פרוטוקול זה מדגים אבלציה של תאי לייזר של נוירונים בודדים בזחלי דרוזופילה שלמים. השיטה מאפשרת לחקור את ההשפעה של הפחתת התחרות בין תאי עצב במערכת העצבים המתפתחת.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
פרוטוקול זה מדגים אבלציה של תאי לייזר של נוירונים בודדים בזחלי דרוזופילה שלמים. השיטה מאפשרת לחקור את ההשפעה של הפחתת התחרות בין תאי עצב במערכת העצבים המתפתחת.
הפרוטוקול מתאר אבלציה של נוירון יחיד עם מערכת לייזר של 2 פוטונים במערכת העצבים המרכזית (CNS) של זחלי Drosophila melanogaster שלמים. באמצעות שיטה לא פולשנית זו, ניתן לתפעל את מערכת העצבים המתפתחת באופן ספציפי לתא. שיבוש ההתפתחות של נוירונים בודדים ברשת יכול לשמש כדי לחקור כיצד מערכת העצבים יכולה לפצות על אובדן קלט סינפטי. תאי עצב בודדים הופעלו באופן ספציפי במערכת הסיבים הענקית של דרוזופילה, תוך התמקדות בשני נוירונים: סיב הענק הפרה-סינפטי (GF) והנוירון המוטורי הטרגוטרוצנטרלי הפוסט-סינפטי (TTMn). סינפסות ה-GF עם ה-TTMn האיפסילטרלי, שהוא חיוני לתגובת הבריחה. אבלציה של אחד ה-GFs במוח הכוכבהשלישי , מיד לאחר שה-GF מתחיל בצמיחה אקסונלית, מסירה לצמיתות את התא במהלך התפתחות מערכת העצבים המרכזית. ה-GF הנותר מגיב לשכן הנעדר ויוצר מסוף סינפטי חוץ רחמי ל-TTMn הנגדי. מסוף לא טיפוסי זה, סימטרי דו-צדדי, מעצבב את שני ה-TTMns, כפי שמודגם על-ידי צימוד צבעים, ומניע את שני תאי העצב המוטוריים, כפי שמודגם בבדיקות אלקטרופיזיולוגיות. לסיכום, אבלציה של נוירון יחיד מדגימה תחרות סינפטית בין זוג נוירונים דו-צדדיים שיכולים לפצות על אובדן של נוירון אחד ולהחזיר תגובות נורמליות למעגל המילוט.
אבלציה בלייזר היא כלי מועדף לניתוח מעגלים עצביים במגוון רחב של אורגניזמים. הוא פותח במערכות גנטיות כמו תולעים וזבובים, והוא יושם ברחבי ממלכת החי כדי לחקור את המבנה, התפקוד וההתפתחות של מערכת העצבים 1,2,3. כאן, אבלציה של נוירון יחיד שימשה כדי לחקור כיצד נוירונים מתקשרים במהלך הרכבת מעגלים בדרוזופילה. מערכת המילוט של הזבוב היא מעגל מועדף לניתוח מכיוון שהיא מכילה את הנוירונים הגדולים ביותר ואת הסינפסות הגדולות ביותר בזבוב הבוגר, והמעגל אופיין היטב בעשורים האחרונים4. התפקיד שממלאות אינטראקציות נוירון-נוירון בהרכבת מעגל הסיבים הענק הוא מוקד המחקר הזה.
סוג אחד של אינטראקציה שהיה מוקד במדעי המוח מאז עבודתם של הובל וויזל בשנות השישים הוא "תחרות סינפטית"5,6. בפרוטוקול זה, אבלציה בלייזר שימשה כדי לבחון מחדש את תפקידה של התחרות באמצעות אבלציה חד-תאית במערכת הסיבים הענקית (GFS) של דרוזופילה, שם ניתן לגלות את היסודות המולקולריים של התופעות.
אבלציה של תאי עצב בזבוב המתפתח הייתה קשה ממגוון סיבות, כולל הדמיה של נוירוני המטרה, דיוק שיטת האבלציה והישרדות הדגימה. כדי להתגבר על בעיות אלה ב-GFS, מערכת UAS/Gal47 שימשה לסימון תאי עצב בעלי עניין, ומיקרוסקופ בעל שני פוטונים שימש להסרת הסיב הענק הפרה-סינפטי או נוירון מנוע הקפיצה הפוסט-סינפטי (TTMn).
במחקר זה, כדי לקבוע את התפקיד שתאי עצב דו-צדדיים שכנים ממלאים בהתאמת קישוריות סינפטית וחוזק סינפטי ב-GFS, אחד מזוגות תאי העצב הדו-צדדיים (GF קדם-סינפטי או נוירון מוטורי פוסט-סינפטי) נמחק ממש לפני התפתחות הגולם. בשלב התפתחותי זה, אקסונוגנזה GF לא הושלמה8. לאחר מכן נבדקו מבנה ה-GF ותפקודו של המעגל הסינפטי אצל הבוגר, תוך מתן תשומת לב מיוחדת לתפוקה של ה-GF הנותר.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל בעלי החיים ששימשו לפרוטוקול היו מהמין Drosophila melanogaster. אין בעיות אתיות סביב השימוש במין זה. לא היה צורך באישור אתי כדי לבצע עבודה זו. הפרטים של מיני הדרוזופילה , ריאגנטים וציוד ששימשו במחקר מפורטים בטבלת החומרים.
1. גידול דרוזופילה ובחירת שלב הזחל הנכון
2. הכנת זחלהכוכבהשלישי
הערה: הזחלים הורדמו בשיטה דומה לזו של בורה ואחרים. כדי לשמור על זמני הליך קצרים, הכינו רק זחל אחד בכל פעם. חשיפה קצרה להרדמה תשפר את הישרדותם של חיות ניסוי10.
3. הרכבת זחלים על שקופיות לאבלציה
4. איתור תאי היעד
הערה: המערכת מרובת הפוטונים ששימשה למחקר זה הורכבה על מיקרוסקופ זקוף. תוכנה ספציפית למערכת שימשה לשליטה בהגדרות רכישה וגירוי לייזר. המערכת צוידה במקור אור אפיפלואורסצנטי לאיתור הדגימות. עדשת המטרה הייתה עדשת טבילה במים עם הגדלה של פי 25, מרחק עבודה ארוך של 2 מ"מ ו-NA של 1.10.
5. הגדרת פרמטרי אבלציה

איור 1: זיהוי תאי עצב לאבלציה בלייזר בזחלי דרוזופילה L3 שלמים. (A) סכמה של המיקום של סיב ענק (GF) סומא במוח וצביר של נוירונים מוטוריים המכילים את הנוירון המוטורי הטרגוטרוצנטרלי (TTMn) בחוט העצב הגחוני (VNC). (B) הקרנה בעוצמה מרבית של ביטוי מניע shakB(קטלני)-Gal4 של GFP בזחל VNC. קו האמצע מסומן על ידי הקו המקווקו. העיגול מציין את צביר תאי העצב המכילים את TTMn המיועדים לאבלציה בלייזר. סרגל קנה מידה: 50 מיקרומטר. (C) מבט הקרנה חלקי של מוח הזחל המבטא GFP תחת הבקרה של A307-Gal4. העיגול מציין את סומא GF המיועד לאבלציה בלייזר. סרגל קנה מידה: 50 מיקרומטר. (D) הקרנה בעוצמה מרבית של המוח עם R91H05-Gal4 המניע UAS-GFP. שני ה-GFs (מעגלים) ניתנים לזיהוי לפי מיקום, צורה וגודל. סרגל קנה מידה: 50 מיקרומטר. (E) GF סומא תצוגה מוגדלת לפני אבלציה בלייזר. מעגל המג'נטה מציין את אזור המטרה לאבלציה בלייזר. סרגל קנה מידה: 10 מיקרומטר. (F) GF סומא תצוגה מוגדלת לאחר מסירת כוח לייזר מקומי ואבלציה מוצלחת. סרגל קנה מידה: 10 מיקרומטר. (G) GF סומא תצוגה מוגדלת לפני אבלציה בלייזר. מעגל המג'נטה מציין את אזור המטרה לאבלציה בלייזר. סרגל קנה מידה: 10 מיקרומטר. (H) GF סומא תצוגה מוגדלת לאחר מסירה של כוח לייזר מקומי ואבלציה (הלבנה) לא מוצלחת. סרגל קנה מידה: 10 מיקרומטר. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
6. שחזור הזחלים
7. בדיקת הפונקציונליות של GFS בזבובים בוגרים
הערה: השלבים הבאים מוסברים בפירוט ב- Allan and Godenschwege12, and Augustin et al.13.
8. דיסקציה ותיוג של מערכת הסיבים הענקית להדמיה קונפוקלית
הערה: דיסקציה CNS זבוב והזרקת צבע מפורטים ב Boerner ו Godenschwege14.
9. אימונוהיסטוכימיה של מערכת העצבים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שיטה זו יכולה לשמש כדי לתפעל את הפיתוח של רשתות עצביות ספציפיות במערכת העצבים של Drosophila. שאלת המחקר העיקרית כאן הייתה היווצרות קשרים סינפטיים. הסרת ה-GF הפרה-סינפטי או ה-TTMn הבתר-סינפטי אפשרה לחקור סינפטוגנזה תגובתית בסינפסה מרכזית זו ובמנגנונים המולקולריים החיוניים לתפקוד ולהתפתחות הסינפטיים. כמתואר בפרוטוקול, בוצעה אבלציה של תאי לייזר של אחד ה-GFs או של אחד ה-TTMns, ונותחו ההשפעות על הסינפסה לאחר התפתחות הגלמים בזבוב הבוגר.
כדי להבטיח שלהליך לא תהיה השפעה שלילית על הישרדות בעלי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
אבלציה של תאים במיקרוסקופ של 2 פוטונים הוכחה כשיטה מוצלחת ביותר למניפולציה של התפתחות מעגלים עצביים בדרוזופילה. מכיוון ששיטה זו אינה פולשנית, היא גורמת נזק מינימלי לחיה. הנתונים תומכים בתועלת של מניפולציה ספציפית לתא זה של מעגלים ידועים.
קריטי להצלחת האבלציה היה בחירת הנהג המתאים ביותר של Gal4. מכיוון שה- GFS נחקר היטב, קווי נהג ספציפיים רבים של Gal4 תוארו7. רוב הדרייברים של Gal4 מוגבלים מאוד, אך עדיין באים לידי ביטוי בתאי עצב רבים אחרים. אתגר אחד היה לזהות באו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
ניסויים במיקרוסקופ בעל 2 פוטונים בוצעו בליבת דימות התא המתקדמת של מכון המוח FAU סטיילס-ניקולסון. ברצוננו להודות ליוזמת יופיטר למדעי החיים על התמיכה הכספית.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| Alexa Fluor 488 AffiniPure Goat Anti-Rabbit IgG (H+L) | Jaxkson ImmunoResearch | 111-545-003 | |
| חלבון פלואורסצנטי אנטי ירוק, ארנב | פישר סיינטיפיק | A11122 | 1:500 ריכוז |
| Apo LWD 25x/1.10W Objective | Nikon | MRD77220 | טבילה במים למרחק עבודה ארוך |
| סרום בקר אלבומין (BSA) | Sigma | B4287-25G | |
| זיקית Ti: Sapphire Vision II לייזר | קוהרנטי | ||
| כדור כותנה | Genesee Scientific | 51-101 | |
| Dextra, Tetramethylrhodamine, 10,000 MW, ליזין ניתן לתיקון (fluoro-Ruby) | Fisher Scientific | D1817 | |
| מתכון מלח | מ- Gu and O'Dowd, 2006 | ||
| Ethyl Ether | Fisher Scientific | E134-1 | סכנה, נוזל דליק |
| מזון זבובים B (מתכון בלומינגטון) | LabExpress | 7001-NV | |
| מתיל סליצילאט | פישר סיינטיפיק | O3695-500 | |
| צינור מיקרוצנטריפוגה 1.5 מ"ל | אפנדורף | 22363204 | |
| כיסוי מיקרוסקופ החלקה 18x18 #1.5 | פישר סיינטיפיק | 12-541A | |
| מעקב נוירוביוטין | מעבדות | SP-1120 | |
| ניקון A1R מיקרוסקופ רב-פוטוני | ניקון | על מעמד מיקרוסופ FN1 זקוף | |
| NIS Elements מחקר מתקדם | של Nikon | תוכנת רכישה וניתוח נתונים | |
| Paraformaldehyde (PFA) | Fisher Scientific | T353-500 | |
| PBS (Phosphate Buffered Salin) | Fisher BioReagents | BP2944-100 | טבליות |
| R91H05-Gal4 | בלומינגטון מרכז מניות דרוזופילה | 40594 | |
| shakB (קטלני)-GAl4 | מרכז המניות בלומינגטון דרוזופילה | 51633 | |
| שקופית זכוכית מיקרוסקופ סופרפרוסט | פישר סיינטיפיק | 12-550-143 | |
| טריטון X-100 | פישר סיינטיפיק | 422355000 | תמיסת דטרגנט |
| UAS-10xGFP | בלומינגטון מרכז המניות דרוזופילה | 32185 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.