За последние десятилетия рыбка данио(Danio rerio)эволюционировала как один из самых популярных модельных организмов позвоночных для эмбриональных и личиночных исследований развития. Большая плодовитость самок рыбок данио в сочетании с быстрым ex utero развитием эмбриона и его прозрачностью на ранних эмбриональных стадиях развития являются лишь несколькими ключевыми факторами, которые делают рыбок данио мощным модельным организмом для решения вопросов развития1. Достижения в области молекулярно-генетических технологий в сочетании с исследованиями изображений in vivo с высоким разрешением позволили обратиться к клеточным биологическим механизмам, лежащим в основе процессов развития2. В частности, в области дифференцировки нейронов, физиологии, связности и функции рыбки данио пролили свет на взаимодействие молекулярной динамики, функций мозга и поведения организма в беспрецедентных деталях.
Тем не менее, большинство из этих исследований ограничены эмбриональной и ранней личиночной стадиями в течение первой недели развития, поскольку прозрачность ткани нервной системы постепенно теряется. На этих этапах ткани мозга не доступ к микроскопии высокого разрешения, которые защищаются дифференцировка черепа и пигментацией3.
Поэтому ключевые вопросы дифференцировки нейронов, созревания и пластичности, такие как уточнение нейронной связности или синаптическое масштабирование, трудно изучать. Эти клеточные процессы важны для того, чтобы определить клеточные механизмы, управляющие, например, социальным поведением, принятием решений или поведением, основанным на мотивации, областями, в которые исследования рыбок данио на личинках в возрасте нескольких недель недавно внесли ключевые выводы, основанные на поведенческих исследованиях4.
Фармакологические подходы к ингибированию пигментации у личинок рыбок данио в течение нескольких недель едва осуществимы или могут даже вызвать пагубные последствия5,6,7,8. Двойные или тройные мутантные штаммы со специфическими дефектами пигментации, такие как каспер9 или кристалл10,стали чрезвычайно ценными инструментами, но трудоемки в разведении, дают мало потомства и представляют опасность накопления генетических пороков развития из-за чрезмерного инбридинга.
Здесь предусмотрена минимально инвазивная процедура в качестве альтернативы, которая применима к любому штамму рыбок данио. Эта процедура была адаптирована из электрофизиологических исследований для регистрации активности нейронов у живых и бодрствующий личинок рыбок данио. При телеостах кожа и мягкий хрящ черепа могут быть аккуратно удалены путем микроочистки этих слоев, поскольку они не плотно переплетаются с сосудистой оболочкой головного мозга. Это позволяет подвергать воздействию ткани мозга, содержащей нейроны и аксональные тракты, без повреждений и регистрировать морфологию нейронов, включая синаптические структуры и их молекулярное содержимое, которые, в свою очередь, включают наблюдение физиологических изменений, таких как переходные процессы Ca2 + или внутриклеточные транспортные события в течение нескольких часов. Более того, помимо описательных характеристик, прямой доступ к мозговой ткани позволяет исследовать зрелые нейронные функции с помощью введения нейрофармакологических веществ и оптогенетических подходов. Таким образом, истинные структурные функциональные отношения могут быть выявлены в мозге ювенильных рыбок данио, используя эту стратегию воздействия на мозг.