Danio pręgowany był szeroko wykorzystywany do badania rozwoju układu nerwowego ze względu na ich przezroczystość optyczną i łatwość transgenezy, które po sprzężeniu pozwalają na spektakularne obrazowanie dynamicznych zachowań komórek w żywym embrionie. Ponadto, ponieważ danio pręgowany i ssaki mają prawie wszystkie geny potrzebne do tworzenia układu nerwowego, informacje komórkowe i molekularne zebrane w tym organizmie modelowym są bezpośrednio powiązane z innymi gatunkami kręgowców. Chociaż danio pręgowany i jego unikalne atrybuty mają ogromny potencjał w badaniach nad rozwojem neuronalnym, mogą również wyjaśnić mechanizmy, które utrzymują i odbudowują układ nerwowy po urazie. Larwy danio pręgowanego zachowują przezroczystość w późnych stadiach larwalnych, a pigmentacja może być skutecznie zablokowana za pomocą farmakologicznych inhibitorów produkcji melaniny lub mutantów genetycznych, które nie mają komórek barwnikowych. Tak więc wykorzystanie tego organizmu modelowego do badania urazów i regeneracji u starszych zwierząt jest możliwe i daje wyjątkową możliwość bezpośredniego zbadania mechanizmów komórkowych i molekularnych, które odbudowują układ nerwowy. W tym manuskrypcie opisujemy, jak skutecznie i powtarzalnie uszkadzać nerwy w PNS larw danio pręgowanego. Ten paradygmat uszkodzeń nadaje się do badania nie tylko zwyrodnienia, ale także reakcji obwodowych komórek glejowych i odpornościowych, a także interakcji między tymi populacjami podczas regeneracji.
PNS to złożona sieć nerwów motorycznych i czuciowych, która jest niezbędna do przekazywania informacji między ośrodkowym układem nerwowym (OUN) a skórą, organami i mięśniami ciała, umożliwiając organizmowi interakcję z otoczeniem i przetrwanie. Wzdłuż tych nerwów glej obwodowy, w tym mielinizujące i niemielinizujące się komórki Schwanna oraz glej okołonerwowy, a także tkanka łączna, otaczają aksony i ostatecznie tworzą dojrzały nerw. Uszkodzenie tych nerwów inicjuje proces znany jako zwyrodnienie Wallera 10. Ten mechanizm fragmentacji aksonów, rekrutacji immunologicznej, usuwania zanieczyszczeń i regeneracji jest bardzo stereotypowy i regulowany genetycznie 1. Wcześniejsze badania w układach ssaków opisywały rolę komórek Schwanna podczas degeneracji i regeneracji nerwów 1, 2, 6, 8. W tych badaniach nad utrwalonymi tkankami lub hodowlami komórkowymi komórki Schwanna nie tylko rekrutowały makrofagi do miejsca urazu, aby pomóc w usuwaniu zanieczyszczeń, ale także same pomagały w fagocytozie mielinowej. Chociaż badania te były niezwykle pouczające, nigdy wcześniej nie wizualizowaliśmy reakcji glejowych na uszkodzenie aksonów obwodowych in vivo w czasie rzeczywistym i żadne inne badania nie badały związku między różnymi klasami gleju obwodowego podczas tych zdarzeń.
Ostatnio kilka laboratoriów badało zwyrodnienie Walleriana za pomocą danio pręgowanego i laserowego uszkodzenia aksonów, podobne do tego, co opisujemy tutaj 4, 5, 7, 9. W niektórych z tych badań powierzchowne aksony czuciowe zostały poddane akskotomii u młodych larw za pomocą specjalnie zbudowanego, dwufotonowego mikroskopu konfokalnego 4, 5, 9. W innym badaniu, które jest bardzo podobne do naszego, głębsze aksony w obrębie brzusznego nerwu ruchowego zostały przecięte u 5-dniowych larw za pomocą dostępnego na rynku systemu ablacji laserowej 7. W obu tych konfiguracjach eksperymentalnych skupiono się na zwyrodnieniu Wallera i zobrazowano zarówno aksony, jak i komórki odpornościowe. Aby rozszerzyć te badania, opisujemy uszkadzanie aksonów ruchowych u starszych larw z bardziej dojrzałymi, mielinizowanymi nerwami i badamy reakcję wszystkich obwodowych komórek glejowych związanych z nerwami podczas zwyrodnienia i regeneracji.
Aby to zrobić, przeprowadzamy transekt nerwów ruchowych u larw 6 i 7 dni po zapłodnieniu (dpf) i wizualizujemy reakcje poszczególnych populacji glejowych, a także badamy interakcje między tymi populacjami wzdłuż uszkodzonych aksonów. Używając podwójnych i potrójnych linii transgenicznych, które znakują glej obwodowy, w tym komórki Schwanna i glej okołonerwowy, a także marker aksonów, używamy dostępnego na rynku systemu ablacji laserowej składającego się z pompowanego azotem lasera barwnikowego (długość fali 435 nm) podłączonego do systemu konfokalnego z wirującym dyskiem w celu utworzenia transsekcji aksonów. Ten eksperymentalny zestaw pozwala nam na wizualizację żywych, larwalnych danio pręgowanego, uszkodzenia określonych obwodowych dróg aksonów ruchowych i zobrazowanie poklatkowe reakcji różnych populacji glejowych na uszkodzenie aksonów i ich wzajemnych relacji. Protokół ten może być dalej dostosowywany do tworzenia uszkodzeń nerwów u ryb zebry w różnym wieku, z różnymi liniami transgenicznymi lub mutantami genetycznymi, aby odpowiedzieć na różne pytania naukowe.