Morfologische Analyse van de Drosophila Larvale Perifere sensorische neuron dendrieten en axonen het gebruik van genetische Mozaïeken
Summary
De dendritische arborization sensorische neuronen van de<em> Drosophila</em> Larvale perifere zenuwstelsel zijn bruikbare modellen zowel het algemene als neuron klasse-specifieke mechanismen van neuron differentiatie toe te lichten. We presenteren een praktische gids voor het genereren en analyseren van dendritische arborization neuron genetische mozaïeken.
Abstract
Ontwikkeling van het zenuwstelsel vereist de juiste specificatie van neuron positie en identiteit, gevolgd door nauwkeurige neuron class-specifieke dendritische ontwikkeling en axonale bedrading. Onlangs heeft de dendritische arborization (DA) sensorische neuronen van de Drosophila larven perifere zenuwstelsel (PNS) zijn geworden krachtige genetische modellen waarin zowel het algemene als klasse-specifieke mechanismen van neuron differentiatie toe te lichten. Er zijn vier belangrijke DA neuron klassen (I-IV) 1. Ze zijn genoemd in volgorde van toenemende complexiteit dendriet prieel, en hebben klasse-specifieke verschillen in de genetische controle van hun differentiatie 2-10. De DA sensorische systeem is een praktisch model om de moleculaire mechanismen achter de beheersing van de dendritische morfologie 11-13 te onderzoeken omdat: 1) het kan profiteren van de krachtige genetische tools beschikbaar in de fruitvlieg, 2) de DA neuron dendriet prieel spreidt zich uit in slechts twee dimensies onder een optisch cleAR larvale cuticula waardoor het gemakkelijk is om te visualiseren met een hoge resolutie in vivo, 3) de klasse-specifieke verschillen in dendritische morfologie maakt een vergelijkende analyse te vinden belangrijke elementen regelen van de vorming van eenvoudige versus sterk vertakte dendritische bomen, en 4) dendritische prieel stereotype vormen van de verschillende DA neuronen te vergemakkelijken morfometrische statistische analyses.
DA neuron activiteit wijzigt de output van een schaal voor het voortbewegen centrale patroon generator 14-16. De verschillende DA neuron klassen hebben verschillende zintuiglijke modaliteiten, en hun activering ontlokt verschillende gedragsreacties 14,16-20. Verder verschillende klassen sturen axonale projecties stereotiep in de Drosophila larven centrale zenuwstelsel in het ventrale zenuw kabel (VNC) 21. Deze projecties beëindigen met topografische voorstellingen van zowel de DA neuron sensorische modaliteit en de positie in het lichaam wand van de dendritische veld 7,22, 23. Vandaar dat onderzoek van de DA axonale projecties kunnen worden gebruikt om de mechanismen die ten grondslag liggen aan topografische kaarten 7,22,23, evenals de bedrading van een eenvoudige schakeling modulerende larvale motoriek 14-17 toe te lichten.
We presenteren hier een praktische gids voor het genereren en analyseren van genetische mozaïeken 24 markering DA neuronen via MARCM (Mosaic-analyse met een Repressible Cell Marker) 1,10,25 en Flp-out 22,26,27 technieken (samengevat in Fig. 1).
Protocol
Discussion
De Drosophila larven DA neuron model biedt een uitstekend genetisch systeem om mechanismen te onderzoeken die de controle neuron morfologie en circuit vorming. MARCM wordt meestal gebruikt voor de etikettering en voor het genereren van mutant DA neuron klonen. Voor MARCM we gebruik van zowel een pan-neurale (bijv. Gal4 C155) of DA neuron-specifieke driver. Met behulp van een pan-neuraal driver is het mogelijk om direct gebruik maken van verschillende bestanden op grote schaal beschik…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs danken RIKEN voor financiering. We danken ook Cagri Yalgin, Caroline Delandre, en Jay Parrish voor discussies over genetische en immunohistochemie protocollen.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
|---|---|---|---|
| SZX16 fluorescence dissection microscope (with GFPHQ filter) | Olympus | SZX16 | |
| Live Insect Forceps | FST | 26030-10 | |
| 26mm x 76mm depression slide glass | Toshinriko Co. | T8-R004 | |
| Sylgard 184 (or Silpot 184) | Dow Corning | 3097358-1004 | |
| Poly-L-lysine | Sigma | P-1524 | This product has proven most effective |
| DPX mounting medium | Sigma | 44581 | |
| Rabbit anti-GFP | Invitrogen | A-11122 | Dilution 1:500 |
| Rat anti-CD8 | Caltag | 5H10 | Dilution 1:200 |
| Mouse anti-CD2 | AbD serotec | MCA443R | Dilution 1:700 |
| Mouse anti-Fasciclin2 | DSHB | 1D4 | Dilution 1:10 |
References
- Grueber, W. B., Jan, L. Y., Jan, Y. N. Tiling of the Drosophila epidermis by multidendritic sensory neurons. Development. 129, 2867-2878 (2002).
- Crozatier, M., Vincent, A. Control of multidendritic neuron differentiation in Drosophila: the role of Collier. Dev Biol. 315, 232-242 (2008).
- Hattori, Y., Sugimura, K., Uemura, T. Selective expression of Knot/Collier, a transcriptional regulator of the EBF/Olf-1 family, endows the Drosophila sensory system with neuronal class-specific elaborated dendritic patterns. Genes Cells. 12, 1011-1022 (2007).
- Jinushi-Nakao, S. Knot/Collier and cut control different aspects of dendrite cytoskeleton and synergize to define final arbor shape. Neuron. 56, 963-978 (2007).
- Sugimura, K., Satoh, D., Estes, P., Crews, S., Uemura, T. Development of morphological diversity of dendrites in Drosophila by the BTB-zinc finger protein abrupt. Neuron. 43, 809-822 (2004).
- Li, W., Wang, F., Menut, L., Gao, F. B. BTB/POZ-zinc finger protein abrupt suppresses dendritic branching in a neuronal subtype-specific and dosage-dependent. 43, 823-834 (2004).
- Zlatic, M., Landgraf, M., Bate, M. Genetic specification of axonal arbors: atonal regulates robo3 to position terminal branches in the Drosophila nervous system. Neuron. 37, 41-51 (2003).
- Grueber, W. B., Ye, B., Moore, A. W., Jan, L. Y., Jan, Y. N. Dendrites of distinct classes of Drosophila sensory neurons show different capacities for homotypic repulsion. Curr Biol. 13, 618-626 (2003).
- Grueber, W. B., Jan, L. Y., Jan, Y. N. Different levels of the homeodomain protein cut regulate distinct dendrite branching patterns of Drosophila multidendritic neurons. Cell. 112, 805-818 (2003).
- Moore, A. W., Jan, L. Y., Jan, Y. N. hamlet, a binary genetic switch between single- and multiple- dendrite neuron morphology. Science. 297, 1355-1358 (2002).
- Gao, F. B., Brenman, J. E., Jan, L. Y., Jan, Y. N. Genes regulating dendritic outgrowth, branching, and routing in Drosophila. Genes Dev. 13, 2549-2561 (1999).
- Corty, M. M., Matthews, B. J., Grueber, W. B. Molecules and mechanisms of dendrite development in Drosophila. Development. 136, 1049-1061 (2009).
- Moore, A. W. Intrinsic mechanisms to define neuron class-specific dendrite arbor morphology. Cell Adh. Migr. 2, 81-82 (2008).
- Hughes, C. L., Thomas, J. B. A sensory feedback circuit coordinates muscle activity in Drosophila. Mol. Cell. Neurosci. 35, 383-396 (2007).
- Nishimura, Y. Selection of Behaviors and Segmental Coordination During Larval Locomotion Is Disrupted by Nuclear Polyglutamine Inclusions in a New Drosophila Huntington’s Disease-Like Model. J Neurogenet. 24, 194-206 (2010).
- Song, W., Onishi, M., Jan, L. Y., Jan, Y. N. Peripheral multidendritic sensory neurons are necessary for rhythmic locomotion behavior in Drosophila larvae. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 104, 5199-5204 (2007).
- Hwang, R. Y. Nociceptive neurons protect Drosophila larvae from parasitoid wasps. Curr Biol. 17, 2105-2116 (2007).
- Xiang, Y. Light-avoidance-mediating photoreceptors tile the Drosophila larval body wall. Nature. 468, 921-926 (2010).
- Cheng, L. E., Song, W., Looger, L. L., Jan, L. Y., Jan, Y. N. The role of the TRP channel NompC in Drosophila larval and adult locomotion. Neuron. 67, 373-380 (2010).
- Babcock, D. T., Landry, C., Galko, M. J. Cytokine signaling mediates UV-induced nociceptive sensitization in Drosophila larvae. Curr Biol. 19, 799-806 (2009).
- Hafer, N., Schedl, P. Dissection of Larval CNS in Drosophila Melanogaster. J. Vis. Exp. (1), e85-e85 (2006).
- Grueber, W. B. Projections of Drosophila multidendritic neurons in the central nervous system: links with peripheral dendrite morphology. Development. 134, 55-64 (2007).
- Merritt, D. J., Whitington, P. M. Central projections of sensory neurons in the Drosophila embryo correlate with sensory modality, soma position, and proneural gene function. J Neurosci. 15, 1755-1767 (1995).
- Blair, S. S. Genetic mosaic techniques for studying Drosophila development. Development. 130, 5065-5072 (2003).
- Lee, T., Luo, L. Mosaic analysis with a repressible cell marker for studies of gene function in neuronal morphogenesis. Neuron. 22, 451-461 (1999).
- Wong, A. M., Wang, J. W., Axel, R. Spatial representation of the glomerular map in the Drosophila protocerebrum. Cell. 109, 229-241 (2002).
- Shimono, K. Multidendritic sensory neurons in the adult Drosophila abdomen: origins, dendritic morphology, and segment- and age-dependent programmed cell death. Neural Dev. 4, 37-37 (2009).
- Feng, Y., Ueda, A., Wu, C. F. A modified minimal hemolymph-like solution, HL3.1, for physiological recordings at the neuromuscular junctions of normal and mutant Drosophila larvae. J Neurogenet. 18, 377-402 (2004).
- Sullivan, W., Ashburner, M., Hawley, R. S. . Drosophila Protocols. , (2000).
- Kaczynski, T. J., Gunawardena, S. Visualization of the Embryonic Nervous System in Whole-mount Drosophila Embryos. J. Vis. Exp. (46), e2150-e2150 (2010).
- Featherstone, D. E., Chen, K., Broadie, K. Harvesting and preparing Drosophila embryos for electrophysiological recording and other procedures. J Vis Exp. , (2009).
- Medina, P. M., Swick, L. L., Andersen, R., Blalock, Z., Brenman, J. E. A novel forward genetic screen for identifying mutations affecting larval neuronal dendrite development in Drosophila melanogaster. Genetics. 172, 2325-2335 (2006).
- Mirouse, V., Swick, L. L., Kazgan, N., St Johnston, D., Brenman, J. E. LKB1 and AMPK maintain epithelial cell polarity under energetic stress. J Cell Biol. 177, 387-392 (2007).
- Brent, J., Werner, K., McCabe, B. D. Drosophila Larval NMJ Immunohistochemistry. J. Vis. Exp. 25, e1108-e1108 (2009).
- Brand, A. H., Perrimon, N. Targeted gene expression as a means of altering cell fates and generating dominant phenotypes. Development. 118, 401-415 (1993).
- Sugimura, K. Distinct developmental modes and lesion-induced reactions of dendrites of two classes of Drosophila sensory neurons. J Neurosci. 23, 3752-3760 (2003).
- Zito, K., Parnas, D., Fetter, R. D., Isacoff, E. Y., Goodman, C. S. Watching a synapse grow: noninvasive confocal imaging of synaptic growth in Drosophila. Neuron. 22, 719-729 (1999).
- Landgraf, M., Sanchez-Soriano, N., Technau, G. M., Urban, J., Prokop, A. Charting the Drosophila neuropile: a strategy for the standardised characterisation of genetically amenable neurites. Dev Biol. 260, 207-225 (2003).
