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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Aqui, discutimos um fluxo de trabalho para preparar, dissecar, montar e obter imagens de cérebros de explantes vivos de larvas de terceiro ínstar de Drosophila melanogaster para observar a dinâmica celular e subcelular sob condições fisiológicas.
As células-tronco neurais de Drosophila (neuroblastos, RNs doravante) sofrem divisões assimétricas, regenerando o neuroblasto auto-renovador, ao mesmo tempo em que formam uma célula-mãe do gânglio diferenciador (GMC), que sofrerá uma divisão adicional para dar origem a dois neurônios ou glia. Estudos em RNs descobriram os mecanismos moleculares subjacentes à polaridade celular, orientação fusiforme, auto-renovação e diferenciação de células-tronco neurais. Essas divisões celulares assimétricas são facilmente observáveis através de imagens de células vivas, tornando os RNs larvais ideais para investigar a dinâmica espaço-temporal da divisão celular assimétrica em tecidos vivos. Quando devidamente dissecados e imageados em meio suplementado com nutrientes, os RNs em cérebros explantes dividem-se robustamente por 12-20 h. Os métodos descritos anteriormente são tecnicamente difíceis e podem ser desafiadores para aqueles que estão começando na área. Aqui, um protocolo é descrito para a preparação, dissecção, montagem e imagem de explantes cerebrais de larvas de terceiro ínstar vivas usando suplementos de corpo gorduroso. Problemas potenciais também são discutidos, e exemplos são fornecidos de como essa técnica pode ser usada.
A divisão celular assimétrica (DCA) é o processo pelo qual componentes subcelulares como RNA, proteínas e organelas são particionados desigualmente entre as células filhas 1,2. Esse processo é comumente visto em células-tronco, que sofrem DCA para dar origem a células-filhas com diferentes destinos de desenvolvimento. Drosófila Os RNs dividem-se assimetricamente para produzir um RN, que retém sua caule, e uma célula-mãe ganglionar (GMC). O GMC sofre novas divisões para produzir neurônios diferenciadores ou glia3. RNs em divisão assimétrica são abundantes no cérebro em desenvolvimento de larvas de terceiro ínstar, que são prontamente observados por microscopia. No estágio larval de terceiro ínstar, há cerca de 100 RNs presentes em cada lobo cerebral central3,4,5,6.
A divisão celular assimétrica é um processo altamente dinâmico. Protocolos de imagem de células vivas têm sido utilizados para medir e quantificar a dinâmica da polaridade celular 7,8,9,10, a orientação do fuso 11,12,13, a dinâmica do córtex da actomiosina14,15,16,17,18, a biologia dos microtúbulos e centrossomos 19,20,21,22,23,24,25,26,27, e membrana 10,28 e dinâmica da cromatina29. Descrições qualitativas e quantitativas de DCA baseiam-se em métodos e protocolos robustos para a divisão de imagens de RNs em cérebros vivos intactos. O protocolo a seguir descreve métodos para preparar, dissecar e obter imagens de cérebros de larvas de terceiro ínstar para imagens de células vivas in vivo usando duas abordagens de montagem diferentes. Esses métodos são mais adequados para pesquisadores interessados na dinâmica espaço-temporal de divisões de células-tronco, bem como divisões em outras células cerebrais, pois permitem observações de curto e longo prazo de eventos celulares. Além disso, essas técnicas são facilmente acessíveis aos recém-chegados ao campo. Nós demonstramos a eficácia e adaptabilidade desta abordagem com cérebros de larvas expressando microtúbulos fluorescentemente marcados e proteínas de fusão cortical. Além disso, discutimos métodos de análise e considerações para aplicação em outros estudos.
OBS: A Figura 1 mostra os materiais necessários para a realização deste estudo.
1. Considerações e preparativos para a experiência
2. Estadiamento e coleta das larvas (Figura 2)
3. Dissecção do corpo adiposo larval (Figura 3)
NOTA: Este protocolo descreve dissecações usando uma placa de dissecção de 3 poços.
4. Dissecção cerebral larval (Figura 3)
5. Montagem e geração de imagens (Figura 4)
6. Melhores práticas de processamento e gerenciamento de dados
7. Exemplo de quantificação do comprimento do ciclo celular (Figura 5)
NOTA: neste exemplo, larvas expressando o marcador de polaridade Pins (Pins::EGFP16) e a proteína de ligação a microtúbulos Júpiter25 (cereja::Júpiter13) foram fotografadas. A análise subsequente foi realizada utilizando-se o software Imaris.
8. Exemplo de quantificação do alinhamento do fuso celular (Figura 5)
Observação : neste exemplo, a análise é executada usando o software Imaris.






Dissecção e imagem de NBs do lobo cerebral central expressando Pins::EGFP e Cherry::Jupiter
Para mostrar este protocolo, larvas expressando Cherry::Jupiter13 e endogenamente marcadas Pins::EGFP16 (w; worGal4, UAS-cherry::jupiter/CyO; Pinos::EGFP/TM6B, Tb) foram fotografados por 4 h usando o protocolo descrito usando lâminas de imagem de múltiplos poços (Figura 5C,D). Dados adicionais foram obtidos de larvas expressando Cherry::Jupiter13 e endogenamente marcadas Miranda::EGFP (w; worGal4, UAS-cherry::Zeus/CyO; UAS-Miranda::GFP/TM6B), que foram fotografadas por 10 h usando uma lâmina ligada à membrana (Figura 5E,F). As larvas foram criadas em gaiolas conforme descrito na seção 1 deste protocolo. Ao atingir 72-96 h de idade, as larvas foram dissecadas (Figura 3), montadas (Figura 4) e imageadas. Para os experimentos aqui realizados, utilizou-se um laser de 561 nm a 10% de potência do laser com 100 ms de tempo de exposição, e um laser de 488 nm a 15% de potência do laser com 100 ms de tempo de exposição. Pilhas Z (41 μm) foram adquiridas com um tamanho de passo de 1 μm. As imagens foram adquiridas a cada 5 min no RT em um sistema confocal de disco giratório Intelligent Imaging Innovations (3i), consistindo de uma unidade de disco giratório Yokogawa CSU-W1 e duas câmeras Prime 95B Scientific CMOS. Uma objetiva de imersão em óleo de 60x/1,4NA montada em microscópio Nikon Eclipse Ti foi usada para a obtenção de imagens. Os voxels de imagem ao vivo foram 0,22 μm x 0,22 μm x 0,75 μm (disco giratório de 60x/1,4NA).
Consistente com relatos anteriores16, os Pinos formaram um crescente apical pronunciado na divisão dos RNs durante a mitose, e os fusos mitóticos consistentemente alinhados a esse crescente apical (Figura 5C). O comprimento do ciclo celular foi determinado medindo-se o tempo entre as metáfases sucessivas dos RNs individuais (Figura 5D,F).
Nas amostras que foram obtidas em lâmina multipoço por 4 h sem suplementação de corpo gorduroso, o comprimento do ciclo celular aumentou com o aumento do tempo de aquisição de imagens (Figura 5C,D). As amostras que foram fotografadas em meio de corpo gorduroso suplementado em uma lâmina ligada à membrana não mostraram um aumento no comprimento do ciclo celular (Figura 5E, F). Além disso, foram observados RNs com quatro divisões na lâmina de 10 h ligada à membrana (Figura 5D vs. Figura5F).
Por fim, o ângulo entre o eixo de divisão e o fuso mitótico foi determinado usando Pinos marcados com GFP como referência (esquema mostrado na Figura 5G). O eixo de divisão foi determinado identificando-se o ponto médio do crescente apical formado pelos pinos em mitose e bissetrizando-se a célula ao meio (Figura 5G, linha tracejada vermelha). Como descrito anteriormente, os RNs selvagens exibiam fusos mitóticos orientados a não mais de 30° do eixo de divisão (Loyer e Januschke36 e Figura 5H).

Figura 1: Materiais. (A) Microscópio de dissecção. (B) Gaiola de coleta contendo moscas do genótipo desejado e tampa de farinha com larvas em crescimento. (C) Dissecção e meio de imagem, 5 mL. (D) Tampas de farinha com larvas de três coleções diferentes. (E,E') Ferramentas de microdissecção, da esquerda para a direita: tesoura de microdissecção, pinças. (F,F') Placa de dissecação. (G) Uma lâmina de μ de 8 poços para obtenção de imagens das amostras. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Exemplo de tampas de refeição. (A) Dois frascos para injetáveis com moscas machos e fêmeas a cruzar, uma gaiola de recolha de embriões vazia e uma tampa de refeição fresca. (B) O fundo da gaiola de coleta de embriões com a nova tampa de refeição (esquerda) e o topo da gaiola com moscas (direita). (C) A gaiola de mosca totalmente montada. (D) Um exemplo de uma tampa de refeição bem encenada com larvas para dissecção. Observe que o alimento é perturbado pelas larvas, mas não superperturbado. (E,F) Dois exemplos de tampas de refeição superlotadas de 4 dias de idade. Note que esse alimento agora tem uma consistência semelhante a uma sopa. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Dissecção . (A) Vista dorsal de uma larva de terceiro ínstar. A linha vermelha na extremidade posterior da larva indica onde o primeiro corte deve ser feito. (B) Vista dorsal da larva após a remoção da extremidade posterior. (C) Diagrama mostrando como inverter a larva. Usando um conjunto de pinças, segure a larva pela cutícula perto de onde o primeiro corte foi feito. Usando a outra pinça, pressione a extremidade anterior da larva para inverter. As setas pretas denotam a direção da pinça, com uma "empurrando" as larvas pelo lado anterior e a outra movendo a extremidade posterior do corte em direção à extremidade anterior. A seta vermelha menor denota um desenho animado de corpos gordos. (D) Vista de uma larva invertida com os corpos gordurosos e trato digestivo ainda aderidos. (E) Vista de uma larva invertida com o tecido não pertencente ao SNC removido. A linha tracejada vermelha delineia o cérebro ainda ligado. (F) Esquema mostrando como remover o cérebro da cutícula. A linha tracejada vermelha indica o caminho a ser cortado com tesoura de microdissecção para liberar o cérebro da cutícula invertida, e as setas pretas denotam a remoção do cérebro da cutícula. (G) Visão do cérebro invertido que ainda está aderido à cutícula por um pequeno número de conexões axonais sob o cordão nervoso ventral (CNV). (H) Um cérebro larval isolado. Os lóbulos cerebrais são delineados com linhas laranjas tracejadas. (I) Corpos gordurosos isolados. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Montagem e geração de imagens. (A) Vista dos componentes para montagem de uma lâmina metálica ligada à membrana. (B) Esquema dos componentes da lâmina ligada à membrana e sua montagem. (C) Vista lateral da membrana inserida na lâmina metálica, mantida no lugar pelo anel metálico bipartido. (D) Vista superior da lâmina de imagem montada sem uma lamínula. O meio de dissecção e imagem contendo corpos gordurosos e cérebros dissecados foi colocado sobre a membrana. (E) Visão ampliada dos corpos gordos e cérebros na gota do meio. (F) Vista superior da lâmina de metal após a adição da tampa de vidro. (G) Vista superior da lâmina montada com a tampa de vidro fixada à lâmina com vaselina derretida. Cobrir as bordas da lamínula com vaselina também evita a evaporação do meio. (H) Esquema da lâmina de membrana montada com cérebros orientados para observação em microscópio invertido. Os círculos azuis denotam RNs nos lobos cerebrais centrais e CNV. (I) Vista de um slide vazio de vários poços. (J) Vista ampliada de um poço da lâmina de imagem de vários poços. (K) Esquema mostrando a orientação do cérebro para obtenção de imagens dos lobos cerebrais centrais em microscópio invertido com lâmina de múltiplos poços. Os círculos azuis denotam RNs nos lobos cerebrais centrais e CNV. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5: Quantificação do comprimento do ciclo celular . (A) Diagrama de um cérebro larval de terceiro ínstar, destacando os lobos cerebrais, o lobo óptico (OL, cinza escuro), o cordão nervoso ventral (VNC), NBs (azul escuro), GMCs (azul claro) e neurônios (roxo) dentro dos lobos cerebrais centrais e VNC. (B) Esquema das divisões NB e GMC. (C) Série de imagens de um RN selvagem com microtúbulos marcados em branco (MTs, UAS-Cherry::Jupiter) e pinos apicais (Pins::EGFP em verde) fotografados em uma lâmina de poço múltiplo sem suplementação de corpo gorduroso por 4 h. Imagens mescladas e a árvore de linhagem correspondente com o tempo do ciclo celular são mostradas abaixo. Barra de escala = 10 μm. (D) Quantificação do comprimento do ciclo celular (metáfase - metáfase) para a primeira, segunda e terceira divisões em amostras fotografadas em lâmina de poço múltiplo sem corpos gordurosos. (E) Série de imagens de um RN selvagem com microtúbulos marcados em branco (MTs, UAS-Cherry::Jupiter) fotografada com uma lâmina ligada à membrana com suplementação de corpo gorduroso por 10 h com a árvore de linhagem correspondente e o tempo do ciclo celular mostrados abaixo. Barra de escala = 10 μm. (F) Quantificação do comprimento do ciclo celular (metáfase - metáfase) para a primeira, segunda, terceira e quarta divisões em amostras fotografadas em uma lâmina ligada à membrana com corpos adiposos. (G) Esquema de como foi determinado o ângulo entre o eixo do fuso (linha tracejada laranja) e o eixo da divisão (θ, linha tracejada vermelha). (H) Quantificação de θ a partir de 10 células fotografadas usando uma lâmina de poço múltiplo sem corpos gordurosos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Os autores não têm divulgações financeiras a declarar.
Aqui, discutimos um fluxo de trabalho para preparar, dissecar, montar e obter imagens de cérebros de explantes vivos de larvas de terceiro ínstar de Drosophila melanogaster para observar a dinâmica celular e subcelular sob condições fisiológicas.
Esta pesquisa é apoiada por R35GM148160 (C. C.) e um National Institutes of Health (NIH) Training Grant T32 GM007270 (R. C. S)
| 0,22 µ m Membrana de polietersulfona (PES) | Genesee | 25-231 | Filtros acionados por vácuo |
| Ágar Ágar | granulado | Genesee | 20-248 |
| Computador analítico | Dell | NA | CPU Intel Xeon Gold 5222 com dois processadores de 3,80 GHz executando o Windows 10 em um sistema operacional de 64 bits Soro de |
| crescimento bovino | HyClone | SH30541.02 | |
| Lâminas | de imagem com câmaraMicroscópio Confocal Ibidi | 80826 | |
| Nikon | NA | ||
| Lâmina de metal usinada sob medida | NA | NA | Veja Cabernard and Doe 2013 (Ref. 34) para especificações |
| Pratos de dissecação Fisher | Scientific | 5024343 | placade micro ponto de porcelana de 3 poços |
| Fórceps de Dissecção | World Precision Instruments | Dumont #5 | |
| Microscópio de Dissecção | Leica | NA | |
| Tesoura de Dissecção | Fine Science Tools (FST) | 15003-08 | |
| Gaiola de coleta de embriões | Genesee | 59-100 | |
| Flypad com acesso a CO2 para anestesiar moscas adultas | Genesee | 59-172 | |
| Membrana permeável a gás | YSI | 98095 | Membrana permeável a gás |
| Tampa de vidro Slides | Microscopia Eletrônica Ciências | 72204-03 | # 1.5; 22 mm x 40 mm lamínulas de vidro |
| Imaris | Oxford Instruments | NA | Alternativas: Fiji, Volocity, Aivia |
| Imaris File Converter | Oxford Instruments | NA | |
| Fermento Instantâneo | Saf-Instant | NA | |
| Melaço | Genesee | 62-117 | |
| Placa de Petri | Greiner Bio-One | 628161 | placa de Petri de 60 mm x 15 mm |
| Vaselina Vaselina | NA | ||
| Meio de Insetos da Schneider com L-glutamina e bicarbonato de sódio líquido | Millipore Sigma | S0146 | |
| Software de aquisição de SlideBook | 3i | NA | |
| Unidade de Filtração a Vácuo com 0,22 µ µ m Filtro de membrana PES | Genesee Scientific, GenClone | 25-231 |