Ten protokół demonstruje laserową ablację komórek pojedynczych neuronów u nienaruszonych larw Drosophila. Metoda umożliwia badanie efektu zmniejszenia konkurencji między neuronami w rozwijającym się układzie nerwowym.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół demonstruje laserową ablację komórek pojedynczych neuronów u nienaruszonych larw Drosophila. Metoda umożliwia badanie efektu zmniejszenia konkurencji między neuronami w rozwijającym się układzie nerwowym.
Protokół opisuje ablację pojedynczego neuronu za pomocą 2-fotonowego systemu laserowego w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN) nienaruszonych larw Drosophila melanogaster. Za pomocą tej nieinwazyjnej metody można manipulować rozwijającym się układem nerwowym w sposób specyficzny dla komórki. Zakłócenie rozwoju pojedynczych neuronów w sieci może być wykorzystane do zbadania, w jaki sposób układ nerwowy może zrekompensować utratę danych synaptycznych. Poszczególne neurony zostały specjalnie poddane ablacji w systemie włókien olbrzymich Drosophila, ze szczególnym uwzględnieniem dwóch neuronów: presynaptycznego włókna olbrzymiego (GF) i postsynaptycznego neuronu ruchowego tergotrochantera (TTMn). GF łączy się z ipsilateralnym TTMn, co ma kluczowe znaczenie dla odpowiedzi ucieczki. Ablacja jednego z GF w 3. stadium mózgu, tuż po tym, jak GF zaczyna rosnąć aksonalnie, trwale usuwa komórkę podczas rozwoju OUN. Pozostały GF reaguje na nieobecnego sąsiada i tworzy ektopowe zakończenie synaptyczne do przeciwległego TTMn. To nietypowe, obustronnie symetryczne zakończenie unerwia oba TTMn, jak wykazano za pomocą sprzężenia barwnika, i steruje obydwoma neuronami ruchowymi, jak wykazano za pomocą testów elektrofizjologicznych. Podsumowując, ablacja pojedynczego interneuronu wykazuje konkurencję synaptyczną między obustronną parą neuronów, która może zrekompensować utratę jednego neuronu i przywrócić normalne reakcje na obwód ucieczki.
Ablacja laserowa jest preferowanym narzędziem do badania obwodów neuronowych w wielu różnych organizmach. Opracowany w modelowych systemach genetycznych, takich jak robaki i muchy, został zastosowany w całym królestwie zwierząt do badania struktury, funkcji i rozwoju układu nerwowego1,2,3. W tym przypadku zastosowano ablację pojedynczego neuronu w celu zbadania, w jaki sposób neurony oddziałują na siebie podczas składania obwodów u Drosophila. System ucieczki muchy jest ulubionym obwodem do analizy, ponieważ zawiera największe neurony i największe synapsy u dorosłej muchy, a obwód ten został dobrze scharakteryzowany w ciągu ostatnich dziesięcioleci4. Rola, jaką interakcje neuron-neuron odgrywają w tworzeniu obwodu Giant Fiber, jest centralnym punktem tych badań.
Jednym z typów interakcji, który jest centralnym punktem w neuronauce od czasu pracy Hubela i Wiesela w latach 60., jest "konkurencja synaptyczna"5,6. W tym protokole ablacja laserowa została wykorzystana do ponownego zbadania roli konkurencji poprzez ablację pojedynczych komórek w systemie gigantycznych włókien (GFS) Drosophila, gdzie można odkryć molekularne podstawy tego zjawiska.
Ablacja neuronów u rozwijającej się muchy była trudna z wielu powodów, w tym wizualizacji docelowych neuronów, precyzji metody ablacji i przeżycia próbki. Aby przezwyciężyć te problemy w GFS, do oznaczania interesujących neuronów użyto systemu UAS/Gal47, a mikroskop dwufotonowy został użyty do usunięcia presynaptycznego włókna olbrzymiego lub postsynaptycznego neuronu ruchowego skoku (TTMn).
W tym badaniu, aby określić rolę, jaką odgrywają sąsiednie neurony obustronne w dostosowywaniu połączeń synaptycznych i siły synaps w GFS, jedna z obustronnych par neuronów (presynaptyczny GF lub postsynaptyczny neuron ruchowy) została usunięta tuż przed rozwojem poczwarki. Na tym etapie rozwoju aksonogeneza GF nie została zakończona8. Następnie zbadano strukturę i funkcję obwodu synaptycznego u osoby dorosłej, zwracając szczególną uwagę na wydajność pozostałej GF.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie zwierzęta wykorzystane w protokole należały do gatunku Drosophila melanogaster. Wykorzystanie tego gatunku nie budzi żadnych kwestii etycznych. Przeprowadzenie tych badań nie wymagało zgody komisji etycznej. Szczegółowe informacje o gatunku Drosophila, odczynnikach i sprzęcie użytych w badaniu znajdują się w Tabeli materiałów.
1. Hodowla Drosophila i wybór odpowiedniego stadium larwalnego
2. Przygotowanie 3rd stadium larwalne
UWAGA: Larwy zostały znieczulone metodą podobną do Burra i wsp.9. Aby skrócić czas trwania procedury, należy przygotowywać tylko jedną larwę na raz. Krótka ekspozycja na środek znieczulający zwiększy przeżywalność zwierząt doświadczalnych10.
3. Montowanie larw na szkiełkach do ablacji
4. Lokalizacja komórek docelowych
UWAGA: System wielofotonowy wykorzystany w tej badaniu został zamontowany na mikroskopie odwróconym. Do sterowania akwizycją oraz ustawieniami stymulacji laserowej użyto specjalistycznego oprogramowania systemowego. System był wyposażony w źródło światła epifluorescencyjnego do lokalizacji próbek. Obiektyw był soczewką imersyjną w wodzie o powiększeniu 25x, długiej odległości roboczej 2 mm i aperturze numeryczną NA 1,10.
5. Konfiguracja parametrów ablacji

Rycina 1: Identyfikacja neuronów do ablacji laserowej w nienaruszonych larwach L3 Drosophila. (A) Schemat lokalizacji somy włókna olbrzymiego (GF) w mózgu oraz skupiska neuronów ruchowych zawierającego neuron ruchowy tergotrochanteralny (TTMn) w brzuszny sznurze nerwowym (VNC). (B) Projekcja maksymalnej intensywności shakB(lethal)-Gal4 sterującego ekspresją GFP w larwalnym VNC. Linia środkowa jest zaznaczona linią przerywaną. Koło wskazuje skupisko neuronów zawierające TTMn, które są celem ablacji laserowej. Pasek skali: 50 µm. (C) Częściowy widok projekcyjny larwalnego mózgu z ekspresją GFP pod kontrolą A307-Gal4. Koło wskazuje somę GF będącą celem ablacji laserowej. Pasek skali: 50 µm. (D) Projekcja maksymalnej intensywności mózgu z R91H05-Gal4 sterującym UAS-GFP. Oba GF (koła) są możliwe do zidentyfikowania po lokalizacji, kształcie i wielkości. Pasek skali: 50 µm. (E) Powiększony widok somy GF przed ablacją laserową. Purpurowe koło wskazuje obszar docelowy ablacji laserowej. Pasek skali: 10 µm. (F) Powiększony widok somy GF po dostarczeniu zlokalizowanej mocy lasera i udanej ablacji. Pasek skali: 10 µm. (G) Powiększony widok somy GF przed ablacją laserową. Purpurowe koło wskazuje obszar docelowy ablacji laserowej. Pasek skali: 10 µm. (H) Powiększony widok somy GF po dostarczeniu zlokalizowanej mocy lasera i nieudanej ablacji (wyblaknięcie). Pasek skali: 10 µm. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.
6. Odzyskiwanie larw
7. Badanie funkcjonalności GFS u dorosłych much
UWAGA: Następujące kroki zostały szczegółowo opisane w pracy Allana i Godenschwege12 oraz Augustina i współpracowników13.
8. Disekcja i znakowanie systemu włókien olbrzymich do obrazowania konfokalnego
UWAGA: Disekcja OUN muchy oraz wstrzykiwanie barwnika zostały szczegółowo opisane przez Boernera i Godenschwege14.
9. Immunohistochemia układu nerwowego
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Tę metodę można wykorzystać do manipulowania rozwojem specyficznych sieci neuronalnych w układzie nerwowym Drosophila. Głównym pytaniem badawczym w tym przypadku było tworzenie połączeń synaptycznych. Usunięcie presynaptycznego neuronu GF lub postsynaptycznego neuronu TTMn umożliwiło zbadanie reaktywnej synaptogenezy w tej synapsie centralnej oraz molekularnych mechanizmów kluczowych dla funkcji i rozwoju synaps. Zgodnie z opisem w protokole, przeprowadzono laserową ablację komórkową jednego z neuronów GF lub je...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ablacja komórek za pomocą mikroskopu 2-fotonowego okazała się bardzo skuteczną metodą manipulowania rozwojem obwodów neuronalnych u Drosophila. Ponieważ ta metoda jest nieinwazyjna, powoduje minimalne szkody u zwierzęcia. Dane potwierdzają przydatność tej specyficznej dla komórki manipulacji znanymi obwodami.
Kluczowe dla powodzenia ablacji był wybór najodpowiedniejszego sterownika Gal4. Ponieważ GFS jest dobrze zbadany, opisano wiele specyficznych linii sterowników Gal4
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Eksperymenty na mikroskopie 2-fotonowym zostały przeprowadzone w FAU Stiles-Nicholson Brain Institute Advanced Cell Imaging Core. Serdecznie dziękujemy Jupiter Life Science Initiative za wsparcie finansowe.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Alexa Fluor 488 AffiniPure Goat Anti-Rabbit IgG (H+L) | Jaxkson ImmunoResearch | 111-545-003 | |
| Anty-zielone białko fluorescencyjne, królik | Fisher Scientific | A11122 | 1:500 stężenie |
| Apo LWD 25x/1.10W Obiektyw | Nikon | MRD77220 | zanurzenie w wodzie duża odległość robocza |
| Albumina surowicy bydlęcej (BSA) | Sigma | B4287-25G | |
| Chameleon Ti:Sapphire Vision II Laserowa | koherentna | ||
| kulka bawełniana | Genesee Scientific | 51-101 | |
| Dextra, tetrametylorodamina, 10 000 MW, lizyna utrwalana (fluoro-rubinowa) | Fisher Scientific | D1817 | |
| soli fizjologicznej | od Gu i O'Dowd, 2006 | ||
| Eter etylowy | Fisher Scientific | E134-1 | Niebezpieczeństwo, łatwopalna ciecz |
| Pokarm dla much B (przepis Bloomington) | LabExpress | 7001-NV | |
| Salicylan metylu | Fisher Scientific | O3695-500 | |
| Probówka do mikrowirówek 1,5 ml | Eppendorf | 22363204 | |
| Mikroskop na okładkę 18x18 #1,5 | Fisher Scientific | 12-541A Wektor znacznikowy | |
| neurobiotyny | Laboratoria | SP-1120 | |
| Mikroskop wielofotonowy Nikon A1R | Nikon | na pionowym statywie mikroskopowym FN1 | |
| NIS Elements Zaawansowane badania | Nikon | Oprogramowanie do akwizycji i analizy danych | |
| Paraformaldehyd (PFA) | Fisher Scientific | T353-500 | |
| PBS (sól buforowana fosforanem) | Fisher BioReagents | BP2944-100 | Tabletki |
| R91H05-Gal4 | Bloomington Drosophila Stock Center | 40594 | |
| shakB(lethal)-GAl4 | Bloomington Drosophila Stock Center | 51633 | |
| Szkiełko mikroskopowe Superfrost | Fisher Scientific | 12-550-143 | |
| Triton X-100 | Fisher Scientific | 422355000 | roztwór detergentu |
| UAS-10xGFP | Bloomington Centrum magazynowe Drosophila | 32185 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.