RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ru_RU
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Здесь мы представляем протокол, с помощью дрозофилы сенсорного нейрона - дендритных арборизация (da) нейронных травмы модель, которая сочетает в себе в естественных условиях живут изображений, два фотона лазерного axotomy/dendriotomy и мощный летать генетических элементов, как Платформа для отбора потенциальных промоутеров и ингибиторов neuroregeneration.
Количество поврежденных нейронов отрастания управляет neuroregeneration и функциональное восстановление после травмы нервной системы. За последние несколько десятилетий были определены различные внутренние и внешние ингибирующих факторов в ограничение регенерации аксона. Однако просто удалив эти ингибирующих сигналов недостаточно для успешной регенерации, указывающие на дополнительные механизма регулирования. Drosophila melanogaster, плодовая муха, разделяет эволюционно сохранены генов и сигнальных путей с позвоночных животных, включая человека. Сочетание мощного генетических элементов мух с двух фотона лазерного axotomy/dendriotomy, мы опишем здесь дрозофилы сенсорные нейрон – дендритных арборизация (da) модель нейрона травмы как платформы для систематического досмотра для Роман Регенерация регуляторы. Вкратце эта парадигма включает в себя) подготовку личинки, индукция b) поражением dendrite(s) или axon(s) с использованием двух фотона лазерного, c) живой конфокальный изображений после травмы и d) анализа данных. Наша модель позволяет высокую воспроизводимость травмы одного помечены нейронов, аксонов и дендритов четко определенных нейронов подтипы, в периферической и центральной нервной системы.
Неспособность аксоны восстанавливаться после травмы центральной нервной системы (ЦНС), может привести к постоянной инвалидности в больных, а также играет роль в необратимое неврологического дефицита в нейродегенеративных заболеваний1,2 ,3,4,5. CNS окружающей среды, а также способность внутреннего роста нейронов, определяет ли аксоны способны восстанавливаться после травмы. Было показано, что внеклеточных факторов от олигодендроциты, астроглиальных и фибробластический источников препятствуют нейрональных роста4,6,7,8, но ликвидации этих молекул разрешает только для ограниченной прорастания5. Внутренней регенерации сигналы могут влиять регенеративной успеха5,9 и представляют потенциальных терапевтических целей, но эти процессы еще не четко на молекулярном уровне. Увеличение трофического фактора сигнализации или ликвидация эндогенных тормоза, например Pten фосфатазы10, может привести к аксональное регенерации в определенных обстоятельствах. Комбинации различных методов оказывается индивидуально эффективной обеспечивают также только ограниченное общее восстановление на сегодняшний день11,12,,1314. Таким образом есть отчаянная необходимость определить дополнительные пути для целенаправленной терапии. Помимо начала отрастания аксона ли и как аксоны повторно провод правильную цель, реформы синапса специфичность и добиться восстановления функций являются важные нерешенные вопросы.
Таким образом нынешнее понимание механизма, диктуя регенерации аксона до сих пор весьма фрагментарно. Частью проблемы является технической сложности изучения аксона регенерации в организме млекопитающих в режиме реального времени, подход, который является дорогостоящим, длительным и сложным для проведения крупномасштабных генетических экраны. Drosophila melanogaster, с другой стороны, оказалась исключительно мощные системы для изучения сложных биологических вопросов. Плодовая муха сыграла важную роль в определении генов и сигнальные пути, которые поразительно сохраняются в организме человека и была успешной моделью для изучения человека условий, таких как нейродегенеративных заболеваний, через инструменты огромной молекулярной генетики доступно для манипулирования генов функция15. В частности дрозофил считаются идеальным инструментом для обнаружения генов, участвующих в нейронных травмы и отрастания15,16. Были разработаны несколько моделей летать нейронных травмы, включая взрослых руководитель или личинок воспалении брюшины шнур (VNC) ножом с иглами, личинок VNC или раздавить нерва с щипцами, личинок нейрон лазер axotomy, удаление нейрон обонятельного рецептора, мозг эксплантов травмы, и поражения периферических нервов, крыло выходное15,17,18,19,20,21,,2223. Возбуждающе последние работы используя дрозофилы травмы модели продвинули наше понимание клеточной и генетической путей, используемых в нервной системе реагировать нейронных травмы, некоторые из которых было показано, быть сохранены в млекопитающих24 ,25. Опять же это подчеркивает полезность этой модели организма для определения новых механизмов нейронных ремонта.
Описанные здесь — это двух Фотон лазерных дрозофилы личиночной сенсорных нейронах травмы модель. Двух фотона лазерного был впервые использован для резки аксоны в zebrafish в естественных условиях в 2003 году26. В том же году первый dendriotomy лазера была исполнена в дрозофилы с помощью лазерной импульсной азота27. Вскоре после этого несколько C. elegans лаборатории используется для определения модели регенерации аксона28фемтосекундных лазеров. В 2007 году Ву и коллеги по сравнению и сообщил различия между лазерной травм в C. elegans индуцированных различные виды лазеров29. В 2010 году регенерации аксона после лазерной axotomy был впервые показан в дрозофилы30. Опираясь на эту литературу травмы обширная лазерная, мы разработали модель fly нейронных травмы с помощью двух Фотон лазер, который позволяет точно индукции травмы на целевые сайты с минимальными возмущений соседних тканей, обеспечивая относительно чистым системы для изучения внутренние и внешние свойства neuroregeneration с одной ячейкой резолюции. В частности, мы создали набор методов травмы для сенсорных нейронов дендритных арборизация (da) в обоих периферической нервной системы (ПНС) и ЦНС. Да нейроны могут быть сгруппированы в четыре различных класса, главным образом отличают их сложности разветвления дендритов: класс I до IV31. Наша опубликованные работы показывает, что да нейрон регенерации напоминает млекопитающих травмы модели на фенотипическую и молекулярном уровне: Да нейронов отображать свойства класса конкретных регенерации, с класса IV, но не класса I или III да нейронов экспонируется регенерации в ПНС; Класс IV да нейрон аксоны регенерировать надежно на периферии, но их регенеративный потенциал резко сократилось в ЦНС, таким образом, напоминающие Спинной корень нейроны ганглии (DRG) млекопитающих; повышение активности mTOR через Pten удаления или Akt гиперэкспрессия способствует регенерации аксона в лету ЦНС19. Используя эту модель травмы, мы выполняют генетических экраны и определили обработки фермент РНК Rtca как эволюционно сохранены тормозящий фактор для регенерации аксона, связывание аксона травмы клеточного стресса и изменения РНК20 .
В представленных парадигме травмы индуцируется через лазерной axotomy/dendriotomy личинок класса IV или III да нейронов, обозначены ППК CD4-tdGFP или 19-12-Gal4, бас-CD4-tdGFP, репо Gal80, соответственно. Травмы осуществляется на 2-й до 3rd instar личинок на около 48-72 ч после откладки яиц (h AEL). Для ПНС axotomy поражения предназначена для секции аксона ~ 20-50 мкм от клеток тела, для ЦНС axotomy площадью ~ 20 мкм в диаметре на стыке спайки в VNC и dendriotomy точки первичных дендритных филиала. Же нейрон отображаемого в 8-24 ч после травмы (AI), для подтверждения полного перерезка и на 48-72 ч AI для оценки регенерации. Через промежуток времени конфокальная томография, со временем может контролироваться дегенерация и регенерации отдельных аксоны/дендритов, которые были потерпевшего в естественных условиях .
1. Подготовка культуры пластин и бутылки
2. сбор личинок дрозофилы
3. два Фотон травмы и конфокальная томография
4. анализ данных
Да нейронов шоу дифференциального регенерации потенциал между периферической и центральной нервной системы, а также специфики класса. Это обеспечивает уникальные возможности для новых факторов, которые требуются для регенерации аксона (с помощью класса IV PNS травмы), а также те, которые ингибирующее для регенерации (с травмы ЦНС IV класса и класса III PNS травмы).
Регенерации аксона в ПНС
В качестве примера описан характеристика регенерации класса III и класса IV да нейронов. Эти нейроны расположены на двустороннем уровне в каждом сегменте тела. Несколько нейронов может быть ранен в же личинка; как правило 3-4 нейронов в правой части брюшной полости сегментов A7-A2. Класс III и класса IV да нейроны могут быть визуализированы на 19-12-Gal4, бла-CD4tdGFP, репо Gal80 и ППК CD4tdGFP, соответственно. Анестезировать и смонтировать 48-72 ч AEL личинки, как описано, регулируя положение личинок, так что да нейронов интерес вверх (рис. 1A и 1B). Мы обычно травмировать ddaF класса III и IV класса v'ada нейронов (Рисунок 1 c и 1E). Выполнить axotomy и восстановить личинки, как описано. Вскоре после травмы (AI) личинки будет оправились от хирургии и выставку нормального передвижения. Выживаемость здесь, как правило, составляет более 80%. Выбросите личинки, которые являются мертвыми или больными. Перемонтировать остаток, как описано и оценить дегенерации. 24 h AI дистальной аксоны должны завершить дегенерации в это время пункт19, и аксон стволовых будет легко видимой (рис. 1 d и 1F). Reimage же личинки на 48 h AI для класса IV да нейронов или 72 h AI для класса III да нейронов оценить регенерации. Мы обычно направлены на оценку по меньшей мере 20 раненых нейронов в экспериментальной условие. В WT (дикого типа) животных, тогда как обычно ~ 70% да разорвала класса IV, которую нейронов будет заново за пределами места повреждения (Рисунок 1F), класс III да нейроны не вырастить, свидетельствует рост конуса сваливания (рис. 1 d).
Дендритов регенерации
Мы обычно выполняют dendriotomy на класс IV да нейронов ddaC (рис. 2A). Как показано в схематической диаграмме, травмы пристрелно к точке первичного дендритных филиала. Основываясь на опыте, когда травму на 48 ч AEL, ~ 50% ddaC нейронов регенерировать их дендритов (рис. 2B). В оставшиеся 50% соседних дендритов вторгнуться и охватывают вакантных площадей. Кроме того потенциал регенерации этих нейронов уменьшается, если ранения на позднее стадии развития.
Регенерации аксона в ЦНС
Для VNC аксона травмы выживаемость личинок существенно варьируется и зависит от возраста, в котором индуцируется травмы. Основываясь на опыте, личинки 48-72 ч AEL обычно имеют самый высокий показатель выживания (> 60%) среди различных этапов испытания. Личинки моложе 48 h AEL плохо выжить после травмы, в то время как в тех, кто старше 72 h AEL трудно представить травмы в VNC. Кроме того, это проще вызвать травмы на задней спайки сегментов чем передней, как эти заднего сегментов VNC ближе к вентральной поверхности и таким образом более доступным лазером (Рисунок 3А).
Травмировать класса IV да аксоны нейронов в ЦНС, смонтируйте личинки как описано выше (рис. 3A). Под микроскопом найдите лестница как структура аксона расслоений, составляющих часть VNC (Рисунок 3А) и выполнить axotomy, как описано. Дегенерация подтвержденных в 8 ч AI и регенерации оцениваются в 24 и 72 h AI. Как показано на рисунке 3B, аксоны в 8 h AI уже начал вырождаться, и 24 h AI, регенерации аксона наблюдается Хотя Аксон мусора еще можно найти вокруг сайты травмы. Аксоны WT Показать ограниченное отрастания в VNC и не подключить пробелов, порожденных травмы (рис. 3B). Для количественной оценки способности регенерации раненых аксонов, волоски длиной после травмы измеряется и длину сегмента спайки (Y в рисунке 3A) используется для нормализации (рис. 3 c).

Рисунок 1: Да регенерации аксона нейрон в периферии отображает специфику класса. (A и B) Схема, рисунок, показывающий положение личинок. (C) схема, чертеж класса III да нейронов. (D) аксоны класса III да ddaF нейронов, помечены 19-12-Gal4, бас-CD4-tdGFP, репо Gal80 / +, не восстанавливаются. (E) схема, чертеж класса IV да нейронов. (F) аксоны v'ada нейронов да класса IV, помечены ППК CD4-tdGFP / +, вырастить за пределами сайта поражения. (D и F) Красная линия показывает длину аксона хотя зеленой пунктирной линией знаменует расстояние между тела клетки и аксон, сходящихся точки (DCAC). Синяя точка отмечает точку конвергенции аксон. Шкалы бар = 20 мкм. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 2: Да нейрон дендритов регенерации. (A) иллюстративный представление класса IV да нейронов. (B) иллюстративный представление дендритов регенерации в класс IV да нейрон ddaC, обозначены ППК CD4-tdGFP / +. Лазерная абляция предназначен для точку основного филиала и проводится на 48 ч AEL. На 24 h AI травмы подтверждается перерезка neurite, и на 72 h AI количественно регенерации. Дендритов нейронов ddaC демонстрируют значительные отрастания, с новой дендритных ветвями, прорастания из разъединенных ствола для мозаичного заполнения вакантных площадей. Стоит отметить, что новый терминал ветви постоянно добавляются ранен дендритов на этой стадии развития. Шкалы бар = 20 мкм. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 3: Да регенерации аксона нейрон в VNC. (A) схематический чертеж larva дрозофилы монтируется на слайде и образы под микроскопом. Класс IV да аксоны нейронов в VNC, визуализируется в ППК CD4tdGFP / + личинки. Два кандидата спайки сегменты приводятся в увеличенное изображение и схематический чертеж. Каждый из них имеет две травмы сайтов (красные круги). (B) конфокальный изображения одного потерпевшего сегмента, отображаемого на 8, 24 и 72 ч после травмы (МА). Красные линии показывают немного отрастут аксоны. (C) измерение и нормализации отрастут аксоны. Шкалы бар = 20 мкм. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Авторы не имеют ничего сообщать.
Здесь мы представляем протокол, с помощью дрозофилы сенсорного нейрона - дендритных арборизация (da) нейронных травмы модель, которая сочетает в себе в естественных условиях живут изображений, два фотона лазерного axotomy/dendriotomy и мощный летать генетических элементов, как Платформа для отбора потенциальных промоутеров и ингибиторов neuroregeneration.
Мы благодарим Джессика Гольдштейн для технической поддержки. Работа в лаборатории песня финансируется NIH Грант R00NS088211 и интеллектуальный и отклонениями в исследовательский центр (IDDRC) новой программы развития премии.
| Диэтиловый эфир, реагент ACS, безводный | Acros Organics | AC615080010 | |
| галокарбон 27 Oil | Genesee Scientific | 59-133 | |
| Фосфатный буферный раствор (PBS), 20x Концентрат, pH 7,5, поставщик # E703-1L | VWR | 97062-948 | |
| Порошок агара, Alfa Aesar, 500GM | VWR | AAA10752-36 | |
| Виноградный сок | Welch' s | ||
| Этанол 95% (Реагент Спирт 95%) | VWR | 64-17-5 | |
| Уксусная кислота | Sigma-Aldrich | A6283 | |
| Пропионовая кислота | J.T.Baker | U33007 | |
| Обложки Очки: прямоугольники | Fisher Scientific | 12-544-D | 50 мм x 22 мм |
| Zeiss LSM 880 лазерный сканирующий микроскоп | Zeiss | ||
| Программное обеспечение Zen | Zeiss | ||
| Chameleon Ultra II | Coherent |