Tutaj opisujemy protokół wizualizacji celowania aksonalnego za pomocą białka fluorescencyjnego w odnóżach dorosłych Drosophila poprzez etapy fiksacji, montażu, obrazowania i po obrazowaniu.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj opisujemy protokół wizualizacji celowania aksonalnego za pomocą białka fluorescencyjnego w odnóżach dorosłych Drosophila poprzez etapy fiksacji, montażu, obrazowania i po obrazowaniu.
Większość prac nad specyfikacją neuronów została przeprowadzona w genetycznie i fizjologicznie wykonalnych modelach, takich jak C. elegans, larwy Drosophila i ryby, które angażują się w ruchy falujące (takie jak pełzanie lub pływanie) jako podstawowy sposób poruszania się. Jednak bardziej wyrafinowane zrozumienie specyfikacji indywidualnego neuronu ruchowego (MN) – przynajmniej pod względem informowania o terapiach chorób – wymaga równie elastycznego systemu, który lepiej modeluje złożone schematy lokomocji kręgowców oparte na wyrostkach. Dorosły układ lokomotoryczny Drosophila odpowiedzialny za chodzenie z łatwością spełnia wszystkie te kryteria, ponieważ w tym modelu możliwe jest zbadanie specyfikacji niewielkiej liczby łatwych do odróżnienia MN nóg (około 50 MN na nogę) zarówno przy użyciu szerokiej gamy potężnych narzędzi genetycznych, jak i w fizjologicznym kontekście schematu lokomocji opartego na wyrostkach. Tutaj opisujemy protokół wizualizacji unerwienia mięśni nóg u dorosłej muchy.
Podobnie jak kończyna kręgowca, noga dorosłego Drosophila jest podzielona na segmenty. Każda noga muchy zawiera 14 mięśni, z których każdy składa się z wielu włókien mięśniowych1,2. Ciała komórkowe MN dorosłej nogi znajdują się w zwojach T1 (przedpiersiowych), T2 (mezotorakologicznych) i T3 (śródpiersiowych) po obu stronach brzusznego rdzenia nerwowego (VNC), struktury analogicznej do rdzenia kręgowego kręgowców (Ryc. 1). W każdym zwoju znajduje się około 50 MN, które celują w mięśnie w czterech segmentach nogi ipsilateralnej (koksa, krętarz, kość udowa i piszczel) (Rysunek 1)3. Co ważne, każda osobnika dorosłego nogi MN ma unikalną tożsamość morfologiczną, która jest wysoce stereotypowa wśród zwierząt3,4. Wszystkie te unikalne MN pochodzą z 11 komórek macierzystych, zwanych neuroblastami (NB), wytwarzającymi MN nóg w stadiach larwalnych3,4. Pod koniec stadiów larwalnych wszystkie niedojrzałe postmitotyczne MN różnicują się podczas metamorfozy, aby uzyskać swoje specyficzne dendrytyczne trzpienie i aksonalne cele końcowe, które definiują ich unikalną morfologię3,4. Wcześniej przetestowaliśmy hipotezę, że kombinatoryczny kod czynników transkrypcyjnych (TF) określa unikalną morfologię każdej dorosłej nogi Drosophila MN5. Jako model wykorzystaliśmy linię B, jedną z 11 linii NB, która wytwarza siedem z MN i wykazaliśmy, że kombinatoryczny kod TF wyrażony w postmitotycznych MN dorosłych nóg dyktuje ich indywidualne morfologie. Dzięki przeprogramowaniu kodu TF MN byliśmy w stanie przełączać morfologie MN w przewidywalny sposób. Nazywamy te TFs: mTFs (morfologiczne TFs)5.
Jednym z najtrudniejszych elementów analiz morfologicznych dorosłych MN jest wizualizacja aksonów przez gruby i autofluorescencyjny naskórek z wysoką rozdzielczością. Zwykle oznaczamy aksony za pomocą GFP znakowanego błoną, który jest wyrażany w MN za pomocą binarnego systemu wyrażeń, takiego jak DVglut-Gal4/UAS-mCD8::GFP lub DVglut-QF/ QUAS mCD8::GFP, gdzie DVglut jest silnym sterownikiem wyrażonym w motoneurons6. Łącząc te narzędzia z innymi technikami klonalnymi, takimi jak analiza mozaiki z markerem represjonowanym (MARCM)7, cis-MARCM8, lub MARCMbow5, możemy ograniczyć ekspresję GFP do subpopulacji MN, ułatwiając analizę fenotypową aksonów. Opracowaliśmy protokół w celu utrzymania nienaruszonej morfologii aksonów nogi MN do obrazowania i późniejszej rekonstrukcji 3D, rozwiązując określone problemy nieodłącznie związane z dorosłą nogą Drosophila, takie jak (1) utrwalenie wewnętrznych struktur dorosłej nogi bez wpływu na morfologię aksonów, endogenną ekspresję fluorescencyjną i muskulaturę nogi, (2) montaż nogi w celu zachowania ogólnej struktury pod szkiełkiem nakrywkowym i w odpowiedniej orientacji do obrazowania, oraz (3) przetwarzanie obrazu w celu uzyskania tła naskórka, a także aksonalnego sygnału fluorescencyjnego. Chociaż protokół ten został szczegółowo opisany w celu wykrywania ekspresji fluorescencyjnej w aksonach MN, można go zastosować do wizualizacji innych składników nerwowo-mięśniowej nóg u stawonogów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Sekcja i fiksacja nóg
2. Montaż nóg
3. Obrazowanie
4. Przetwarzanie po obrazowaniu
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Jak pokazano na Rysunku 4, procedura ta pozwala na doskonałe obrazowanie aksonów znakowanych GFP w odnóżach dorosłych Drosophila, wraz z ich drzewkami końcowymi. Co ważne, uzyskuje się czysty sygnał GFP bez żadnych zanieczyszczeń z fluorescencji emitowanej przez kutykulę odnóża. Sygnał z kutykuli może być następnie połączony z sygnałem GFP w celu zidentyfikowania położenia aksonów w odnóżach (Rysunek 4E,
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Naskórek dorosłej Drosophila i innych stawonogów, który zawiera wiele ciemnych pigmentów, jest główną przeszkodą w oglądaniu struktur wewnątrz ich ciała. Ponadto jest silnie autofluorescencyjny, co pogarsza się w wyniku fiksacji. Te dwie cechy są bardzo problematyczne dla obserwacji barwników fluorescencyjnych lub cząsteczek wewnątrz ciała zwierząt z egzoszkieletem.
Procedura, którą opisaliśmy i którą rutynowo stosujemy w laboratorium, daje czyste i szczegółowe obrazy trajektorii aksonów i ich...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Dziękujemy Robertowi Renardowi za przygotowanie podłoża do jedzenia na muchy. Praca ta była wspierana przez grant NIH NS070644 dla R.S.M. oraz finansowanie ze Stowarzyszenia ALS (#256), FRM (#AJE20170537445) i programu ATIP-Avenir dla J.E.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Absolut etanolu | Fisher | E/6550DF/17 | Absolutny odczynnik analityczny |
| klasy niejonowy detergent powierzchniowo czynny | Sigma-Aldrich | T8787 | Triton X-100, do biologii molekularnej |
| Kleszczyki drobnoziarniste | Sigma-Aldrich | F6521 | Kleszcze jubilerskie, Dumont No. 5 |
| Szklana płytka wielodołkowa | Mikroskopia elektronowa Sciences | 71563-01 | 9 wnęka Pyrex, 100 mm x 85 mm |
| PFA | Thermofisher | 28908 | Pierc 16% Formaldehyd (w/v), Bez metanolu |
| Glicerol | Fisher BioReagents | BP 229-1 | Glicerol (Biologia molekularna) |
| Przekładki | Sun Jin Lab Co | IS006 | iSpacer, cztery dołki, około 12 μ L objętość robocza na studzienkę, średnica 7 mm, głębokość 0,18 mm |
| Kwadrat 22 mm x 22 mm szkiełka nakrywkowe | Fisher Scientific | FIS#12-541-B | Nr 1,5-0,16 do 0,19 mm |
| grubości Medium montażowe | Vector Laboratories | H-1000 | Vectashield Antifade Mounting Medium |
| Mikroskop konfokalny | Carl Zeiss | Zobacz materiał LSM780; obiektyw używany LD LCI Plan-Apochromat 25X/0.8 Imm Korr DIC M27 (olej/ krzem/glicerol/woda zanurzenie) (420852-9871-000) | |
| obrazowania | Carl Zeiss | ZEN 2011 | |
| 3D-Image | ThermoFisher Scientific | Amira 6.4 | |
| ImageJ | Narodowe Instytuty Zdrowia | https://imagej.nih.gov/ij/ | ImageJ/FIJI |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.