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Neuroscience
Vivo에서 단일 분자 초파리 연 접 모터 신경 맨끝에 추적
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Neuroscience
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This content is Free Access.
JoVE Journal Neuroscience
In Vivo Single-Molecule Tracking at the Drosophila Presynaptic Motor Nerve Terminal

Vivo에서 단일 분자 초파리 연 접 모터 신경 맨끝에 추적

Full Text
8,983 Views
06:45 min
January 14, 2018

DOI: 10.3791/56952-v

Adekunle T. Bademosi1, Elsa Lauwers2, Rumelo Amor3, Patrik Verstreken2, Bruno van Swinderen3, Frédéric A. Meunier1

1Clem Jones Centre for Ageing Dementia Research, Queensland Brain Institute,The University of Queensland, 2VIB Centre for Brain and Disease Research, KU Leuven Department of Neurosciences,Leuven Institute for Neurodegenerative Disease (LIND), 3Queensland Brain Institute,The University of Queensland

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study demonstrates in vivo single-molecule tracking using photo-activated localization microscopy (PALM) at the motor nerve terminal of third-instar Drosophila melanogaster larvae. The technique allows high-resolution imaging and tracking of individual synaptic proteins, crucial for understanding neuronal communication.

Key Study Components

Area of Science

  • Neuroscience
  • Live Imaging
  • Synaptic Physiology

Background

  • The complexity of synaptic proteins' movement is crucial for neuronal function.
  • Understanding protein dynamics at neuromuscular junctions can reveal critical aspects of synaptic transmission.
  • Previous methods lacked the resolution needed for tracking individual molecules.
  • Single-molecule techniques could provide insights into synaptic organization and dynamics.

Purpose of Study

  • To illustrate how single proteins can be tracked and imaged in vivo.
  • To investigate the mobility and localization of synaptic proteins using PALM.
  • To provide a detailed methodology for future applications in neuronal studies.

Methods Used

  • Photo-activated localization microscopy (PALM) was employed.
  • Drosophila melanogaster larvae served as the biological model, focusing on presynaptic motor terminals.
  • The study utilized transgenic Drosophila expressing the synaptic protein Syntaxin-1A tagged with a photoconvertible fluorophore.
  • Dissection and immobilization of larvae on a Sylgard base allowed for effective imaging.
  • Multiple laser configurations were used for imaging and photoconversion, acquiring a 15,000-frame movie for analysis.

Main Results

  • The study successfully tracked single Syntaxin-1A-eMos2 proteins at neuromuscular junctions.
  • Analysis indicated the presence of mobile and immobile populations of Syntaxin-1A based on diffusion coefficients.
  • Mean square displacement and frequency distribution were characterized to assess protein mobility.
  • Findings enhance understanding of synaptic protein dynamics and organization in living systems.

Conclusions

  • This research demonstrates a robust method for visualizing single protein movements in live neurons.
  • The findings contribute to our understanding of synaptic mechanisms and neuronal plasticity.
  • This technique could facilitate advanced studies in synaptic biology and neurobiological disorders.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of using PALM for this research?
PALM provides high-resolution imaging of single molecules, allowing precise tracking of proteins at neuromuscular junctions in vivo, which standard imaging techniques cannot achieve.
How is the Drosophila model implemented in this study?
Drosophila melanogaster is genetically modified to express the synaptic protein Syntaxin-1A tagged with a photoconvertible fluorophore, facilitating the study of protein dynamics in live larvae.
What types of data are obtained from this method?
The method provides detailed insights into protein mobility, localization, diffusion coefficients, and the presence of distinct protein populations at synapses.
How can the PALM technique be applied or adapted in future research?
PALM can be adapted to track other synaptic proteins or used in different models, enhancing our understanding of various neurophysiological processes.
What are the key limitations of this study?
The technique requires advanced imaging equipment and expertise, which may limit its accessibility. Additionally, the dissection process may introduce variability in larval preparation.
How does this research contribute to understanding synaptic communication?
By providing insights into the mobility and organization of synaptic proteins, this research enhances our understanding of synaptic functions and mechanisms underlying neuronal communication.

여기에 우리가 설명 단일 분자 사진 활성화 지역화 현미경 라이브 초파리 melanogaster 의 모터 신경 맨끝에 실시 될 수 있습니다 하는 방법 3 유 충 탈피.

Drosophila presynaptic motor nerve terminal에서 생체 내 단일 분자 추적. 이 기술은 third-instar Drosophila 유충의 운동 신경 말단에서 단일 단백질을 in vivo에서 추적하고 이미지화할 수 있는 방법을 설명합니다. 이 기술의 주요 장점은 단일 단백질을 in vitro 시스템에서 관찰된 것과 유사한 고해상도로 이미지화, 추적 및 국소화할 수 있다는 것입니다.

형질전환 초파리의 디자인. 관심 시냅스 단백질에는 광전환성 형광단이 표시되어 있으며, 이는 Drosophila melanogaster에서 발현됩니다. third-instar Drosophila 유충의 해부.

방황하는 세 번째 instar 유충을 원통형 또는 반원통형 실가드 베이스에 놓습니다. 40마이크로리터의 Schneider's Insect Medium을 유충에 추가합니다. 해부 현미경으로 유충의 머리에 미세한 핀을 꽂고 꼬리에 다른 핀을 꽂아 유충을 움직이지 못하게 합니다.

접근을 용이하게 하려면 minutien 핀을 사용하여 유충 복부 부위의 등쪽 정중선을 좁게 절개합니다. 이 절개 지점에서 스프링 가위를 사용하여 몸벽을 따라 전방 후방 방향으로 자릅니다. 미세한 집게와 스프링 가위를 사용하여 유충에서 내부 장기를 제거하십시오.

해부된 유충을 Schneider's Insect Medium으로 씻습니다. 두 개의 몸통 벽 플랩 각각에 두 개의 미세한 핀을 꽂아 육각형 모양의 절개 유충 준비물을 만듭니다. 스프링 가위를 사용하여 복부 신경삭에서 유충 뇌를 분리합니다.

곡선 핀셋을 사용하여 미세 핀을 Sylgard 베이스에 밀어 넣습니다. 단일 입자 추적 광활성화 국소화 현미경 검사. 유충의 실가드 베이스를 실온 Schneider's Insect Medium 2밀리리터로 채워진 바닥 유리 배양 접시에 뒤집습니다.

ELYRA PS.1 현미경의 63x 침수 대물렌즈에 물을 바르고 접시를 스테이지에 놓습니다. 투과광을 켜고 접안렌즈를 사용하여 10x 공중 대물렌즈의 도움으로 실가드 기지에 있는 유충을 찾습니다. 63x 수침 대물렌즈로 전환하고 명시야 조명을 사용하여 근육 6을 식별합니다.

ZEN Black Acquisition Software를 사용하여 Total Internal Reflection Fluorescence, TIRF, 구성을 선택합니다. 488나노미터 레이저를 전환하여 eMos2를 녹색으로 시각화합니다. 끈에 달린 구슬처럼 보이는 신경근 접합부를 찾아 저해상도 TIRF 이미지를 획득하고, 405나노미터 레이저와 561나노미터 레이저를 동시에 켜서 광변환을 하고 eMos2 적색 종을 이미지화합니다.

405나노미터 레이저에 매우 낮은 레이저 출력을 활용하여 적당히 일정한 확률적 광변환을 허용합니다. 여기서 405나노미터 레이저는 0.09%로 작동되는 반면 561나노미터 레이저는 50%로 작동됩니다.소프트웨어의 TIRF 각도 옵션에서 TIRF 임계각을 약간 밀어냅니다. 노출 시간을 30밀리초로 설정합니다.

신경근 접합부의 시계열 이미지를 획득합니다. 여기에서 15, 000 프레임 영화를 획득했습니다. 동영상을 czi 형식 파일로 저장합니다.

데이터 분석. 적절한 단일 분자 추적 분석 소프트웨어로 획득한 필름을 분석합니다. 각 형광 단백질 국소화의 x 좌표와 y 좌표를 Intensity point spread 함수의 가우스 피팅으로 구합니다.

각 지역화의 궤적을 추적하려면 각 지역화에 대해 최소 8개의 연속적인 서로 다른 프레임 모양이라는 임계값과 각 프레임 간의 최대 3픽셀 이동성을 설정합니다. 궤적 이미지, 평균 제곱 변위, 추적된 모든 국소화의 확산 계수를 얻습니다. 대표적인 결과.

3개의 서로 다른 유충에서 여러 신경근 연접부에서 Syntaxin-1A-eMos2의 개별 궤적의 평균 제곱 변위를 평균 더하기 뺀 평균의 표준 오차로 표시했습니다. 평균 제곱 변위 곡선 아래의 영역도 표시되었습니다. Syntaxin-1A-mEos2의 확산 계수는 여러 신경근 접합부에서 유사하게 얻어졌으며 상대 주파수 분포의 히스토그램으로 표시되었습니다.

확산 계수 임계값은 Syntaxin-1A의 두 집단, 즉 이동성 집단과 부동성 집단을 보여주었습니다. Syntaxin-1A-mEos2의 이동 대 부동성 개체군의 비율을 계산했습니다. 결론. 이 비디오는 초파리 유충의 신경근 접합부에서 단일 단백질 추적이 어떻게 수행될 수 있는지에 대한 이해를 제공해야 합니다.

이 기술은 뉴런 통신 분야의 연구자들이 생체 내에서 고해상도로 단일 단백질의 이동성과 조직을 시각화하고 관찰할 수 있는 방법을 제공합니다.

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신경 과학 문제 131 슈퍼 해상도 현미경 단일 입자 추적 사진 활성화 지역화 현미경 검사 법 초파리 melanogaster 애벌레 Syntaxin-1A

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