך הראש.
6. העבר את הראשים למאגר ~ 100 μL של PBS ולנתח את המוח, העברת כל מוח למאגר נקי ~ 100 μL של PBS. בצע זאת באמצעות שני זוגות של מלקחיים שענים כדי לפתוח את החלק האחורי של חתך הראש ולהחזיק את החתך עם זוג אחד של מלקחיים תוך חטטנות עדינה את המוח מתוך החתך באמצעות הקצה הסגור של זוג המלקחיים השני.
7. העבר את המוחות נותחו לצינור microcentrifuge המכיל 100 μL של פתרון התיקון באמצעות pipettor P200 מצויד קצה פלסטיק כי כבר חתוך משופע כדי לאפשר כניסה של המוח.
8. לתקן במשך 20-25 דקות בטמפרטורת החדר. הסר בזהירות את התיקון עם P200 או פיפטה זכוכית.
9. לשטוף את המוח הקבוע ארבע פעמים עם 1 מ"ל של 'PT' (PBS בתוספת 0.1% Triton X-100), ומאפשר למוח להסתפק במשך מספר דקות בין כל לשטוף.
   הערה: אם המוחות אינם מתיישבים במהירות בין הכביסות, סביר להניח שיש להם עדיין גוף שומן ו /או קנה הנשימה מחובר.
10. דגימות בלוק ב 1 מ"ל של PBS בתוספת 0.1% Triton X-100 ו 2% אלבומין סרום בקר (PBT) עבור ~ 1 שעה בטמפרטורת החדר.
11. הסר את פתרון חסימה ודגימות דגירה עם 100 μL של פתרון נוגדנים ראשוני לילה ב 4 °C ב PBT. הנוגדנים העיקריים המשמשים במחקר זה הם ארנב אנטי PH3 (1:500) ועכבר אנטי פאסיקלין II (1:20) (ראה טבלה של חומרים).
12. לשטוף דגימות חמש פעמים עם 1 מ"ל של PT, המאפשר למוח להסתפק במשך כמה דקות בין כל לשטוף.
13. הסר את הכביסה הסופית ודגרה ב 100 μL של פתרון נוגדן משני לילה ב 4 °C (70 °F). הנוגדנים המשניים המשמשים כאן הם אנטי ארנב 568 (1:400) ו- Cy5 נגד העכבר (1:100) (ראה טבלת חומרים).
14. לשטוף דגימות חמש פעמים עם 1 מ"ל של PT, המאפשר למוח להסתפק במשך כמה דקות בין כל לשטוף. במהלך הכביסה הסופית, להוסיף 4',6-Diamidino-2-פנילינדול, דיהידרוכלוריד (DAPI; 1:100 של פתרון 10 מיקרומטר) במשך 10 דקות כדי להכתים את הגרעינים. הסר את הכביסה, משאיר 50-100 μL בכל צינור.
15. הכן שקופיות מיקרוסקופ על-ידי הצבת תווית חיזוק יחידה עם דבק עצמי באמצע כל שקופית ולט טיפה של 50 μL של מדיה נגד עמעום במרכז כל תווית (ראה טבלת חומרים). תווית החיזוק מחזיקה את כיסוי הכיסוי מעט מעל המגלשות ומונעת מהמוחות המותקנים להיות שטוחים יתר על המידה.
16. העבירו בזהירות את המוח מכל צינור מיקרוצנטריפוגה לשקופית מוכנה עם כמה שפחות חוצץ כביסה באמצעות P200 המצויד בקצה פלסטיק חתוך ומפופע. עד 10 מוחות יכולים להיות מותקנים בשקופית אחת.
17. השתמש במלקחיים כדי למקם מחדש בעדינות את המוח לפני הנחת כיסוי על כל שקופית ואיטום המגלשה עם לק. כוון את המוח עם הצד האחורי למעלה או הצד הקדמי למעלה, אך לא צריך לגעת זה בזה.
    הערה: מכיוון שקשה להשיג תמונות קונפוקליות באיכות גבוהה דרך מוח שלם, יש להרכיב מוחות מסוימים בכל כיוון.
18. יש לאחסן שקופיות מוכנות שטוחות ובחשיכה ב-4 מעלות צלזיוס עד להדמיה. לאחסון לטווח ארוך יותר (עד שנה אחת), ניתן לאחסן שקופיות ב- -20 °C (70 °F).

5. הדמיה קונפוקלית

הערה: מוחות תמונה באמצעות מיקרוסקופ קונפוקלי סורק לייזר עם לייזרים עירור וקוביות מסנן פליטה המתאימות DAPI ואת הנוגדנים המשניים פלואורסצנטי (כלומר, 405 ננומטר, 488 ננומטר, ו 568 ננומטר, 633 ננומטר, בהתאמה).

1. הפעל את העוצמה של המיקרוסקופ, הלייזרים, הבקר והמחשב.
2. פתח את תוכנת הרכישה.
3. במצב רכישה, בחר עד ארבעה ערוצים והגדר את הפרמטר לסריקה רציפה של הערוצים הרצויים. הגדל את כוח הלייזר עבור כל ערוץ ל-5-10%.
4. מקם שקופית על המיקרוסקופ.
5. בחר מוח להיקרא באמצעות קובץ מצורף epifluorescence (ראה טבלה של חומרים).
6. במצב רכישה, בחר 1024 x 1024 פיקסלים כממד המסגרת.
7. במצב רכישה, בחר באפשרות Z-stack, ציין שיש לקחת מחסנית Z במקטעים של 2 מיקרומטר, ולהתמקד במדגם, תוך בחירת המישורים המוקדיים העליונים והתחתונים שיש לדמיין.
8. לאסוף Z-מחסנית תמונות של מוחות שלמים באמצעות מטרה 20x ואזורי מוח ספציפיים כגון גוף הפטריות באמצעות מטרה 60x.

6. ניתוח נתונים

1. לכמת את התאים המתרבים ואת המספרים של שיבוטים תאומים פרמה באופן ידני ו / או באמצעות תוכנת ניתוח התמונה (ראה טבלה של חומרים). בעת שימוש בתוכנה, בחר אזורי עניין (ROIs) עם אזורים של לפחות 10 מיקרומטר.

PTBI מגרה את התפשטות התאים
כדי לקבוע את היקף הנוירוגנזה לאחר PTBI המוח המרכזי, התגובה ההתרבות נמדדה אצל גברים צעירים שנאספו ונפצעו בתוך 6 שעות של אקסלוסיה. עלייה משמעותית בשגשוג נצפתה 24 שעות לאחר פציעה באמצעות אנטי phosphohistone 3 (PH3), סמן עבור תאים שעברו מיטוזה פעילה. כ-3 תאי PH3+ במוחות המרכזיים שולטים ו-11 תאי PH3+ במוחות המרכזיים הפגועים נצפים במהירות של 24 שעות לאחר PTBI (איור 2A-D). רוב התאים המפרידים ממוקמים בסמוך לאתר הפציעה. נעשה שימוש בבדיקה שנייה לחלוקת התאים כדי לכמת את התפשטות התאים המצטברת מפציעה אחת ולהעריך עד כמה התאים החדשים שנוצרו שרדו. 5-אתניל-2'-deoxyuridine (EdU) הוא אנלוגי תימידין שניתן לשלב בדנ"א מסונתז חדש ולתייג לצמיתות תאים שעברו סינתזת DNA. זבובים קיבלו דופק של 4 ימים של EdU, ואחריו מרדף של 3 ימים. זה גילה כי התאים המסומנים היו קיימא ושרדו לפחות 3 ימים לאחר ההתפשטות. עד 7 ימים, היו בממוצע 2 תאי EdU+ במוחות מרכזיים שליטה וממוצע של 11 תאי EdU+ במוחות המרכזיים הפצועים, בהתאמה (איור 2E). זה דומה לתוצאות שהושגו 24 שעות לאחר פגיעה באמצעות נוגדן PH3. כאשר התפשטות התאים נמדדת ב-14 ימים, הבקרות שלא נפגעו נמדדות בממוצע 1 EdU+ תא למוח מרכזי, בעוד שהמוחות הפצועים 29 תאי EdU+ בממוצע (איור 2E), מה שמוכיח שהתפשטות התאים נמשכת לפחות עד השבוע השני לאחר PTBI.

התפשטות תאים תלוית גיל
התגובה ההתרבותית הגדולה ביותר במוח המרכזי נצפתה בתוך 24 השעות הראשונות לאחר העיקול (איור 3). עד 7 ימים לאחר אקסלוסיה, פגיעה חודרת עדיין גורמת לעלייה משמעותית בשגשוג, עם ממוצע של 6 PH3 + תאים למוח מרכזי. ובכל זאת, ב-14 יום לאחר העיקול, היכולת של תאים להתחלק בעקבות PTBI יורדת משמעותית לתא אחד המתחלק, בדומה לזה של מוחות השליטה (איור 3). לכן, הפוטנציאל להתפשטות תאים לאחר PTBI הוא תלוי גיל.

נוירונים חדשים שנוצרו יכולים להקרין כדי לתקן אזורי יעד
כדי להעריך התחדשות עצבית לאחר PTBI, נעשה שימוש במערכת תיוג תאומה תמידית15. מעקב אחר שושלת פרמה-תאומה מתייג לצמיתות תאים מתחלקים וצאצאיהם עם חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) או חלבון פלואורסצנטי אדום (RFP)15. יותר שיבוטים תאומים אותרו בדגימות פצועות, ביומיים ובשבועיים, מאשר בבקרות (איור 4A-E). ראוי לציין שהיו נוירונים חדשים בגוף הפטריות ב-50% ממוחות ה-PTBI שבועיים לאחר הפציעה (איור 4N). תאי העצב החדשים האלה הקרינו את הדנדריטים שלהם כראוי לקליקס גוף הפטריות ולאקסונים שלהם כראוי לאונות הגוף הפטריות (איור 4D, F,G). זה מצביע על כך שהתאים החדשים שנוצרו עשויים להיות נוירונים פונקציונליים המעורבים בתיקון גופי הפטריות הפגועים. אזורים אחרים במוח שנראו כמתחדשים כוללים את הגוף האליפסואידי (EB) (איור 4H, I), אונות האנטנה (איור 4J,K) והקרן לרוחב (LH) (איור 4L, M) שהחזיקה בשיבוטים גדולים כ-26%, 26%, ו-20% מהזמן, בהתאמה (איור 4N). תוצאות אלה מדגישות את התועלת של מערכת זו לחקירה של נוירוגנזה למבוגרים. מודל מוצע לרצף האירועים בעקבות PTBI ומוביל ליצירת נוירונים חדשים מוצג באיור 5.

איור 1: פגיעה מוחית טראומטית חודרת (PTBI) למוח המרכזי של דרוזופילה הבוגרת. (א) שרטוט של החלק החיצוני של ראש זבוב מבוגר. זוהי השקפה חזיתית. לכן, הצד הימני של החיה הוא לשמאלו של הצופה. (ב) שרטוט של הפנים של ראש Drosophila מבוגר עם מסלול הפציעה המצוין באפור. זהו נוף אחורי. לכן, בתמונה זו ובדמויות הבאות, הצד הימני של המוח הוא ימינה. המוח המרכזי PTBI משפיע על מבנים מוחיים מרובים, כולל גוף הפטריות (ירוק) ורקמות מחוץ למוח, כולל גוף השומן (כחול) והמוציטים (אדום). CB = אזור המוח המרכזי. OL = אזור האונה האופטית. (ג) מבט גב דורי של ראש מבוגר חי שבו גופי פטריות (ראשי חץ) מסומנים בחלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP). זהו 'הגנוטיפ הסטנדרטי' (ראה טקסט לפרטים). פרוטוקול PTBI גורם לפגיעה בגופי הפטריות. איור זה עובד מתוך Reference16. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: PTBI מגרה את התפשטות התאים. שרטוטי בקרה (A) ו- PTBI (B) ללא פגע. התיבות הכחולות בפינות הימניות העליונות מציינות את אזורי המוח המוצגים בהגדלה גבוהה יותר בחלוניות (C) ו- (D). (ג,ד) נוגדן PH3 (אדום) שימש כדי לעצור את התפשטות התאים 24 שעות לאחר פציעה. במוחות שליטה (C), ישנם מעט תאי PH3+ ואף אחד מהם לא ליד MB. עם זאת, במוחות PTBI (D), ישנם תאי PH3+ ליד MB. (ה) כימות של תאים מתרבים. המספרים משקפים תאים מתרבים בכל המוחות, לא רק בקרבת גוף הפטריות. בשעה 24 שעות, למוחות שליטה ללא פגע היו בממוצע 3 PH3+ תאים/ מוח (n = 11 מוחות, 28 תאים), בעוד 24 שעות לאחר PTBI, למוחות היו בממוצע 11 PH3+ תאים / מוח (n = 17 מוחות, 181 תאים). ב 7 ימים, פקדים ללא פגע יש מעט תאים EdU + , עם ממוצע של 2 EdU + תאים / מוח (n = 15 מוחות, 24 תאים), בעוד המוחות שלאחר PTBI 7 ימים היו בממוצע של 11 EdU + תאים / מוח (n = 22 מוחות, 238 תאים). ב-14 ימים, לפקדים שלא נפגעו יש בממוצע 1 EdU+ תא/מוח (n = 8 מוחות, 11 תאים), בעוד שלמוחות של 14 יום לאחר PTBI יש בממוצע 29 תאי EdU+ /מוח (n = 14 מוחות, 400 תאים). עבור קבוצה זו של ניסויים, זכרים צעירים בוגרים בתוך 6 שעות של אקסלוסיה שימשו. T-בדיקות t לא מנופצות של דגימות בקרה ו- PTBI בערכי התשואה של 3 נקודות של p<0.0001, p<0.0001 ו- p<0.0002, בהתאמה. קווי שגיאה משקפים את סטיית התקן (SD). איור זה עובד מתוך Reference16. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: התגובה המתרבת ל-PTBI פוחתת עם הגיל. כדי לחקור אם הגיל משפיע על כמות התפשטות התאים המתרחשת לאחר פציעה, זכרים בוגרים שזה עתה הוסקלו הושוו לבעלי חיים בגילאי 7 ימים, 14 ימים ו -28 ימים לפני PTBI, תוך שימוש ב- Anti-PH3 כדי לבדוק את התפשטות התאים 24 שעות לאחר הפציעה. לזבובים שנפצעו בתוך 6 שעות מהאקלוסיון היו בממוצע 11 PH3+ תאים/מוח (n = 17 מוחות, 182 תאים) לעומת ממוצע של 3 PH3+ תאים/ מוח בבקרות תואמות גיל (n = 11 מוחות, 28 תאים). לזבובים בגילאי 7 ימים, לאחר מכן ל-PTBI, היו בממוצע 6 תאי PH3+ /מוח (n = 11 מוחות, 65 תאים) בהשוואה לבקרות תואמות גיל עם ממוצע של 2 PH3+ תאים/מוח (n = 5 מוחות, 12 תאים). כאשר זבובים הזדקנו עד 14 ימים לפני PTBI ונחקרו 24 שעות מאוחר יותר, היה ממוצע של 1 PH3 + תא / מוח (n = 8 מוחות, 11 תאים) בדומה פקדים תואמי גיל, אשר גם ממוצע 1 PH3 + תא / מוח (n = 4 מוחות, 2 תאים). שליטה ללא פגיעה של 28 יום (n = 4, תא אחד) ו- PTBI (n = 3, תא אחד) טסות שתיהן בממוצע 0 PH3+ תאים/מוח. בדיקות t לא מתועדות עבור PTBI כדי לשלוט בהשוואות בנקודות זמן אלה של 4 זמן הן p<0.0001, p<0.04, p<0.07 ו- p<0.84, בהתאמה. איור זה עובד מתוך Reference16. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: מעקב שושלת פרמה-תאומים מדגים התחדשות המוח ומיקוד מתאים של אקסונים בעקבות PTBI. מערכת מעקב השושלת של פרמה-טווין15 נוצלה לניתוח נוירוגנזה לאחר PTBI. מערכת זו מתייגת לצמיתות תאים וצאצאים מתחלקים עם חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) או חלבון פלואורסצנטי אדום (RFP). זבובים גדלו ב 17 °C (50 °F) כדי לשמור על המערכת במהלך הפיתוח. זכרי F1 הנושאים טרנסגנים תאומים בין כוכבים נאספו עם העיקול, ואז נפצעו והונחו ב 30 °C (50 °F) כדי להתאושש במשך 2 או 14 ימים. (A) בבקרות ללא פגע של יומיים, ישנם כמה תאי GFP+ הפזורים ברחבי המוח. (B) ב 14 ימים, ישנם יחסית מעט תאים GFP + נוכח במוח המרכזי של השליטה. (ג) לשם השוואה, למוחות פצועים של יומיים יש יותר תאי GFP+ שנוטים להתקבץ ליד הפציעה (ראש חץ). (ד) ב 14 ימים לאחר פציעה, ישנם שיבוטים גדולים ליד מקום הפציעה. חלק מהשיבוטים האלה יש אקסונים שמקרינים לאורך דרכי הגוף של הפטריות (ראש חץ). רק ערוץ GFP מוצג כאן; היו שיבוטים דומים RFP + בדגימות PTBI. (E) מספר השיבוטים גדל עם הזמן לאחר PTBI.Control מוחות לא נפגעים (n = 13) יש בממוצע 10 שיבוטים ב 2 ימים, בעוד מוחות PTBI PTBI 2 ימים (n = 20) יש בממוצע 23 שיבוטים (p<0.00002). ב-7 ימים, למוחות הבקרה היו בממוצע 9 שיבוטים למוח (n = 18), בעוד שלמוחות PTBI של 7 ימים היו בממוצע 39 שיבוטים למוח (n = 16) (p-value<0.00000002). זה הרבה יותר ממספר שיבוטים שנראה ביומיים לאחר הפציעה (p-value<0.0009). במוחות שליטה של 14 יום, יש בממוצע 10 שיבוטים למוח, וזה לא שונה באופן משמעותי מהבקרות של יומיים ו-7 ימים. עם זאת, ב 14 ימים לאחר PTBI, יש ממוצע של 66 שיבוטים GFP + , שהוא באופן משמעותי יותר מאשר כל פקדים תואמי גיל (p<0.0000003) או 2 ימים לאחר PTBI מוחות (p-ערך<0.0001). סרגלי שגיאה משקפים SD. (F-M) PTBI מגרה היווצרות שיבוטים באזורים מרובים במוח. לוחות בצד שמאל הם שרטוטים של אזורי המוח שבו שיבוטים גדולים נמצאו 14 ימים לאחר PTBI (A, H, J, L). לוחות מימין מראים הגדלות גבוהות של מוחות מייצגים (G, I, K, M). למוחות רבים של 14 יום היו שיבוטים שהקרינו לאזורי מטרה מסוימים. אלה כללו את גוף הפטריות (MB) (F, G), הגוף האליפסואידי (EB) (H,I), אונת האנטנה (AL) (J,K) והקרן לרוחב (LH) (L,M). (N) הן מספר שיבוט והן גודל שיבוט להגדיל עם הזמן לאחר PTBI.הפרופורציות של אזורי המוח עם שיבוטים גדולים חושבו ב 2, 7, ו 14 ימים פקדים ומוחות פצועים. ביומיים, ~ 8% של מוחות שליטה (n = 13) הראו שיבוטים AL, בעוד לא היו שיבוטים AL במוחות פצועים 2 ימים (n = 20). במוחות שליטה של 7 ימים (n = 18), ל-6% היו AL ול-6% היו שיבוטי EB. ב 7 ימים לאחר PTBI (n = 16), 6% מהמוחות היו גם שיבוטים AL, 6% היו שיבוטים EB, ו 19% היו שיבוטים גדולים MB. ב 14 ימים, מוחות בקרה (n = 9) לא הציגו אזורים ספציפיים עם שיבוטים, בעוד 47% של מוחות PTBI (n = 15) היו שיבוטים MB, 20% של המוחות PTBI היו שיבוטים AL, ו 27% של המוחות PTBI היו שיבוטים EB, ו 27% היו שיבוטים LH. איור זה עובד מתוך Reference16. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 5: מודל סיכום להתחדשות בעקבות פגיעה מוחית טראומטית חודרת (PTBI). אצל Drosophila צעיר, ישנם תאים דמויי neuroblast quiescent בתוך המוח המרכזי כי חסר ביטוי של גנים נוירובלסט קנוני. על ידי 24 שעות לאחר PTBI, תאים דמויי neuroblast quiescent מופעלים, מבטאים גנים נוירובלסט, והחלו להתרבות. הן 4 שעות ו 24 שעות לאחר PTBI, יש גל של מוות תא16. ב 7 ימים, שיעור ההתפשטות הוא עדיין גבוה, ורבים מהתאים החדשים אימצו זהויות תאים בוגרות, להיות נוירונים או גליה. ב 14 ימים לאחר PTBI, שיבוטים גדולים של נוירונים חדשים עם אקסונים ודנדריטים מקרינים כראוי לאזורי היעד שלהם. פגמים Locomotor משוחזרים גם על ידי 14 ימים, דבר המצביע על כך Drosophila מבוגר יכול להתחדש פונקציונלית ומבנית. איור זה עובד מתוך Reference16. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

למחברים אין ניגודי אינטרסים.