Ten protokół opisuje procedurę preparacji, warunki hodowli i obrazowanie na żywo systemu eksplantacji czułków-mózgu do badania zespołu obwodów węchowych.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje procedurę preparacji, warunki hodowli i obrazowanie na żywo systemu eksplantacji czułków-mózgu do badania zespołu obwodów węchowych.
~Neurony są precyzyjnie połączone, tworząc obwody niezbędne do prawidłowego funkcjonowania mózgu. Układ węchowy Drosophila stanowi doskonały model do badania tego procesu, ponieważ 50 typów neuronów receptorów węchowych (ORN) z czułków i palpów szczękowych rzutuje swoje aksony na 50 możliwych do zidentyfikowania kłębuszków nerkowych w płacie czułkowym i tworzy połączenia synaptyczne z dendrytami z 50 typów neuronów projekcyjnych drugiego rzędu (PN). Wcześniejsze badania koncentrowały się głównie na identyfikacji ważnych cząsteczek, które regulują precyzyjne celowanie w obwodzie węchowym za pomocą utrwalonych tkanek. W tym miejscu opisano system eksplantacji czułkowo-mózgowy, który podsumowuje kluczowe kamienie milowe rozwoju tworzenia obwodów węchowych w kulturze. Poprzez preparowanie zewnętrznego naskórka i czyszczenie nieprzezroczystych ciałek tłuszczowych pokrywających rozwijający się mózg poczwarki, za pomocą mikroskopii dwufotonowej można uzyskać wysokiej jakości obrazy pojedynczych neuronów z żywych mózgów. Pozwala to na obrazowanie poklatkowe pojedynczego aksonu ORN z żywej tkanki. Podejście to pomoże w ujawnieniu ważnych kontekstów biologicznych komórek i funkcji wcześniej zidentyfikowanych ważnych genów oraz w zidentyfikowaniu mechanizmów leżących u podstaw dynamicznego procesu składania obwodów.
Neurony są precyzyjnie połączone, tworząc obwody niezbędne do prawidłowego funkcjonowania mózgu. Przez ponad 100 lat neuronaukowcy próbowali zrozumieć, w jaki sposób neuryty rozciągają się w kierunku swoich celów pośrednich i końcowych z niezwykłą precyzją. W rezultacie zidentyfikowali ważne geny, które kodują wskazówki dotyczące rozwoju procesów neuronalnych1. Układ węchowy Drosophila stanowi doskonały model do badania tego procesu, ponieważ neurony receptorów węchowych (ORN, główne neurony czuciowe) rzutują na 50 możliwych do zidentyfikowania kłębuszków nerkowych o stereotypowym rozmiarze, kształcie i względnym położeniu, gdzie tworzą połączenia synaptyczne z dendrytami z 50 typów neuronów projekcyjnych drugiego rzędu (PN), z których każdy wysyła dendryty do jednego z 50 kłębuszków nerkowych2 (Rysunek 1A). Dlatego stosunkowo łatwo jest zidentyfikować zmutowane fenotypy w rozdzielczości synaptycznej (kłębuszkowej) w układzie węchowym muchy. Doprowadziło to do odkrycia ważnych genów, które regulują tworzenie obwodów węchowych3.
Montaż obwodu węchowego muchy opiera się na czasowo i przestrzennie skoordynowanych procesach rozwojowych3. ORN i PN uzyskują odrębne losy komórek, które konfigurują program pod kątem ich specyfiki okablowania. Następnie, dendryty PN wstępnie modelują płat anteny (Rysunek 1B). Aksony ORN następnie okrążają ipsilateralny płat czułkowy i przekraczają linię środkową mózgu, aby dotrzeć do przeciwległego płata czułkowego. Następnie aksony ORN atakują zarówno ipsi-, jak i przeciwległe płaty czułkowe i tworzą synapsy z dendrytami ich partnerskich PN w określonych kłębuszkach nerkowych. Ten zgrubny model montażu obwodów węchowych został zaproponowany w oparciu o charakterystykę stałych próbek z pośrednich punktów czasowych podczas rozwoju. Słaba rozdzielczość czasowa i niezdolność do śledzenia tych samych procesów neuronalnych w całym rozwoju z utrwalonej tkanki ograniczają mechanistyczne zrozumienie procesu składania obwodów.
Jest technicznie trudne, aby na żywo zobaczyć procesy ORN i PN in vivo, ponieważ proces okablowania zachodzi w pierwszej połowie fazy poczwarki, gdy płat czułka jest otoczony nieprzezroczystym ciałem tłuszczowym wewnątrz obudowy poczwarki. W związku z tym niemożliwe jest bezpośrednie zobrazowanie rozwijającego się obwodu węchowego z nienaruszonych poczwarek. Wypreparowane tkanki hodowane ex vivo mogą obejść zmętnienie tkanek i są z powodzeniem wykorzystywane do badania rozwoju neuronalnego4,5,6. Wyzwaniem związanym z zastosowaniem podobnej strategii hodowli eksplantatów ex vivo do badania okablowania neuronalnego w mózgu poczwarki jest to, czy odzwierciedla ona precyzyjne celowanie neuronów w warunkach hodowli. Na podstawie wcześniej opisanych warunków hodowli ex vivo dla kompleksu oko-mózg muchy7, niedawno opracowano eksplantat, który zawiera nienaruszony cały mózg poczwarki, czułki i łączące nerwy czułkowe, który zachowuje precyzyjne ukierunkowanie obwodu węchowego i może być poddawany obrazowaniu na żywo opartemu na mikroskopii dwufotonowej przez maksymalnie 24 godziny z częstotliwością co 20 minut8. Tutaj opisano szczegółowy protokół hodowli eksplantatów i obrazowania. System eksplantatów stanowi potężną metodę badania montażu obwodu węchowego i potencjalnie innych obwodów w centralnym mózgu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie odczynników
UWAGA: Wszystkie kroki w tym protokole są wykonywane w temperaturze pokojowej (20-25 °C), chyba że wyjaśniono inaczej.
2. Sekcja eksplantacji
3. Obrazowanie na żywo oparte na mikroskopii dwufotonowej
4. Przetwarzanie obrazu
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aksony ORN docierają do płata antennego między 18 h a 36 h APF. Następnie nawigują przez płat antenny, przekraczają linię środkową i unerwiają kłębuszki. Wideo 1 jest reprezentatywnym nagraniem pokazującym cały ten proces dla kilku indywidualnie identyfikowalnych aksonów, zarejestrowanym z częstotliwością co 20 min przez 24 h. Przed rejestracją za pomocą TurboReg aksony wykazują pewien dryft boczny w miarę rozwoju mózgu (pierwsza połowa filmu). Po rejestracji dryft zostaje skorygowany (druga połowa filmu...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Eksplant czułkowo-mózgowy Drosophila zachowuje normalne ukierunkowanie obwodu węchowego. Zauważyliśmy, że rozwój jest 2 razy wolniejszy ex vivo w porównaniu do in vivo. Należy zauważyć, że system eksplantacyjny nie zachowuje palpa szczęki, w którym znajduje się sześć typów ORN. Aby zapewnić rekapitulację normalnego rozwoju ex vivo, należy unikać rozciągania nerwów czułkowych podczas sekcji eksplantacji. Podczas hodowli ex vivo rozwój bakterii zwykle powoduje zahamowanie rozwoj...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Dziękujemy N. Özelowi i R. Hiesingerowi za ich rady dotyczące hodowli eksplantatów; M. Wagnerowi za pomoc techniczną w mikroskopii dwufotonowej; D.J. Luginbuhlowi za generowanie transgenicznych much; D. Friedmannowi za sugestie dotyczące analizy oprogramowania Fidżi; Y. Ge za pomoc w pracy w locie; C. McLaughlin i K.K.L. Wong za komentarze do manuskryptu. L.L. jest badaczem w Instytucie Medycznym Howarda Hughesa. Prace te były wspierane przez granty National Institutes of Health 1K99DC01883001 (dla T.L.) i R01-DC005982 (dla L.L.).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 20-hydroksyekdyzon | Sigma | H5142 | |
| Chameleon Ti: Szafirowy laser | Koherentna koherentna | MRU X1 | |
| Płodowa surowica bydlęca | Thermo Fisher Scientific | 10082147 | |
| Insulina ludzka | Thermo Fisher Scientific | 12585014 | |
| Oprogramowanie do obrazowania | Prairie | ||
| Micro Scissors | World Precision Instruments | 501778 | |
| Minutien Pins | Fine Science Tools | 26002-10 | |
| Butla tlenowa | Praxair | OX M-E | |
| Penicylina-Streptomycyna | Thermo Fisher Scientific | 15140122 | |
| Schneider' s Drosophila Medium | Thermo Fisher Scientific | 21720024 | |
| SYLGARD 184 Elastomer silikonowy | Thermo Fisher Scientific | NC0162601 | |
| Mikroskopia dwufotonowa | Obiektyw zanurzeniowy w wodzie Bruker | ||
| (20X) | Zeiss | 421452-9800-000 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie