この手順の目的は、ショ ウジョウバエメラノガスターを用いた神経変性疾患モデルにおけるDLM神経筋接合(NmJ)の構造的完全性を評価するために、後方向縦筋(DLM)組織を解剖することである。
この手順の目的は、ショ ウジョウバエメラノガスターを用いた神経変性疾患モデルにおけるDLM神経筋接合(NmJ)の構造的完全性を評価するために、後方向縦筋(DLM)組織を解剖することである。
ショウジョウバエ は、神経変性疾患に関連するシナプス構造および機能を評価するための有用なモデルとして機能する。ショ ウジョウバエ 幼虫の神経筋接合部(NmJ)に焦点を当てた多くの研究が行われていますが、成人 ショウジョウバエ のシナプス完全性を評価することは、あまり注目を集めていません。ここでは、飛行能力に必要な後頭筋(DM)の解剖のための簡単な方法を提供します。行動読み出しとしての飛行に加えて、この解剖は、DLMシナプスと筋肉組織の両方が、目的のシナプスマーカーまたはタンパク質に対して蛍光標識抗体を使用して構造解析に適することを可能にする。このプロトコルは、老化中の成人 ショウジョウバエ におけるシナプスの構造的完全性の評価を可能にし、ほとんどの神経変性疾患の進行性、年齢依存性の性質をモデル化する。
シナプス機能障害は、最も主要な神経変性疾患の最も初期の既知の特徴の一つです1,2,3,4,5,,6.しかし、これらの構造的および機能的障害が疾患進行の後期段階にどのように関連しているかについてはほとんど知られていない。ショウジョウバエは、幼虫のNJ7,8,9を用いてシナプスの成長と開発7,8,9を理解するのに有用なモデルシステムであることが証明されている。しかし、第3の幼虫インスター段階は数日しか続らず、進行性の年齢依存性神経変性を研究する上での有用性を制限する。幼虫NmJを評価する代わりに、10便,,,、11便、11便、12便、13,12個13、14頭、15日、16便に必要なドーサル縦筋(DDLM)に形成されたシナプスのような成体ショウジョウバエのシナプス構造を調べることである。,これらの三種シナプスは、哺乳類シナプス17と同様の方法で構造的に組織され、神経変性疾患のモデルを評価するためのユニークな利点を提供する。
ここでは、神経変性のショウジョウバエモデルにおける成人NmJの構造的完全性を分析するための簡単な方法について説明する。以前のDLM解剖方法および研究は、様々な用途のための筋肉組織を保存することの重要性を強調してきました18,,19,,20,21, 22,,22,23.我々のプロトコルは神経変性疾患を調査するために神経組織および筋肉組織両方を保存するための包括的な方法を提供する。これらの疾患を研究するもう一つの主要な要素は、年齢依存的な方法で神経細胞の喪失を理解する能力です。これまでの研究では,、早期成人期11、12、14、15、16、24,12,14,15に対する変容中にDLM NMJがどのように形成されるのかについて、重要かつ詳細な理解を提供しています。16,24我々のプロトコルは、老化および神経変性疾患における年齢依存的な方法でDLM NmJを調査するために、この研究に基づいて構築する方法を確立する。
トランスジェニックハエの発生
2. 解剖準備
3. 胸郭の分離と固定
4. フラッシュ凍結と胸郭二分
5. 構造染色
6. 取り付けティッシュ
7. 代替: 一次抗体で染色する
注: このセクションは オプション で、必要に応じてセクション 4 と 5 の間で直接使用する必要があります。
ヒトタール結合タンパク質を発現するトランスジェニックハエの生成は、43kDa変異体(TDP-43M337V)の概略図(図1A)によって表される。これは、ショウジョウバエ27のバイナリGal4 / UASシステムの適用を示しています。この図は、6つの筋線維を有するヘミトホアを示しており、A\u2012Fは最も側側繊維Aから最も腹側F(図1B)11,12に向かっている。11,12Figure 1Bシナプスの完全性を評価するために、NMJはHRPとファロイジンで染色された(図1C\u2012E)。TDP-43M337V変異体の運動ニューロン(図1F)は21日目までにHRP染色がほとんどないし、WT(オレゴン-R)はそのまま残っている(図1C)。筋肉染色には目に見える違いはありません (図 1D,G)。TDP-43M337V変異体で観察された総形態の変化は、成人DLMモデルを用いた筋萎縮性側索硬化症(ALS)の神経変性疾患モデルにおいてシナプス完全性がどのように関与するかを示している。構造染色に加えて、DLM NMJを染色すると、シナプス前(図2A\u2012R)およびシナプス後(図2S\u2012X)マーカーFigure 2を使用してシナプスの完全性を評価することもできます。これらの結果は、この解剖プロトコルが神経変性疾患におけるDLM組織の研究にどのように適用できるかを示している。
この解剖の重要な側面の1つは、二分を容易にするために組織をフラッシュフリーズさせる液体窒素の適用である。液体窒素の有用性は、筋肉組織が損傷またはニック繊維を持たない液体窒素を持つWTハエで実証されている(図3A\u2012C)。液体窒素がなければ、組織を解剖することがより困難になる可能性があります。例えば、このプロトコルに従って液体窒素フラッシュ凍結ステップをスキップすると、組織が損傷したニューロン(図3D)または損傷した筋線維などの解剖ツールによる損傷を受けやすくなります(図3E)。液体窒素の適用は、試料の遺伝子型に関係なくDLM組織を扱う際に起こりうる組織損傷を防ぐのに役立つ(図3Cおよび3F)。

図1:ALSのショウジョウバエモデルにおけるDLMシナプスの進行性脱熱(A)43kDaのヒト変異型のタール結合タンパク質を発現するALSトランスジェニックハエの生成(TDP-43)を概略図に示す。(B) この図は、成人ショウジョウバエにおけるヘミトラックスの形状と向きを描いている。プロトコルを使用して、HRP(緑色)とファロイジン(マゼンタ)と筋肉組織を有する運動ニューロンの構造染色を通じてDLM NMJシナプスのシナプス完全性の進行性損失を観察することができます。我々のモデルは、運動ニューロンにおけるヒトTDP-43 M337V(図1F\u2012E)のヒトTDP-43M337Vからの変異体を発現するALSの成体モデルにおけるシナプス完全性の喪失を、WT(図1C)の筋肉繊維で飛ぶのと比較して描写している(図1C)スケールバー=63倍の倍率で20 μm。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図2:成人NmJでシナプス前マーカーを使用してシナプス完全性を評価する。シナプス完全性はまた、筋線維Cで生後14日であるWTハエのシナプス前および心内ナプティックマーカーを使用して評価することができる。シナプス前マーカーシナプシン(B),シンシン (H), およびブルッフパイロット (BRP) (N) は HRP (A, G, M)と共に染色されます。染色は、これらのマーカーをシナプス前端子(C、I、O)に局在化することを I示していますO。C高い倍率では、画像はシナプシン(E)、シンセニン(K)、およびBRP(Q)QとHRP(D、J、およびP)のローカリゼーションをより詳細に示しています( J図F、L、およびR)。 我々はまた、ポストナプスマーカーグルタミン酸受容体III(GluRIII)(T)HRP(S)と共に染色Sを示す。T共同染色は、これらのマーカーの有用性を示す(U)。より高い拡大では、代表的な画像は、それぞれ、心筋組織およびシナプス前末端にW対するGluRIII(W)およびHRP(V)の局在(X)を例示する。VパネルA\u2012C、G-I、M\u2012O、S\u2012Uのスケールバーは63倍の倍率で20 μmを表します。パネルD\u2012F、2J-2L、2P-2R、および2V-2Xのスケールバーは、63倍の拡大で10 μmを表します。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図3:DLM解剖のための液体窒素の有用性。DLMの切除に対する液体窒素の有用性を示すために、我々は、筋線維Cからの液体窒素の有無にかかわらず21日目のWTハエの比較を示す。液体窒素を使用すると、ファロイジン(B)はそのまま残り、HRP染色(A、C)を C損なわない。液体窒素がなければ、筋組織はひも状になり、二分(E)が困難になり、HRP染色(D、F)は技術的な誤りにより損なわれる。 白い矢印は、液体窒素(B)と損傷した筋肉組織(E)で筋肉損傷のない領域を示しています。スケールバー= 63倍の倍率で20 μm。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
このプロトコルで説明した方法を用いて、DLM組織の解剖のための簡単なアプローチを提供し、これが成人ショウジョウバエにおける構造染色およびシナプスマーカーを通じてシナプス完全性を評価するためにどのように適用できるかを実証する。DLM組織を解剖しやすくするプロトコルの重要なステップの1つは、液体窒素でのフラッシュ凍結です。このステップがなければ、図3に示すように組織の固さや切断が困難になります。このプロトコルは、運動ニューロンと筋肉組織の両方の保存を可能にする以前の解剖方法に基づいて構築されます18,,19,,20,21,22,,23.22このプロトコルの1つの制限は、二分の中間線をカットダウンさせると、胸郭当たり2つのきれいな準備を得ることは困難である。1フライあたり少なくとも1つのヘミトラックスを確保する1つの方法は、意図的に胸郭の片側に切断して1つのきれいな準備をすることができます。この改変により、ブレードブレーカでサンプルをクリーンアップするために、カットから余分な組織を除去する必要があるかもしれません。この技術に新しい人のために、継続的な練習で、二分の正確さが増加します。
ここで説明する方法は、研究者が簡単に彼らの寿命を通じていつでも成人DLM NmJの構造的完全性を評価することができます.このプロトコルの主な利点は、シナプスマーカーを使用して神経変性疾患モデルのシナプス完全性にアクセスする能力である。このアプリケーションが構造染色でグロス形態の変化を可視化できることを実証します (図1C\u2012H)。さらに、シナプス完全性は、シナプシン28(図2A\u2012F)、シンコシン29(図2G\u2012L)およびBRP30(図2Figure 2M\u2012R)を含むがこれらに限定されないシナプスマーカーの染色で評価することができる。ポストナプティック筋組織は、グルタミン酸受容体IIIサブユニット抗体31(図2S\u2012X)を用いて評価することもできるが、このプロトコルの有用性を示す。
研究者はまた、機能データを補完するために、この解剖法を利用して、多種多様な疾患に関連するシナプスの構造的完全性を包括的に調べることができます。これらのシナプスはまた電気生理学的記録32、33、3433および34飛行アッセイ10を通して機能分析を可能にする。32このプロトコルはまた多くの適用およびアッセイのためのティッシュへのアクセスの容易さを提供できる。将来の研究は、例えば、このプロトコルを使用して、シナプスの密度とシナプス数を定量化してシナプスの変化を定量化することができます15,,16.ここで説明するプロトコルは、特に運動ニューロンのシナプス完全性を調べるが、筋細胞喪失を評価するための相補的なプロトコルは、TUNEL染色35を用いてこの解剖を用いても行うことができる。神経細胞の喪失を調べるために、胸部神経節36の解剖もTUNEL染色に使用することができる。ここで説明した解剖は、加齢に伴う病理および神経変性疾患を評価する将来の研究へのより多くの応用を期待する。
著者らは開示する利益相反を持っていません。
この研究は、国立衛生研究所(R01 NS110727)によってD.T.Bに支援されました。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 32% ホルムアルデヒド | 電子顕微鏡 科学 | 15714 | 組織保存 |
| アレクサ フルオア 568 ヤギ 抗マウス | フィッシャー サイエンティフィ | A11031 | ラベル 一次抗体。1:200の濃度で使用します。 |
| Alexa Fluor 568 ヤギ抗ウサギ | フィッシャーサイエンティフィック | A11036 | 一次抗体を標識します。1:200の濃度で使用します。 |
| 抗ブルッフパイロット(BRP)抗体 | Developmental Studies Hybridoma Bank | NC82 | ナプス前ニューロンの活性ゾーンを染色します。1:25の濃度で使用します。 |
| 抗GluRIII抗体 | Aaron DiAntonioからのギフト | N/A | グルタミン酸受容体サブユニットをラベルします。1:1000の濃度で使用します。 |
| 抗シナプシン抗体 | Developmental Studies Hybridoma Bank | 3C11 | シナプスタンパク質シナプシンを標識します。1:50の濃度で使用します。 |
| 抗シンタキシン抗体 | 開発研究ハイブリドーマバンク | 8C3 | 、シナプスタンパク質シンキシンを標識します。1:10の濃度で使用します。 |
| BenchRocker | Genesee Scientific | 31-302 | 染色中のサンプルの回転 |
| ブレードブレーカー | ファインサイエンスツール | 10053-09 | フェザーブレードカバースリップの保持に使用 |
| フィッシャーサイエンティフィック | 12548A | 組織 | |
| 極低温手袋 | VWR | 97008-198 | 液体窒素極 |
| 低温ピンセット | VWRから手を保護します | 82027-432 | 液体窒素 |
| デュワーフラスコ-1900 mL | トーマス サイエンティフィック | 5028M54 | 液体窒素フェ |
| ザーブレード | 電子顕微鏡科学 | 72002-01 | メスの刃 |
| ファインフォレプス x 2 | ファイン サイエンス ツール | 11252-20 | 胸部の正中線をクリアするための 1 つの細かいペア。もう一方のペアは、砥石を使用して鈍くすることができます。 |
| FITC標識抗HRP | ジャクソン研究所 | 123-545-021 | 運動ニューロンを染色する。1:100濃度 |
| の冷凍庫ボックス(黒) | ッシャーサイエンティフィック | 14100F | は、軽い |
| ガラスパスツールピペットVWR | 14637-010 | を移動するために使用されます | |
| フィ | ッシャーサイエンティフィ | 12550143 | 組織 |
| をマウントするため 封入剤(ベクタシールド)アンチフェード | VWR | 101098-042 | 封入剤を保持します蛍光シグナル伝達 |
| マニキュア | 電子顕微鏡 科学 | 72180 | シール 顕微鏡スライド |
| 正常なヤギの血清 | フィッシャー科学 | PCN5000 | 抗体の非特異的結合を防止 |
| ペイントブラシ | ジェネシーサイエンティフィック | 59-204 | ハエの移送 |
| PBS | フィッシャーサイエンティフィック | 10-010-023 | 解剖のための生理食塩水 |
| ファロイジン647 | アブカム | AB176759 | 筋肉組織のF-アクチンが染色されます。1:1000 |
| プラスチックペトリ皿(100mm) | VWR | 25373-100 | 解剖皿 |
| 補強ラベル | W.B.メイソン | AVE05722 | 取り付けられた組織研ぎブロック上のガラスカバースリップのサポートを提供します |
| グレイン | ジャー1RDF5 | 細かい鉗子を鋭く保ち、また鈍い別々のペア | |
| スライドフォルダ | VWR | 10126-326 | サンプル貯蔵 |
| 標準オフィスはさみ | W.B.メイソン | ACM40618 | 補強ラベルの切断 |
| シルガード 184 | 電子顕微鏡科学 | 24236-10 | 解剖皿用コーティング |
| Triton-X-100 | 電子顕微鏡科学 | 22140 | 組織を透過化するのに役立ちます |
| ヴァンナス 解剖はさみ | ファインサイエンスツール | 1500-00 | ハエの足を取り除き、胸部を切開するためのUed |