Qui descriviamo un metodo semplice e ampiamente accessibile per danneggiare i nervi segmentali nelle larve Drosophila per visualizzare e quantificare la neurodegenerazione dei neuroni motori alla giunzione neuromuscolare (NMJ) delle larve di terzo istar.
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Articolo metodologico
Una semplice metodologia di lesioni meccaniche neuronali da studiare
In questo articolo
Sommario
Abstract
La degenerazione dei neuroni avviene durante il normale sviluppo e in risposta a lesioni, stress e malattie. I segni cellulari della degenerazione neuronale sono notevolmente simili negli esseri umani e negli invertebrati, così come i meccanismi molecolari che guidano questi processi. La mosca di frutta, Drosophila melanogaster , fornisce un organismo di modello genetico potente ma semplice per studiare le complessità cellulari delle malattie neurodegenerative. Infatti, circa il 70% dei geni umani associati alla malattia ha un omologo Drosophila e una pletora di strumenti e dosaggi sono stati descritti usando le mosche per studiare le malattie neurodegenerative umane. Più in particolare la giunzione neuromuscolare (NMJ) di Drosophila si è rivelata un efficace sistema per studiare le malattie neuromuscolari a causa della capacità di analizzare le connessioni strutturali tra il neurone e il muscolo. Qui, riportiamo un test in vivo di lesioni neuronali del motore in Drosophila , cheRiproducibilmente induce la neurodegenerazione a NMJ per 24 h. Utilizzando questa metodologia, abbiamo descritto una sequenza temporale di eventi cellulari che determinano la degenerazione dei motori neuronali. Il metodo del pregiudizio ha diverse applicazioni ed è stato utilizzato anche per identificare geni specifici necessari per la neurodegenerazione e per disseccare le risposte transcrizionali alla lesione neuronale.
Introduzione
La degenerazione neuronale si verifica durante il normale sviluppo e può essere causata dal processo naturale di invecchiamento, lesioni, stress, o stati di malattia. Drosophila melanogaster , la mosca comune di frutta, fornisce un organismo modello semplice e potente per studiare la neurodegenerazione a causa delle notevoli somiglianze nei meccanismi molecolari che guidano la degenerazione dei neuroni. Queste somiglianze sono evidenziate dal fatto che circa il 70% dei geni umani associati alla malattia presenta un omologo Drosophila . 1 Inoltre, numerosi saggi e strumenti tecnologici per lo studio delle malattie neurodegenerative umane sono stati sviluppati e utilizzati in Drosophila. 2 , 3 All'interno di Drosophila , la giunzione neuromuscolare (NMJ) permette di analizzare sia le proprietà cellulari che elettrofisiologiche e si è dimostrato un importante sistema per studiare la malattia neuromuscolare a causa del n visibileConnessioni euron-muscolari. 2 In questo studio, descriviamo un dosaggio in vivo di lesioni neuronali nelle larve Drosophila che consente la lesione riproducibile dei nervi segmentali. Questo infortunio motoneuron provoca una sequenza temporale di eventi cellulari che hanno determinato la neurodegenerazione al NMJ 24 h dopo lesioni. La capacità di lesioni riproducibili che provocano neurodegenerazione ha diverse applicazioni quali identificazione di geni specifici necessari per il processo degenerativo, dissezione delle risposte trascrizionali alla lesione neuronale e analisi delle cascate di segnalazione protettive. 4 , 5 , 6 Questo metodo è stato utilizzato anche in combinazione con microfluidici per studiare la degenerazione e la rigenerazione neuronali in animali vivi. 7
Utilizziamo un dosaggio quantitativo stabilito per esaminare il degenerato dei neuroni motoriIon a Drosophila NMJ dopo lesioni meccaniche. Questo saggio è basato sul fatto che la perdita di membrana e proteine presinaptiche precede lo smontaggio del reticolo subsintattico (SSR) caratterizzato dalle pieghe della membrana muscolare postsinaptica. 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 Questo test consente la quantificazione di "orme sinaptiche" in cui il neurone pre-sinaptico ha perso la connessione con il muscolo postinaptico adiacente. Il processo degenerativo è stato dimostrato progressivo durante lo sviluppo della larve 12 e non può essere considerato per lo sviluppo alterato della sinapsia o la germinazione. 8 , 9 , 10 , 11 , 12 L'annuncioIl vantaggio di utilizzare lesioni meccaniche sulle mutazioni preesistenti è che permette la dissezione della sequenza temporale di eventi cellulari che conducono alla neurodegenerazione presso la NMJ. 13
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Protocollo
1. Preparazione di reagenti e attrezzature
- Preparare 1x dissezione buffer (70 mM NaCl, 5 mM KCl, 0,02 mM CaCl 2, 20 mM MgCl 2, 10 mM NaHCO 3, 115 mM di saccarosio, trealosio 5 mM, HEPES 5 mM, pH 7.2).
- Preparare una soluzione salina a base di fosfato (PBS).
- Preparare 1x PBT utilizzando 1x PBS con 0.01% Triton X-100.
- Preparare le piastre di agar succo di frutta. 14 In breve, mescolare 30 g di agar in 700 ml di H 2 O e autoclave. Sciogliere 0,5 g di metil paraben in 10 ml di etanolo e aggiungere la soluzione a 300 ml di concentrato di succo di frutta (uva o mela). Mescolare la concentrazione in soluzione agar autoclavata e versare nei coperchi di piatti da 10 mm x 35 mm Petri.
NOTA: La premiera di potenza dell'agrumi può essere acquistata anche da varie aziende (vedere tabelle dei materiali ). - Ottieni pinze di dimensione 5 che permettono di danneggiare meccanicamente le larve.
- Utilizzare Drosophila standard CO 2 base dell'anestesia.
2. Selezionare Drosophila Larvae
- Prendete un fiale o una bottiglia di Drosophila contenenti larve di terzo istante vagate che sono state coltivate a 25 ° C.
- Selezionare dieci singoli 2 ° o 3 ° larve instar basate sull'apparenza. Le larve di terze instari possono essere identificate dall'aspetto di spirali anch'esse ramificate, mentre le seconde larve di instar sono più piccole e presentano più spiracles anteriori.
NOTA: le fasi Larval possono anche essere identificate mediante la temporizzazione. A 25 ° C, le larve secondarie appaiono approssimativamente 48 ore dopo la schiusa, e le larve di terzo istar molt circa 24 ore più tardi. Se interessati ad esaminare la neurodegenerazione presso la NMJ, le seconde larve instar devono essere ferite.
3. Preparazione delle larve Drosophila per lesioni meccaniche
- Prendete con attenzione le singole larve con le pinze o con un pennello, facendo attenzioneNon per comprimerlo comunque.
- Posizionare direttamente 10 larve in un piatto di vetro contenente un freddo PBS o un tampone di dissezione per rimuovere eventuali detriti alimentari e decelerare la motilità del larvale.
4. lesioni meccaniche e trattamento di larve Drosophila
- Posizionare ogni singola larva su un apparecchio di anestesia di CO 2 .
- Sotto un microscopio di dissezione, rotolare attentamente ogni larva sul loro lato dorsale per visualizzare i nervi segmentali attraverso la cuticola.
- La dimensione di posizione 5 pende circa 1/2 a 2/3 lungo la lunghezza della larva partendo dai ganci della bocca. Una volta posizionato, pizzicare circa 1/3 della cuticola ventrale contenente i nervi segmentali con pinze di dimensioni 5.
- Per garantire che i nervi segmentali larvali siano feriti, applicare forza sufficiente a schiacciare i nervi segmentali ma lasciare intatta la cuticola. Per determinare la giusta quantità di forza, schiacciare 10 larve e assicurarsiIl tasso di mortalità dopo 5 h è inferiore al 50%.
- Dopo lesioni, trasferire con cura le larve in una piastra di agar di succo di frutta contenente circa 0,5 g di lievito. Posiziona ogni larva in modo che la sua estremità anteriore sia sulla pasta di lievito, per continuare a nutrirsi nonostante la motilità sconvolta.
NOTA: per assicurarsi che i nervi segmentali larvali siano stati feriti, si può osservare la motilità del larvale interrotta dopo il trasferimento sulla piastra agar. Le larve danneggiate sono effettivamente paralizzate posteriormente al sito di lesioni, ma possono ancora muovere i loro ganci e l'alimentazione. Un tasso di mortalità elevato di animali dopo il danno è comune quindi è meglio infettare 20-50% di animali in più di quanto sia necessario per un esperimento. - Posizionare le piastre di agar contenenti pasta di lievito e 10 larve ferite nel fondo di un piatto vuoto di 100 x 15 mm Petri. Coprire questa piastra di Petri, che ora contiene le larve ferite su una piastra agar con un tovagliolo di carta umido, assicurando che il tovagliolo non tocchi le larve o le piastre agar. Mettere questoPetri in un contenitore più grande dell'aria, a RT.
- Recuperare le larve per la dissezione dopo periodi specifici (6, 12 o 24 ore) dopo lesioni.
NOTA: per esaminare gli effetti immediati di lesioni sul citochistone assonale, le larve possono essere disseccate direttamente dopo lesioni. Per esaminare i difetti di trasporto assonale, le larve possono essere disseccate circa 6 ore dopo il danno. Circa 12 h dopo l'infortunio può essere osservato un accumulo di proteine ubiquitinate, e 24 ore dopo l'infortunio può essere osservata la degenerazione dei neuroni motori al NMJ.
5. Analisi della neurodegenerazione presso la NMJ
- Disseccare Drosophila larval NMJ come descritto in precedenza. 15 , 16 In breve, appoggiate le larve su un piatto di Sylgard, tagliate lungo la superficie dorsale e filettate con i perni in una goccia di tampone di dissezione per esporre la muscolatura della parete del corpo. Fissare le larve in 4% di paraformaldeide (PFA) o nella soluzione di Bouin in base all'antiCorpi utilizzati per visualizzare i neuroni e muscoli.
NOTA: la fissazione PFA deve essere utilizzata se i tag proteine fluorescenti, come la Proteina Verde Fluorescente (GFP), devono essere visualizzati come il fissativo di Bouin può essere troppo duro. - Eseguire l'immunofluorescenza, descritta in precedenza 11 , 13 , 16 , per segnare contemporaneamente i neuroni motori presinaptici e le pieghe muscolari postsinaptiche adiacenti (SSR). Visualizzare le membrane e gli assoni presinaptici con perossidasi di rafano coniugato fluorescently (HR: 1: 300) 17 e le zone attive possono essere macchiate utilizzando un anticorpo anti-Bruchpilot (Brp) (nc82; 1: 100; Developmental Studies Hybridoma Bank). Simultaneamente etichetta i muscoli post-sinaptici con un anticorpo anti-Dics Large (Dlg) (1: 10.000). 18
- Eseguire un dosaggio stabilito per quantificare la neurodegenerazione al NMJ come descritto in precedenza. 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 In breve, visualizzare contemporaneamente singoli NMJ per entrambi i compartimenti pre e post-sinaptici. Tutti i marcatori etichettati con marcatori postsinaptici ma non marcatori presinaptici indicano siti di neurodegenerazione ( Figura 1 ). Il numero medio di bouton per NMJ e il numero medio di NMJ per animale possono essere quantificati.
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Risultati
Utilizzando la procedura qui presentata, abbiamo dimostrato che lesioni neuronali meccaniche consentono la dissezione temporale di eventi neurodegenerativi. 14 , 18 La sequenza degli eventi è stata precedentemente caratterizzata e inizia con un'interruzione immediata del citoscheletro, seguita da difetti di traffico dell'assone, un accumulo di proteine ubiquitinate e una successiva neurodegenerazione 24 h post-lesione. ...
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Discussione
La lesione meccanica neuronale descritta precedentemente e qui dimostrata può essere utilizzata per indurre lesioni / stress nei nervi segmentali delle larve Drosophila . 4 , 5 , 6 , 14 Questa tecnica sperimentale è stata impiegata in precedenza per disseccare la sequenza temporale degli eventi che conducono alla neurodegenerazione, nonché ad esaminare i cambiamenti trascrizionali nei...
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Vorremmo ringraziare tutti i membri del Keller e dei Magie Labs presso l'Università Quinnipiac per suggerimenti utili. In particolare, vorremmo ringraziare Barron L. Lincoln II per lo sviluppo di questo test di lesioni all'interno del Keller Lab. Vorremmo inoltre ringraziare l'Università di Quinnipiac College of Arts e Science Grant-In-Aid conferito a LC Keller.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Forbici per micro-dissezione | Fine Science Tools | 15000-08 | |
| Dumont #3 Forcipe | Fine Science Tools | 11231-30 | Alcune persone preferiscono la taglia 3, mentre altri preferiscono la misura 5 |
| Dumont #5 Forcipe | Fine Science Tools | 11251-30 | Alcune persone preferiscono la taglia 3, mentre altri preferiscono la misura 5 |
| CO2 Air Tank | Tech Air | UN 1013 | È possibile acquistare serbatoi di varie dimensioni |
| 2 Apparecchio per anestesia | Genesee Scientific | 59-114 | |
| Perni in acciaio inossidabile, misura 0,1 | Fine Science Tools | 26002-10 | |
| SylGard 184 Elastomero siliconico, base e agente indurente | Dow Corning | 3097358-1004 | Per versare piastre di dissezione |
| di Bouin | Sigma | HT 10132-1L | Gli anticorpi devono essere testati per la loro efficienza in Bouin e PFA |
| 4% Paraformaldeide (PFA) in soluzione salina tamponata con fosfato (PBS) | Affymetrix | FLY-8030-20 | devono essere testati per la loro efficienza in Bouin e |
| PFA Microscopio stereo da dissezione | AmScope | SM-1BZ | |
| Sorgente luminosa | AmScope | HL150-AY-220V | |
| anticorpo nc82 | Studi sullo sviluppo Hybridoma Bank | nc82-s | |
| anti-dischi grandi anticorpi | Studi sullo sviluppo Hybridoma Bank | AF3 | |
| Alexa Fluor anti-rafano perossidasi | Jackson Immunoresearch | 123-545-021; 123-585-021; 123-605-021 | One can you Alexa Fluor® 488, 594 o 647 |
| Flystuff Grape Juice Agar Premix | Genesee Scientific | 47-102 | |
| Vetrini per microscopio | Genesee Scientific | 29-101 | |
| Vetrini coprioggetti | Fisher Scientific | 12-545-87 | |
| Thermo Scientific Nalgene Utility Box | Fisher Scientific | 03-484C | Utilizzato per creare una camera umida per il recupero larvale |
Riferimenti
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