Цель этой процедуры состоит в том, чтобы вскрыть спинной продольной мышцы (DLM) ткани для оценки структурной целостности DLM нервно-мышечных соединений (NMJs) в моделях нейродегенеративных заболеваний с использованием Drosophila melanogaster.
Методическая статья
Цель этой процедуры состоит в том, чтобы вскрыть спинной продольной мышцы (DLM) ткани для оценки структурной целостности DLM нервно-мышечных соединений (NMJs) в моделях нейродегенеративных заболеваний с использованием Drosophila melanogaster.
Дрозофила служит полезной моделью для оценки синаптической структуры и функции, связанной с нейродегенеративными заболеваниями. Хотя большая работа была сосредоточена на нервно-мышечных соединений (NMJs) в личинках дрозофилы, оценки синаптической целостности у взрослых Drosophila получил гораздо меньше внимания. Здесь мы предоставляем простой метод для вскрытия спинных продольных мышц (DLMs), которые необходимы для полета способности. В дополнение к полету в качестве поведенческого считывания, это вскрытие позволяет как DLM синапсов и мышечной ткани, чтобы быть податренным для структурного анализа с использованием флуоресцентно помечены антитела для синаптических маркеров или белков, представляющих интерес. Этот протокол позволяет для оценки структурной целостности синапсов у взрослых Drosophila во время старения для моделирования прогрессивной, возрастной зависимости от большинства нейродегенеративных заболеваний.
Синаптическая дисфункция является одним из самых ранних известных признаков большинства основных нейродегенеративных заболеваний1,,2,,3,,4,,5,,6. Тем не менее, очень мало известно о том, как эти структурные и функциональные нарушения относятся к более поздним стадиям прогрессирования заболевания. Drosophila зарекомендовала себя как полезная модельная система для понимания роста и развития синапса с использованием личинок NMJs7,,8,9. Тем не менее, третья личинотка instar этапе длится всего несколько дней, ограничивая их полезность в изучении прогрессивных, возрастных нейродегенерации. Альтернативой оценке личинок NMJ является изучение синаптических структур у взрослыхдрозофилы, таких как синапсы, образуюющиеся на продольных мышцах спинного мозга (DLM), которыенеобходимы для полета 10,,11,,12,,13,,14,,15,,16. Эти трехсторонние синапсы структурно организованы по аналогии с синапсамимлекопитающих 17,обеспечивая уникальное преимущество для оценки моделей нейродегенеративных заболеваний.
Здесь мы описываем простой метод для анализа структурной целостности взрослых NMJs в модели Drosophila нейродегенерации. Предыдущие методы и исследования DLM вскрытия подчеркнули важность сохранения мышечнойткани для различных применений 18,,19,,20,,21,,22,,23. Наш протокол предоставляет комплексный метод сохранения как нейронной, так и мышечной ткани для исследования нейродегенеративных заболеваний. Другим важным компонентом изучения этих заболеваний является способность понимать потерю нейронов в возрастной зависимости. Предыдущая работа обеспечивает критическое и глубокое понимание того, как DLM NMJs формируются во время метаморфозыв раннем взрослом возрасте 11,,12,,14,,15,,16,24. Наш протокол устанавливает метод, чтобы опираться на эту работу, чтобы исследовать DLM NMJs в возрастной зависимости от старения и нейродегенеративных заболеваний.
1. Поколение трансгенных мух
2. Подготовка к вскрытию
3. Изоляция и фиксация торакса
4. Вспышка замораживания и биекции грудной клетки
5. Структурное окрашивание
6. Монтаж тканей
7. Альтернатива: Окрашивание первичными антителами
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот раздел является необязательным и должен использоваться непосредственно между разделами 4 и 5 при желании.
Поколение трансгенных мух, выражаюющих человеческий tar-Binding Protein 43 kDa mutant (TDP-43M337V), представлено схемой(рисунок 1A). Это демонстрирует применение двоичной системы Gal4/UAS в Drosophila27. На иллюстрации изображен гемиторакс с шестью мышечными волокнами, A'u2012F переход от самого спинного волокна А к самому брюшной F (Рисунок 1B)11,12. Для оценки синаптической целостности, NMJs были окрашены HRP и фаллоидин(рисунок 1C'u2012E). Моторные нейроны в TDP-43M337V мутантов (Рисунок 1F) имеют практически нет HRP окрашивания на день 21, в то время как WT (Орегон-R) остается нетронутым (Рисунок 1C). Есть никаких видимых различий в окрашивание мышц(рисунок 1D,G). Изменения в валовой морфологии наблюдается в TDP-43M337V мутантов показывает, как синаптической целостности могут быть вовлечены в нейродегенеративных заболеваний модели бокового амиотрофического склероза (ALS) с помощью модели DLM взрослых. В дополнение к структурному окрашивания, окрашивание DLM NMJs может также обеспечить оценку синаптической целостности с пресинаптическими(рисунок 2A'u2012R) и после синаптических (Рисунок 2 S'u2012XS‒X) маркеров. Вместе эти результаты иллюстрируют, как этот протокол вскрытия может быть применен к изучению ткани DLM при нейродегенеративных заболеваниях.
Одним из ключевых аспектов этого вскрытия является применение жидкого азота для вспышки заморозить ткани, чтобы сделать бисекцию легче. Полезность жидкого азота продемонстрирована у мух WT с жидким азотом, где мышечная ткань не имеет повреждений или nicked волокон (рисунок 3A'u2012C).Figure 3 Без жидкого азота, ткань может быть более трудно вскрыть. Например, после этого протокола и пропуская жидкий азот флэш замораживания шаг позволяет ткани, чтобы быть более восприимчивыми к повреждению от вскрытия инструментов, таких как поврежденные нейроны (Рисунок 3D) или поврежденных мышечных волокон (Рисунок 3E). Применение жидкого азота помогает предотвратить повреждение тканей, которое может произойти при работе с тканью DLM независимо от генотипа образца(рисунок 3C и 3F).

Рисунок 1: Прогрессивная денервация DLM синапсов в модели Drosophila ALS. (A)Поколение трансгенных мух ALS, выражаюх человеческую мутантную форму Tar-Binding Protein 43 kDa (TDP-43), показано в схеме. (B)Иллюстрация изображает форму и ориентацию гемиторакса у взрослого Дрозофилы. Используя протокол, мы можем наблюдать прогрессивную потерю синаптической целостности DLM NMJ синапсов через структурное окрашивание моторных нейронов с HRP (зеленый) и мышечной ткани с фаллоидином (пурпурный). Наша модель изображает потерю синаптической целостности во взрослой модели ALS через поколение взрослых мух, выражают мутанта из человека TDP-43M337V в моторных нейронах (Рисунок 1F'u2012H) по сравнению с WT (Рисунок 1C'u2012E) летит в мышечном волокне C. Стрелки выделить примеры Синапсе WT (Рисунок 1C) и пример потери синаптической целостности. Масштабная планка 20 мкм при увеличении в 63x. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 2: Оценка синаптической целостности с помощью пресинаптических маркеров у взрослых NMJ. Синаптическая целостность также может быть оценена с помощью пресинаптических и постсинаптических маркеров в WT мух, которые 14 дней в мышечных волокон С. Пресинаптические маркеры Synapsin(B), Синтаксин(H), и Bruchpilot (BRP)(N) являются совместно окрашенные с HRP (A, G, M). Окрашивание изображает локализацию этих маркеров на пресинаптических терминалах(C, I, O). При более высоком увеличении, изображения иллюстрируют локализацию Synapsin ( E ),Синтаксин(K), и BRP(q ) с HRP (D, J, и P) более подробно(рисунок F, L, и R). Мы также показываем постсинаптический маркер Glutamate Receptor III (GluRIII) (T) совместно окрашенные с HRP (S). Совместное окрашивание демонстрирует полезность этих маркеров (U). При более высоком увеличении репрезентативные изображения иллюстрируют локализацию(X) GluRIII (W )и HRP(V) к постсинаптической мышечной ткани и пресинаптических терминалов, соответственно. Масштабная планка для панелей A'u2012C, G-I, M'u2012O, S'u2012U представляет собой 20 мкм при увеличении в 63x. Шкала бар для панелей D'u2012F, 2J-2L, 2P-2R, и 2V-2X представляют собой 10 мкм при 63x увеличении. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 3: Полезность жидкого азота для рассечений DLM. Чтобы продемонстрировать полезность жидкого азота для рассечений DLM, мы показываем сравнение 21-го дня ВТ мух с жидким азотом и без него из мышечного волокна С. С жидким азотом фаллоидин(B) остается нетронутым и не ставит под угрозу окрашивание HRP (A, C). Без жидкого азота, мышечная ткань становится тягучим и трудно раздектить (E) и HRP окрашивания (D, F) становится скомпрометирована из-за технической ошибки. Белые стрелки показывают область без повреждения мышц жидким азотом(В) и поврежденноймышечной тканью(E). Масштабная планка 20 мкм при увеличении в 63x. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Используя методы, описанные в этом протоколе, мы предоставляем простой подход для вскрытия ткани DLM и продемонстрировать, как это может быть применено для оценки синаптической целостности путем структурного окрашивания и синаптических маркеров у взрослых дрозофилы. Одним из важнейших шагов в протоколе, который делает DLM ткани легче вскрыть это вспышка замораживания с жидким азотом. Без этого шага, ткань является менее твердой и труднее сократить точно, как это наблюдается на рисунке 3. Этот протокол основывается на предыдущих методах вскрытия, позволяющих сохранить как моторные нейроны, так и мышечную ткань18,,19,,20,,21,,22,,23. Одним из ограничений этого протокола является то, что при сокращении средней линии для биекции, это может быть трудно получить два чистых preps на грудную клетку. Один из способов обеспечить по крайней мере один гамиторакс на лету, вы можете намеренно отрезать в одну сторону грудной клетки, чтобы получить один чистый подготовки. С помощью этой модификации, можно также необходимо удалить дополнительные избыточные ткани из разреза, чтобы очистить образец с лезвием выключатель. Для тех, кто нов к этому методу, с продолжением практики, точность bisection будет увеличиваться.
Описанный здесь метод позволяет исследователям легко оценить структурную целостность взрослых DLM NMJs в любое время на протяжении всей их жизни. Основным преимуществом этого протокола является возможность доступа к синаптической целостности в моделях нейродегенеративных заболеваний с помощью синаптических маркеров. Мы демонстрируем, что это приложение может помочь визуализировать изменения в валовой морфологии соструктурным окрашивание(рисунок 1C'u2012H). Кроме того, синаптической целостности могут быть оценены с окрашивание пресинаптических маркеров, включая, но не ограничиваясь Synapsin28 ( Рисунок2 A'u2012FA‒F), Синтаксин29 (Рисунок 2G'u2012L) и BRP30 (Рисунок 2 M'u2012RM‒R). Постсинаптической мышечной ткани также могут быть оценены с помощью глутамата Рецептор IIIсубъединит антитела 31 (Рисунок 2 S'u2012XS‒X), демонстрируя полезность этого протокола.
Исследователи могут также использовать этот метод вскрытия в дополнение к функциональным данным для всестороннего изучения структурной целостности синапсов, связанных с широким спектром заболеваний. Эти синапсы также позволяют для функционального анализа с помощьюэлектрофизиологических,записей 32 , 33,34 и полет анализа10. Этот протокол может также обеспечить легкий доступ к ткани для многих приложений и анализов. Будущие исследования, например, может использовать этот протокол для количественной оценки синаптических изменений путем количественной оценки плотности иколичества синапсов 15,16. Хотя протокол, описанный здесь конкретно рассматривает синаптической целостности моторных нейронов, дополнительные протоколы для оценки потери мышечных клеток также может быть выполнена с этим вскрытием с помощью TUNELокрашивания 35. Для изучения потери нейронов, вскрытие грудной ганглия36 также может быть использован с TUNEL окрашивания. Мы ожидаем, что описанное здесь вскрытие будет иметь больше применений к будущим исследованиям, оценивающих возрастные патологии, а также нейродегенеративные заболевания.
У авторов нет конфликта интересов, чтобы раскрыть.
Эта работа была поддержана Национальными институтами здравоохранения (R01 NS110727) в D.T.B.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 32% формальдегид | электронная микроскопия | науки 15714 | Сохранение тканей |
| Alexa Fluor 568 козий антимышиный | Fisher Scientific | A11031 | Метки первичных антител. Используется при концентрации 1:200. |
| Alexa Fluor 568 козий антикролик | Fisher Scientific | A11036 | Метит первичные антитела. Используется при концентрации 1:200. |
| Антитела к Брухпилоту (BRP) | Исследования развития Hybridoma Bank | NC82 | Окрашивает активные зоны в пресинаптических нейронах. Используется при концентрации 1:25. |
| антитело anti-GluRIII | Подарок от Аарона ДиАнтонио | N/A | Labels субъединицы глутаматных рецепторов. Используется при концентрации 1:1000. |
| Антитела к синапсину | Исследования развития Hybridoma Bank | 3C11 | Мечет синаптический белок синапсин. Используется при концентрации 1:50. |
| Антитела к синтаксину | Developmental Studies Hybridoma Bank | 8C3 | мечет синаптический белок синтаксин. Используется в концентрации 1:10. |
| BenchRocker | Genesee Scientific | 31-302 | Вращающиеся образцы во время окрашивания |
| Blade Breaker | Fine Science Tools | 10053-09 | Используется для удержания перьевого чехла клинка |
| Fisher Scientific | 12548A | Для крепления тканей | |
| криогенные перчатки | VWR | 97008-198 | защищают руки от жидкого азота |
| криогенным пинцетом | VWR | 82027-432 | Держите пробирку 2,0 мл в колбе Дьюара с жидким |
| мл | Thomas Scientific | 5028M54 | Держите лезвия из жидкого |
| азота Перья | Электронная микроскопия Sciences | 72002-01 | Лезвия скальпеля |
| Fine Forecps x 2 | Fine Science Tools | 11252-20 | Одна пара тонких паров для очистки средней линии грудной клетки. Другую пару можно притупить с помощью точильного камня. |
| FITC-конъюгированный анти-HRP | Jackson Laboratories | 123-545-021 | Окрашивает моторные нейроны. Используется при концентрации 1:100 |
| морозильная камера (черный) | Fisher Scientific | 14100F | Защищает образцы от легких |
| стеклянных пипеток | Пастера VWR | 14637-010 | Используется для переноса образцов |
| стеклянных предметных стекол | Fisher Scientific | 12550143 | Для монтажа тканевых |
| монтажных носителей (vectashield) защита от выцветания | VWR | 101098-042 | Монтажный носитель удерживает флуоресцентный сигнальный |
| лак для ногтей | Electron Microscopy Sciences | 72180 | Seals микроскоп предметные стекла |
| нормальной козьей сыворотки | Fisher Scientific | PCN5000 | Предотвращает неспецифическое связывание антител |
| малярная кисть | Genesee Scientific | 59-204 | Перенос мух |
| PBS | Fisher Scientific | 10-010-023 | Солевой раствор для препарирования и окрашивание |
| фаллоидином 647 | Abcam | AB176759 | окрашивание F-актина в мышечной ткани. Используется в концентрации 1:1000 |
| пластиковая чашка Петри (100 мм) | VWR | 25373-100 | Этикетки для усиления чашки для препарирования |
| W.B. Mason | AVE05722 | Обеспечивает поддержку стеклянного покровного стекла над установленным блоком заточки тканей | |
| Grainger | 1RDF5 | Сохранение тонких щипцов острыми, а также притупление отдельной | |
| пары слайд-папки | VWR | 10126-326 | Образец хранение |
| стандартные офисные ножницы | W.B. Mason | ACM40618 | Резка армирующих этикеток |
| Sylgard 184 | Электронная микроскопия Sciences | 24236-10 | Покрытие для диссекционной тарелки |
| Triton-X-100 | Электронная микроскопия Sciences | 22140 | Помогает проникать в ткани |
| Ванна Диссекционные Sissors | Fine Science Tools | 1500-00 | Уед для удаления муховых лапок и выполнения разреза на грудной клетке |