寄生蜂(寄生)ハチを含む多くの昆虫の天敵の主要なクラスを構成する<em>キイロショウジョウバエ</em>。我々は、これらの寄生虫を伝播するためのテクニックを紹介します<em>ショウジョウバエ</em>属。との免疫組織に与える影響を分析する方法を示しています<em>ショウジョウバエ</em>幼虫。
Most known parasitoid wasp species attack the larval or pupal stages of Drosophila. While Trichopria drosophilae infect the pupal stages of the host (Fig. 1A-C), females of the genus Leptopilina (Fig. 1D, 1F, 1G) and Ganaspis (Fig. 1E) attack the larval stages. We use these parasites to study the molecular basis of a biological arms race. Parasitic wasps have tremendous value as biocontrol agents. Most of them carry virulence and other factors that modify host physiology and immunity. Analysis of Drosophila wasps is providing insights into how species-specific interactions shape the genetic structures of natural communities. These studies also serve as a model for understanding the hosts’ immune physiology and how coordinated immune reactions are thwarted by this class of parasites.
The larval/pupal cuticle serves as the first line of defense. The wasp ovipositor is a sharp needle-like structure that efficiently delivers eggs into the host hemocoel. Oviposition is followed by a wound healing reaction at the cuticle (Fig. 1C, arrowheads). Some wasps can insert two or more eggs into the same host, although the development of only one egg succeeds. Supernumerary eggs or developing larvae are eliminated by a process that is not yet understood. These wasps are therefore referred to as solitary parasitoids.
Depending on the fly strain and the wasp species, the wasp egg has one of two fates. It is either encapsulated, so that its development is blocked (host emerges; Fig. 2 left); or the wasp egg hatches, develops, molts, and grows into an adult (wasp emerges; Fig. 2 right). L. heterotoma is one of the best-studied species of Drosophila parasitic wasps. It is a “generalist,” which means that it can utilize most Drosophila species as hosts1. L. heterotoma and L. victoriae are sister species and they produce virus-like particles that actively interfere with the encapsulation response2. Unlike L. heterotoma, L. boulardi is a specialist parasite and the range of Drosophila species it utilizes is relatively limited1. Strains of L. boulardi also produce virus-like particles3 although they differ significantly in their ability to succeed on D. melanogaster1. Some of these L. boulardi strains are difficult to grow on D. melanogaster1 as the fly host frequently succeeds in encapsulating their eggs. Thus, it is important to have the knowledge of both partners in specific experimental protocols.
In addition to barrier tissues (cuticle, gut and trachea), Drosophila larvae have systemic cellular and humoral immune responses that arise from functions of blood cells and the fat body, respectively. Oviposition by L. boulardi activates both immune arms1,4. Blood cells are found in circulation, in sessile populations under the segmented cuticle, and in the lymph gland. The lymph gland is a small hematopoietic organ on the dorsal side of the larva. Clusters of hematopoietic cells, called lobes, are arranged segmentally in pairs along the dorsal vessel that runs along the anterior-posterior axis of the animal (Fig. 3A). The fat body is a large multifunctional organ (Fig. 3B). It secretes antimicrobial peptides in response to microbial and metazoan infections.
Wasp infection activates immune signaling (Fig. 4)4. At the cellular level, it triggers division and differentiation of blood cells. In self defense, aggregates and capsules develop in the hemocoel of infected animals (Fig. 5)5,6. Activated blood cells migrate toward the wasp egg (or wasp larva) and begin to form a capsule around it (Fig. 5A-F). Some blood cells aggregate to form nodules (Fig. 5G-H). Careful analysis reveals that wasp infection induces the anterior-most lymph gland lobes to disperse at their peripheries (Fig. 6C, D).
We present representative data with Toll signal transduction pathway components Dorsal and Spätzle (Figs. 4,5,7), and its target Drosomycin (Fig. 6), to illustrate how specific changes in the lymph gland and hemocoel can be studied after wasp infection. The dissection protocols described here also yield the wasp eggs (or developing stages of wasps) from the host hemolymph (Fig. 8).
実験のためのプロトコル全体は、4つのステップ( 図9)に分割されています。ハエの幼虫(1)の培養ハチ(2)感染の設定と解剖のために動物を調製する工程;(3)ホスト/パラサイトの構造を分離し、固定(4)免疫組織を分析する。
1。 ショウジョウバエの幼虫の培養スズメバチ
スズメバチの文化の維持は、慎重な計画が必要です。成長してハエに比べて、それはかなり労働集約的である。私たちは24℃でショウジョウバエのYW株の幼虫や蛹の実験室で私たちのハチのコロニーを維持する培養ハチは、右の段階でホストの連続的なソースを維持し、ハチを行う前に出てくるハエの "感染"バイアルをクリアすることが含まれます。ハチの性決定の半数性単為生殖の方法に従うと、それは彼らがホストに感染する前に、雌交配されていることが重要である。
2。感染を設定し、解剖のために感染した動物を準備する
開始する前に、清浄なガラスまたはプラスチック製のペトリ皿のカップル、9くぼみ、キムワイプ、蒸留水(噴霧ボトル)を持つパイレックス解剖皿を持っている、70%エタノール(噴出ボトルの中)、1X PBS(噴出ボトル)で、顕微鏡スライド、便利な小さな、きれいなへら。
3。ホスト/パラサイトの構造を分離し、固定
背景
幼虫のリンパ腺は、小さな造血器官7です。第三幼虫の齢で、リンパ腺は、その側面背脈管( 図3A、6B-C、7A-D)前方のローブの大ペアが含まれています。前葉は、さらに固有のセルプロパティを7に特殊な領域に分割されています。 3種類の細胞、プラズマ細胞、lamellocytes、結晶細胞の前駆細胞は、前葉に存在します。心膜細胞が小さく後葉から前葉を分離します。 ショウジョウバエのリンパ腺は、昆虫と哺乳類の造血8,9のモデルである。
脂肪体は、哺乳動物の肝臓機能的に似ています。体液性応答は、体脂肪、次の微生物またはハチ感染1,4,10でトリガされます。としてその結果、抗菌ペプチド遺伝子のユニークな組み合わせが活性化され、ペプチドは体液1に分泌される。体脂肪はまた、グリコーゲンやトリグリセリドの生産と貯蔵11の主要な組織である。幼虫の脂肪体は血体腔の実質的な体積を占有しますので、リンパ腺とは違って、それは見つけることは容易である。我々は今、3齢幼虫からリンパ腺と体脂肪を分析する方法について説明します。
始める前に
微細な鉗子(ピンセット)とエタノール洗浄顕微鏡スライドを必要としています。
幼虫のリンパ腺郭清
注:正しく解剖リンパ腺が背脈管( 図6B)に沿って前方のローブの1ペアと後葉の2つのセットがあります。葉は簡単に破損することができますまたは背脈管から落ちることができます。サンプルは、したがって、細心の注意を払って処理する必要があります。また、腺Hしなびるまたは契約の傾向として。静かに、その後端に臓器を矯正すると、すべての部品、細胞が十分に提示することを可能にします。これは、免疫染色のプロトコルのために特に必要がある。
フェイボディ解剖
注1:体脂肪が1つだけの細胞層があり、それはすべての細胞がスライドガラス上の同一平面上に平坦化されていることが重要である。細胞はendopolyploid可視化するのは簡単です。よく解剖体脂肪のサンプルでは、正常細胞の接触を維持する必要があり、解剖したサンプル( 図6I、J)の周囲に最小限の脂肪球を持つ必要があります。
注2:スズメバチの卵は宿主の免疫系による影響を受けません残っている場合、彼らはinitiatます。ほとんどすぐにeの開発。寄生虫(ホスト幼虫から)の初期の発達段階は解剖血体腔( 図8)から簡単にアクセスできます。寄生虫の卵や幼虫はどちら体脂肪や他の臓器に付着し、あるいは単に解剖中にスライドガラスの上にスリップ。
4。免疫組織を分析する
5。代表的な結果
<bR /> 図1。異なったスズメバチ種とスズメバチの卵の産卵。全ての画像は、ライカの実体顕微鏡を用いて得られた。Trichopria drosophilae女性スズメバチは Dに卵をovipositsホスト蛹。Cメラニンの観光スポットにTrichopria drosophilaeの産卵のショウジョウバエ蛹。Bの倍率は産卵部位での創傷治癒を示しています。D L.はboulardi男性。E G. xanthopoda女性。F L. victoriae女性。G L. heterotomaオス(左)とメス。
図2。ハエ/ハチの軍拡競争を示すライフサイクル。2つの結果のいずれかで産卵の結果。どちらの宿主の免疫反応は、スズメバチの開発(左)をブロックすることに成功したか、ハチは宿主の免疫respoを阻止NSEを(右)が成功した。メルクとゴービンド、1999 18日から変更されます。
図3。前の解剖に興味のある臓器を示す。全ての画像は、ライカの実体顕微鏡を用いて得られた。リンパ腺の個々の細胞でGFP(緑色)蛍光(矢印)とHML> GFPの幼虫がリンパ腺の一般的な位置を示す3齢幼虫無傷の動物インチ幼虫は、蛍光と明視野光学系で撮像された。矢印は、テキストで説明されてリンパ腺郭清プロトコルのための重要な位置を指しています。無傷のAnimの臓器の位置を示すために、脂肪体におけるGFPの発現とB のCg> GFPの幼虫アル。矢印は、テキストで説明されて脂肪体解剖プロトコルのための重要な位置を指しています。
図4。トール経路の寄生蜂の攻撃。コアコンポーネントに対する宿主免疫応答の免疫遺伝回路が示されています。 Spätzle(SPZ)は、プロテアーゼSpätzle処理酵素、SPEによって活性化される。活性化SPZはTollのリガンドとして機能します。細胞内シグナル伝達には、背側およびDIF NF-κB転写因子の活性化につながる。サボテンは、経路のIκB阻害剤としての役割を果たします。 Drosomycin、標準的なダイヤル経路の標的遺伝子の活性化は、( 図を参照してください。6I、J)GFPレポータートランスジェニックハエ系統を使用して監視することができます。
図5。 L.に対応してカプセル化でvictoriae侵入蛇> GFP-dlのショウジョウバエのホスト。 蛇の遺伝子のエンハンサーは、血液細胞13で表されます。このエンハンサーは、遺伝子にGFP-背融合タンパク質の発現を駆動する場合、背側は、カプセルと凝集体を構成するいくつかのプラズマ細胞とlamellocytesにおけるGFPの緑色蛍光を介して検出されています。すべての画像はツァイスLSM共焦点顕微鏡を用いて得られた。L.の卵パネルB. EH試料中の試料の卵エクスプレスGFP-背の後端にvictoriae。BDの Lamellocytes(白矢印)。CD高倍率は、繊維状アクチン(F-アクチン、赤色)を可視化するためにローダミン標識ファロイジンで対比されているとヘキスト33258でL.のDNA(青)。Eカプセル化された卵を可視化するL.のvictoriae。Fメラニンカプセルvictoriae。GH L. victoriae infectionは、血液細胞(プラズマ細胞とlamellocyte)凝集を誘導する。
図6。スズメバチの感染に対する免疫応答。AとBのパネルの画像はツァイスAxioはスコープを使用して得られた。 CJは、ツァイスLSM共焦点顕微鏡を用いて得られたパネルの画像。透明なクチクラを通してメラニンカプセル化されたスズメバチの卵(矢印)を示すホストの幼虫はヘキスト33258で染色したB描写三齢幼虫のリンパ節腺はすべての葉と散在して心膜細胞の細胞を明らかにする。スケールバーは100μを表しています。CJは、すべてのサンプルはヘキスト33258(ラベル核)およびローダミンファロイジン(F-アクチンにラベルを付けるために)で対比染色した。コントロール(C)とL.からCD前方リンパ腺ローブはvictoriae感染(D)MSNF9-GFP動物。ラに特有の感染動物、MSNFエンハンサーの発現において、mellocytes 14は 、核のGFPレポーターで検出されています。感染動物から分離されたEのプラズマ細胞がGFPを発現しない。これらの動物は非常にいくつか持っている場合、任意のlamellocytes。L.からの弱い核のGFPの発現とFプラズマ細胞(GFP陰性、短い矢印)と新たに分化し、より大きいlamellocytes(長い矢印) L.の血体腔からvictoriae感染MSNF9-GFP幼虫。Gフリーと集計されたプラズマ細胞とlamellocytes victoriae感染DRS-GFPの幼虫。 DRS-GFPレポーターは、いくつかのプラズマ細胞(短い矢印)ではなく、lamellocytes(長い矢印)は、感染後に活性化されています。Hカプセル化され、L.からメラニンスズメバチの幼虫の発現boulardi感染MSNF9-GFPのホスト幼虫。多数のMSNF9-GFP陽性lamelloctyesは、スズメバチの幼虫(暗い構造、太い矢印)を取り囲み、強力な核GFP発現(長い矢印)を示す。このパンエルは、以前のPLoS One 15に発表した。感染していない(I)とL.から解剖IJ脂肪体の細胞がvictoriae感染(J)DRS-GFPの幼虫。 GFPは、感染した動物の脂肪体細胞の核と細胞質である。 拡大図を表示するには、ここをクリックしてください 。
図7。 Spätzle寄生蜂感染後に発現。AJのサンプルは、DNAを可視化するためにヘキスト33258で対比染色した。すべての画像はツァイスLSM共焦点顕微鏡を用いて感染YWの幼虫から解剖AF前方のローブが得られた。サンプルは、一次抗体(AとB)を使用せずに、または抗SPZ抗体(赤、C、D、E、F)間接免疫染色のために処理し、細胞(緑色のラベルがF-アクチンにAlexaの小麦粉ファロイジンで対比。G、H、I、J)およびAlexa Fluor-ファロイジン(緑色;。感染YWの幼虫やステンド抗SPZ抗体を用いて(赤から解剖B、D、F)GJ前方のローブ。パネルH、J)EF高倍率それぞれがそれぞれCとD、GとHのサンプルの。IJ高倍率、内のサンプル。パネルは、AD、Gのスケールバーは、Hが50μmを表す。
図8。 L.の幼虫および蛹の段階heterotomaとL. boulardi。個々の段階が示されるように、幼虫または蛹のフライホストからポスト侵入を単離した。すべての画像はツァイスAxioはスコープを使用して得られた。 上段AF L. heterotomaステージ 、感染後1から6日。 下段AF後胚L. boulardiステージ 、感染後4〜12日。
<img alt="図9" srcは= "/ files/ftp_upload/3347/3347fig9.jpg" />
図9。実験プロトコルのフローチャート。
ショウジョウバエの寄生蜂への関心が全ゲノムを解読するための分子技術は効率的かつ低コストになると急増している。しかし、彼らの非常によく研究されたホストへの相対的な、スズメバチの生物学の多くの魅惑的な側面が不明瞭なままである。これらは、宿主範囲、免疫抑制、過寄生、および動作に関連する問題が含まれています。このプレゼンテーションの焦点は、ハエの免疫組織に感染の効果を実証することであった。ここで示した解剖技術は、RNAレベル(in situハイブリダイゼーション )で、またはマイクロアレイまたはPCR用核酸の抽出、またはタンパク質のウエスタン分析のために遺伝子発現の解析に使用することができます。フライ株の広大な様々な免疫細胞を操作し、ラベルを付けるために株式センターや個々の研究室から提供されています。フライ株の選択は、実験的な質問によって決定されます。これらの解剖技術はまた、免疫の分析のために使用することができます他のショウジョウバエ種の組織。
The authors have nothing to disclose.
Yeast | Fisher Scientific | S80245-3 | Active Dry |
Fly Food | Home made | Corn meal, sugar | Standard |
Honey | Dutch Gold | From the store | Clover |
Vials | Fisher Scientific | AS514 | |
Cotton plug/Foam stopper | Fisher Scientific | 14-127-40A | |
Spatula | Fisher Scientific | 21-401-15 | |
Pyrex dissecting dish | Fisher Scientific | 50-930-382 | 9-well |
Microscope slides pre-cleaned | Fisher Scientific | 7101 | 25.4 mm x 76.2 mm |
Glass coverslips | Pearl | D12544 | 22 x 50 |
Glass coverslips | Pearl | G12544 | 22 x 60 |
Pasteur Pipette | J H Berge | 71-5200-05 | |
100 mm Tweezers | Sigma-Aldrich | T-4662 | Style # 5 |
Wash Bottle | Fisher Scientific | 03-409-22A | Fisherbrand |
Kim Wipess | Fisher Scientific | 34155 | Kimberly Clark |
Paper Towel | Fisher Scientific | Fisher X-101-C | 1/8 x 13 1/8 in. |
Leica stereomicroscope | Empire Imaging Systems, INC. | 10446208 | MZFLIII |
Zeiss Stereomicroscope | Carl Zeiss, Inc. | 000000-1006-126 | "Stemi" 1000 or 2000-C |
Light Source -LED Gooseneck illuminator | Fisher Scientific | 12563501 | |
Stage | Carl Zeiss, Inc. | ||
Zeiss Laser 510 Scanning Confocal Microscope | Carl Zeiss, Inc. | ||
Incubator | Thermo Fisher Scientific, Inc. | 815 | |
Dulbecco’s Phosphate-Buffered Salt Solution 1X | Fisher Scientific | MT-21-030-CM Mediatech | |
Ethanol | Fisher Scientific | 64-17-5 | 99.5 % |
Formaldehyde (37% w/w) | Fisher Scientific | F79-1 | |
H–chst 33258 | Molecular Probes, Life Technologies | H-1398 | 0.2 μg/ml Excitation 352 nm; Emission 461 nm |
Rhodamine phalloidin | Molecular Probes, Life Technologies | R415 | 200 units/ml (6.6 μM) Excitation 546 nm; Emission 565 nm |
Alexa Fluor 488 phalloidin | Molecular Probes, Life Technologies | A22289 | Excitation 495 nm; Emission 518 nm 300 units/ml |
CO<sub>2</sub> tank | TW Smith | ||
Anti-Spz antibody | Gift Dr. C. Hashimoto (Yale) | ||
Secondary antibody TRITC-conjugated donkey anti-rabbit, concentration 1:50. | Jackson ImmunoResearch | 711-165-152 | Detected at Excitation 546 nm; Emission 565 nm |
Antifade | MP Biomedicals | ICN10274790 | 0.08 mg of N-propyl gallate in 20 ml of 50% glycerol in 1X PBS |
<strong>Wasp Strains</strong> | <strong>Fly Strains</strong> | ||
<em>L. victoriae</em><sup>16</sup> | <em>y w</em> | ||
<em>L. boulardi 17</em><sup>1</sup> | <em>UAS-GFP-Dorsal</em><sup>17</sup> | ||
<em>L. heterotoma</em><sup>2</sup> | <em>SerpentHemoGal4</em><sup>13</sup> | ||
<em>L. heterotoma 14</em><sup>1</sup> | <em>MSNF9-moCherry</em><sup>14</sup> | ||
<em>Trichopria drosophilae </em> | <em>MSNF-GFP</em><sup>15</sup> | ||
<em>G. xanthopoda</em><sup>18</sup> | <em>y w Serpent-Gal4 UAS GFP-Dorsal/Basc</em><sup>4</sup> | ||
<em>y w ; Drosomycin-GFP/CyO y+</em><sup>12</sup> |