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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
여기에서 우리는 생리학적 조건에서 세포 및 세포 내 역학을 관찰하기 위해 Drosophila melanogaster 세 번째 instar 유충에서 살아있는 외식편 뇌를 준비, 해부, 장착 및 이미지화하는 워크플로에 대해 논의합니다.
초파리 신경 줄기 세포(신경아세포, 이하 NB)는 비대칭 분열을 거쳐 자가 재생 신경아세포를 재생하는 동시에 분화 신경절 모세포(GMC)를 형성하며, 이 세포는 두 개의 뉴런 또는 신경교를 생성하기 위해 한 번의 추가 분열을 겪습니다. NB에 대한 연구는 세포 극성, 방추 방향, 신경 줄기 세포 자가 재생 및 분화의 기초가 되는 분자 메커니즘을 밝혀냈습니다. 이러한 비대칭 세포 분열은 생세포 이미징을 통해 쉽게 관찰할 수 있으므로 유충 NB는 생체 조직에서 비대칭 세포 분열의 시공간 역학을 조사하는 데 이상적입니다. 영양이 보충된 배지에서 적절하게 해부되고 이미지화되면 외식편 뇌의 NB는 12-20시간 동안 강력하게 분열합니다. 이전에 설명한 방법은 기술적으로 어렵고 현장을 처음 접하는 사람들에게는 어려울 수 있습니다. 여기에서는 지방 체내 보충제를 사용하여 살아있는 제3성 유충 뇌 외식편의 준비, 해부, 장착 및 이미징에 대한 프로토콜이 설명됩니다. 잠재적인 문제에 대해서도 논의하고 이 기술을 사용할 수 있는 방법에 대한 예가 제공됩니다.
비대칭 세포 분열(ACD)은 RNA, 단백질 및 세포 소기관과 같은 세포 내 구성 요소가 딸 세포 사이에서 불균등하게 분할되는 과정입니다 1,2. 이 과정은 줄기 세포에서 흔히 볼 수 있으며, 줄기 세포는 ACD를 거쳐 다른 발달 운명을 가진 딸 세포를 생성합니다. 초파리 NB는 비대칭으로 분열하여 줄기를 유지하는 하나의 NB와 하나의 신경절 모세포(GMC)를 생성합니다. GMC는 분화 뉴런 또는 신경교를 생성하기 위해 추가 분열을 겪습니다3. 비대칭적으로 분열하는 NB는 현미경을 통해 쉽게 관찰할 수 있는 제3 유충의 발달 중인 뇌에 풍부합니다. 세 번째 instar 애벌레 단계에는 각 중앙 뇌엽 3,4,5,6에 약 100개의 NB가 존재합니다.
비대칭 세포 분열은 매우 역동적인 과정입니다. 생세포 이미징 프로토콜은 세포 극성 7,8,9,10, 방추 방향11,12,13, 악토미오신 피 질 14,15,16,17,18의 역학, 미세소관 및 중심체 생물학 19,20의 역학을 측정하고 정량화하는 데 사용되었습니다,21,22,23,24,25,26,27, 멤브레인10,28 및 염색질 역학 29. ACD에 대한 정성적 및 정량적 설명은 온전한 살아있는 뇌에서 NB를 분할하는 이미지를 위한 강력한 방법과 프로토콜에 의존합니다. 다음 프로토콜은 두 가지 다른 장착 접근 방식을 사용하여 생체 내 생세포 이미징을 위해 세 번째 instar 유충 뇌를 준비, 해부 및 이미지화하는 방법을 설명합니다. 이러한 방법은 줄기 세포 분열의 시공간 역학과 다른 뇌 세포의 분열에 관심이 있는 연구자에게 가장 적합하며, 세포 사건의 단기 및 장기 관찰이 가능하기 때문입니다. 또한 이러한 기술은 현장에 새로 온 사람들이 쉽게 접근할 수 있습니다. 우리는 형광 표지가 부착된 미세소관 및 피질 융합 단백질을 발현하는 유충 뇌를 통해 이 접근 방식의 효과와 적응성을 입증합니다. 우리는 또한 분석 방법과 다른 연구에 적용하기 위한 고려 사항에 대해 논의합니다.
참고: 그림 1 은 이 연구를 수행하는 데 필요한 자료를 보여줍니다.
1. 실험에 대한 고려 사항 및 준비
2. 유충 병기 결정 및 채취(그림 2)
3. 유충 지방체 해부(그림 3)
참고: 이 프로토콜은 3웰 해부 접시를 사용한 해부를 설명합니다.
4. 유충 뇌 해부 (그림 3)
5. 장착 및 이미징(그림 4)
6. 데이터 처리 및 관리 모범 사례
7. 세포 주기 길이의 정량화 예(그림 5)
참고: 이 예에서는 극성 마커 Pins(Pins::EGFP16)와 미세소관 결합 단백질 Jupiter25 (cherry::Jupiter13)를 발현하는 유충을 이미지화했습니다. 후속 분석은 Imaris 소프트웨어를 사용하여 수행되었습니다.
8. 셀 스핀들 정렬의 정량화 예(그림 5)
참고: 이 예에서는 Imaris 소프트웨어를 사용하여 분석을 수행합니다.






Pins::EGFP 및 Cherry::Jupiter를 발현하는 중추 뇌엽 NB의 해부 및 이미징
이 프로토콜을 보여주기 위해 UAS 구동 Cherry::Jupiter13 및 내인성 태그가 지정된 Pins::EGFP16(w; worGal4, UAS-cherry::jupiter/CyO; Pins::EGFP/TM6B, Tb)는 멀티웰 이미징 슬라이드를 사용하여 설명된 프로토콜을 사용하여 4시간 동안 이미지화되었습니다(그림 5C,D). UAS에 의해 구동되는 Cherry::Jupiter13을 발현하고 내인성으로 태그된 Miranda::EGFP(w; worGal4, UAS-cherry::Zeus/CyO; UAS-Miranda::GFP/TM6B)를 멤브레인 바운드 슬라이드를 사용하여 10시간 동안 이미지화했습니다(그림 5E,F). 유충은 이 프로토콜의 섹션 1에 설명된 대로 새장에서 사육되었습니다. 72-96 h에 도달하면 유충을 해부하고(그림 3), 장착하고(그림 4) 이미지화했습니다. 여기에서 수행된 실험의 경우, 100ms의 노출 시간으로 10% 레이저 출력에서 561nm 레이저를 사용하였고, 100ms의 노출 시간으로 15% 레이저 출력에서 488nm 레이저를 사용하였다. Z-스택(41μm)은 1μm 스텝 크기로 획득되었습니다. 이미지는 Yokogawa CSU-W1 스피닝 디스크 유닛과 2대의 Prime 95B Scientific CMOS 카메라로 구성된 Intelligent Imaging Innovations(3i) 스피닝 디스크 컨포칼 시스템에서 RT에서 5분마다 획득되었습니다. Nikon Eclipse Ti 현미경에 장착된 60x/1.4NA 오일 이멀젼 대물렌즈를 이미징에 사용했습니다. 라이브 이미징 복셀은 0.22 μm x 0.22 μm x 0.75 μm(60x/1.4NA 스피닝 디스크)였습니다.
이전 보고(16)와 일관되게, 핀은 유사분열 동안 NB를 분할할 때 뚜렷한 정점 초승달을 형성했고, 유사분열 방추는 이 정점 초승달 모양에 일관되게 정렬되었습니다(그림 5C). 세포 주기 길이는 개별 NB의 연속적인 중기 사이의 시간을 측정하여 결정되었습니다(그림 5D, F).
지방체 보충 없이 4시간 동안 다중 웰 이미징 슬라이드에서 이미징된 샘플에서 이미징 시간이 증가함에 따라 세포 주기 길이가 증가했습니다(그림 5C, D). 멤브레인 결합 슬라이드 상의 지방체 보충 배지에서 이미지화된 샘플은 세포 주기 길이의 증가를 나타내지 않았습니다(그림 5E, F). 또한, 4개의 분할을 가진 NB가 10시간 멤브레인 결합 슬라이드에서 관찰되었습니다(그림 5D 대 그림 5F).
마지막으로, 분열 축과 유사분열 방추 사이의 각도는 GFP 태그 핀을 기준으로 사용하여 결정되었습니다( 그림 5G에 표시된 개략도). 분열 축은 유사분열에서 핀에 의해 형성된 정점 초승달의 중간점을 식별하고 세포를 반으로 이등분하여 결정되었습니다(그림 5G, 빨간색 점선). 이전에 설명된 바와 같이, 야생형 NB는 분할축으로부터 30° 이하로 배향된 유사분열 방추를 표시하였다(Loyer 및 Januschke36 및 도 5H).

그림 1: 재료. (A) 해부 현미경. (B) 원하는 유전자형의 파리와 성장하는 유충이 있는 식사 캡을 포함하는 수집 케이지. (C) 해부 및 이미징 배지, 5mL. (D) 세 가지 다른 컬렉션의 유충이 있는 식사 캡. (E,E') 미세 해부 도구, 왼쪽에서 오른쪽으로: 미세 해부 가위, 집게. (에프,에프') 해부 접시. (G) 샘플 이미징을 위한 8웰 μ 슬라이드. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 식사 캡의 예. (A) 암수 파리가 교배할 두 개의 바이알, 빈 배아 수집 케이지 및 신선한 식사 캡. (B) 새 식사 캡이 있는 배아 수집 케이지의 바닥(왼쪽)과 파리가 있는 케이지의 상단(오른쪽). (C) 완전히 조립된 플라이 케이지. (D) 해부를 위한 유충이 있는 잘 준비된 식사 캡의 예. 음식은 애벌레에 의해 방해 받지만 지나치게 방해받지 않습니다. (E,에프) 4 일 된 과밀 식사 캡의 두 가지 예. 이제 음식에는 수프와 같은 일관성이 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 해부 . (A) 세 번째 instar 유충의 등쪽 모습. 유충의 뒤쪽 끝에있는 빨간색 선은 첫 번째 절단이 이루어져야하는 위치를 나타냅니다. (B) 뒤쪽 끝을 제거한 후 유충의 등쪽 모습. (C) 유충을 뒤집는 방법을 보여주는 다이어그램. 한 세트의 집게를 사용하여 첫 번째 절단이 이루어진 곳 근처의 큐티클을 잡고 유충을 잡습니다. 다른 집게를 사용하여 유충의 앞쪽 끝을 눌러 뒤집습니다. 검은색 화살표는 집게의 방향을 나타내며, 하나는 앞쪽에서 유충을 "밀어 넣고" 다른 하나는 절단된 뒤쪽 끝을 앞쪽 끝으로 이동합니다. 작은 빨간색 화살표는 뚱뚱한 몸의 만화를 나타냅니다. (D) 뚱뚱한 몸과 소화관이 여전히 붙어있는 거꾸로 된 유충의 모습. (E) 비 CNS 조직이 제거된 거꾸로 된 유충의 모습. 빨간색 점선은 여전히 부착 된 뇌의 윤곽을 나타냅니다. (F) 큐티클에서 뇌를 제거하는 방법을 보여주는 개략도. 빨간색 점선은 거꾸로 된 큐티클에서 뇌를 분리하기 위해 미세 해부 가위로 절단하는 경로를 나타내고 검은색 화살표는 큐티클에서 뇌가 제거됨을 나타냅니다. (G) 복부 신경줄(VNC) 아래의 소수의 축삭 연결에 의해 큐티클에 여전히 부착되어 있는 거꾸로 된 뇌의 모습. (H) 고립된 애벌레 뇌. 뇌엽은 주황색 점선으로 윤곽이 그려져 있습니다. (I) 고립 된 뚱뚱한 몸체. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 장착 및 이미징. (A) 멤브레인 결합 금속 슬라이드를 조립하기 위한 구성 요소의 도면. (B) 멤브레인 결합 슬라이드의 구성 요소 및 조립 개략도. (C) 금속 슬라이드에 삽입된 멤브레인의 측면도, 분할된 금속 링에 의해 제자리에 고정됨. (D) 커버슬립이 없는 조립된 이미징 슬라이드의 평면도. 지방체와 해부된 뇌를 포함하는 해부 및 이미징 매체가 멤브레인에 배치되었습니다. (E) 매체 한 방울의 뚱뚱한 몸과 뇌의 확대 보기. (F) 유리 커버슬립을 추가한 후 금속 슬라이드의 평면도. (G) 유리 커버슬립이 녹은 바셀린으로 슬라이드에 고정된 조립된 슬라이드의 평면도. 커버슬립의 가장자리를 바셀린으로 덮는 것도 매체의 증발을 방지합니다. (H) 도립 현미경에서 관찰하기 위해 지향된 뇌가 있는 조립된 멤브레인 슬라이드의 개략도. 파란색 원은 중앙 뇌엽과 VNC의 NB를 나타냅니다. (i) 빈 멀티웰 슬라이드의 모습. (J) 다중 웰 이미징 슬라이드의 한 웰의 확대도. (K) 다중 웰 슬라이드가 있는 도립 현미경에서 중심 뇌엽을 이미징하기 위한 뇌 방향을 보여주는 개략도. 파란색 원은 중앙 뇌엽과 VNC의 NB를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: 세포 주기 길이의 정량화 . (A) 뇌엽, 시신경(OL, 짙은 회색), 복부 신경줄(VNC), NB(진한 파란색), GMC(하늘색) 및 뉴런(보라색)을 강조하는 세 번째 instar 유충 뇌의 다이어그램 중심 뇌엽 및 VNC 내. (B) NB 및 GMC 부문의 개략도. (C) 4시간 동안 지방체 보충 없이 다중 웰 슬라이드에서 이미지화된 흰색(MT, UAS-Cherry::Jupiter) 및 정점 핀(Pins::EGFP in green)으로 표시된 미세소관이 있는 야생형 NB의 이미지 시리즈. 병합된 이미지와 셀 주기 타이밍이 있는 해당 계보 트리는 다음과 같습니다. 스케일 바 = 10 μm. (D) 체지방이 없는 멀티웰 슬라이드에서 이미지화된 샘플에서 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 분할에 대한 세포 주기 길이(중기 - 중기)의 정량화. (E) 흰색으로 표지된 미세소관이 있는 야생형 NB의 이미지 시리즈(MT, UAS-Cherry::Jupiter)는 해당 계통 트리 및 세포 주기 타이밍과 함께 10시간 동안 지방체 보충이 포함된 막 결합 슬라이드로 이미지화되었습니다. 스케일 바 = 10 μm. (F) 체지방체가 있는 막 결합 슬라이드에 이미지화된 샘플의 첫 번째, 두 번째, 세 번째 및 네 번째 분할에 대한 세포 주기 길이(중기 - 중기)의 정량화. (G) 스핀들 축(주황색 점선)과 분할 축(θ, 빨간색 점선) 사이의 각도를 결정하는 방법에 대한 개략도. (H) 지방체가 없는 멀티웰 슬라이드를 사용하여 이미지화된 10개 세포에서 θ의 정량화. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
저자는 선언할 재무 공개가 없습니다.
여기에서 우리는 생리학적 조건에서 세포 및 세포 내 역학을 관찰하기 위해 Drosophila melanogaster 세 번째 instar 유충에서 살아있는 외식편 뇌를 준비, 해부, 장착 및 이미지화하는 워크플로에 대해 논의합니다.
이 연구는 R35GM148160(C.C.) 및 국립보건원(NIH) 교육 보조금 T32 GM007270(R.C.S)의 지원을 받습니다
| 0.22 & 마이크로; m 폴리에테르설폰(PES) 멤브레인 | Genesee | 25-231 | 진공 구동 필터 |
| 한천 | 20-248 | 과립 한천 | |
| 분석 컴퓨터 | Dell | NA | Intel Xeon Gold 5222 CPU(64비트 운영 체제에서 Windows 10 실행) 3.80GHz 프로세서 2 |
| 성장 혈청 | HyClone | SH30541.02 | |
| 챔버 이미징 슬라이드 | Ibidi | 80826 | |
| 컨포칼 현미경 | Nikon | NA | |
| 맞춤형 금속 슬라이드 | NA | NA | 사양은 Cabernard and Doe 2013 (Ref. 34) 참조 |
| Dissection Dishes | Fisher Scientific | 5024343 | 3-well porcelain micro spot plate |
| Dissection Forceps | World Precision Instruments | Dumont #5 | |
| 해부 현미경 | Leica | NA | |
| 해부 가위 | Fine Science Tools(FST) | 15003-08 | |
| 배아 수집 케이지 | Genesee | 59-100 | |
| 성충 파리를 마취하기 위해 CO2에 액세스할 수 있는 플라이패드 | Genesee | 59-172 | |
| 가스 투과성 멤브레인 | YSI | 98095 | 가스 투과성 멤브레인 |
| 유리 커버 슬라이드 | 전자 현미경 과학 | 72204-03 | # 1.5; 22mm x 40mm 유리 커버 슬립 |
| Imaris | Oxford Instruments | NA | 대안 : 피지, Volocity, Aivia |
| Imaris 파일 컨버터 | Oxford Instruments | NA | |
| Instant Yeast | Saf-Instant | NA | |
| 당밀 | Genesee | 62-117 | |
| 페트리 접시 | Greiner Bio-One | 628161 | 60 mm x 15 mm 페트리 접시 |
| 바 | 셀린 | NA | |
| Schneider's Insect Medium with L-glutamine and sodium bicarbonate liquid | Millipore Sigma | S0146 | |
| SlideBook 획득 소프트웨어 | 3i | NA | |
| 진공 구동 여과 장치 0.22 µ &마이크로; m PES 멤브레인 필터 | Genesee Scientific, GenClone | 25-231 |