Burada, Drosophila juvenil beynindeki anten lobu sinaptik glomerüllerinin koku alma deneyimine bağlı yeniden şekillenmesini indükleme ve analiz etme yöntemlerini açıklıyoruz.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
* These authors contributed equally
Burada, Drosophila juvenil beynindeki anten lobu sinaptik glomerüllerinin koku alma deneyimine bağlı yeniden şekillenmesini indükleme ve analiz etme yöntemlerini açıklıyoruz.
Erken yaşam koku alma duyusal deneyimi, Drosophila çocuk beyninde, deneyimsel olarak doza bağımlı, zamansal olarak kısıtlı ve yalnızca kısa, iyi tanımlanmış bir kritik dönemde geçici olarak geri dönüşümlü olan dramatik sinaptik glomerül yeniden şekillenmesine neden olur. Beyin devresi sinaptik bağlantı yeniden şekillenmesinin yönlülüğü, koku alma duyu nöronlarının yanıt veren reseptör sınıfına etki eden spesifik koku verici tarafından belirlenir. Genel olarak, her nöron sınıfı sadece tek bir koku reseptörünü eksprese eder ve tek bir koku alma sinaptik glomerulusunu innerve eder. Drosophila genetik modelinde, koku alma glomerüllerinin tam dizisi, koku verici duyarlılığı ve davranışsal çıktı ile tam olarak haritalanmıştır. Etil bütirat (EB) koku verici, VM7 glomerulusunu innerve eden Or42a reseptör nöronlarını aktive eder. Erken yaşam kritik döneminde, EB deneyimi, Or42a koku alma duyu nöronlarında doza bağlı sinaps eliminasyonunu yönlendirir. Dozlanmış EB koku maruziyetinin zamanlanmış periyotları, çocuk beyninde deneyime bağlı devre bağlantı budamasının araştırılmasına izin verir. Anten lob sinaptik glomerüllerinin konfokal mikroskopi görüntülemesi, sinaps sayısı ve innervasyon hacminin ölçülmesini sağlayan Or42a reseptörü güdümlü transgenik belirteçlerle yapılır. Gelişmiş Drosophila genetik araç seti, beyin devresinin yeniden şekillenmesine aracılık eden hücresel ve moleküler mekanizmaların sistematik olarak incelenmesini sağlar.
Erken yaşamda genç beyin devrelerinin yeniden şekillenmesi, bir hayvanın doğduğu oldukça değişken, öngörülemeyen ortama uyacak şekilde büyük ölçekli sinaptik bağlantı değişiklikleri için son şansı temsil eder. En bol bulunan hayvan grubu olan böcekler, bu evrimsel olarak korunmuş, temel kritik dönem yeniden şekillenme mekanizmasını paylaşırlar1. Kritik dönemler, duyusal girdinin başlamasıyla açılır, bağlantıyı optimize etmek için tersine çevrilebilir devre değişiklikleri sergiler ve ardından stabilizasyon kuvvetleri daha fazla yeniden şekillenmeye direndiğinde kapanır2. Böcekler özellikle koku alma duyusal bilgisine bağımlıdır ve iyi tanımlanmış bir koku alma kritik periyodu gösterir. Drosophila, çocuk beynindeki bu deneyime bağlı kritik dönemi araştırmak için mükemmel bir genetik model sunar. Eklosyonu takip eden ilk birkaç gün boyunca koku deneyimi, bireysel olarak tanımlanan sinaptik glomerüllerde çarpıcı devre bağlantı değişikliklerine neden olur 3,4. Yeniden şekillenme yönü, spesifik giriş koku verici deneyimine bağlıdır. Bazı koku vericiler, eklosiyon sonrası (dpe)3,5,6,7 sonrası birkaç gün boyunca sinaptik glomerulus hacminde bir artışa neden olurken, diğer koku vericiler 0-2 dpe kritik dönemde sinapsların hızlı bir şekilde elimine edilmesine neden olarak innervasyon hacminin azalmasına neden olur 8,9,10. Spesifik olarak, etil bütirat (EB) koku verici deneyimi, Or42a koku alma reseptörü nöronlarının doza bağlı sinaptik budamasını yalnızca bu erken yaşam kritik döneminde8 yönlendirir. Sinaps eliminasyonu, kritik periyot içinde EB koku girdisini modüle ederek tamamen geri dönüşümlüdür, ancak kritik periyodun kapanmasını takiben kalıcı hale gelir. Bu koku alma deneyimine bağlı sinaptik budama, genç beyin devresinin yeniden şekillenmesinin altında yatan zamansal olarak kısıtlı mekanizmaları aydınlatmak için değerli bir deneysel sistem sağlar.
Burada, erken yaşam kritik döneminde Or42a reseptörü koku alma duyu nöronlarının EB deneyimine bağlı sinaptik budamasını indüklemek ve analiz etmek için kullanılan ayrıntılı bir protokol sunuyoruz. Anten lob VM7 glomerulusundaki Or42a sinaptik terminallerinin, doğrudan Or42a promotörüne (Or42a-mCD8::GFP)11 kaynaşmış veya Gal4/UAS ikili ifade sistemi (Or42a-Gal4 kullanan UAS-mCD8::GFP)12 kullanılarak, membrana bağlı bir mCD8::GFP işaretleyicisinin transgenik olarak sürülmesiyle spesifik olarak etiketlenebileceğini gösteriyoruz. Bireysel Or42a nöron sinapsları, bir dizi floresan etikete (örneğin, Bruchpilot::RFP)8 kaynaşmış presinaptik aktif bölge belirteçlerinin hedeflenmiş transgenik ekspresyonu veya ultrastrüktürel sinaps analizleri için elektron yoğun bir sinyal (örneğin, miniSOG-mCherry)8 kullanılarak benzer şekilde etiketlenebilir. OR42a sinaptik terminalleri, lazer taramalı konfokal mikroskopi ve transmisyon elektron mikroskobunun bir kombinasyonu ile görüntülenebilir. Or42a sinaptik glomerül budamasının EB dozuna bağımlı olduğunu ve zamanlanmış koku verici deneyiminin konsantrasyonuna ölçeklendiğini gösteriyoruz. Bir araç olarak kullanılan mineral yağda çözünen EB koku maddesinin yüzdesi, gelişimsel olarak evrelenmiş hayvanlarda koku maddesine maruz kalmanın zamanlanmış süresi gibi değişebilir. Son olarak, VM7 innervasyon floresan yoğunluğunu ve hacmini ölçerek sinaptik glomerül budamasının kapsamını analiz etmek için kullanılan yöntemleri gösteriyoruz. Sinaps sayısı ayrıca etiketli sinaptik punkta sayılarak ve transmisyon elektron mikroskobu8 kullanılarak sinaptik yapı parametreleri ölçülerek de ölçülebilir. Genel olarak, burada gösterilen protokol, genç kritik bir dönemde Drosophila koku alma devresi sinaptik bağlantı budamasına aracılık eden hem hücresel hem de moleküler mekanizmaların sistematik olarak diseksiyonunu sağlayan güçlü bir yaklaşımdır. Bu çalışmada açıklanan genel koku maruziyeti kurulumu, diğer kokular kullanılarak ve diğer glomerüller 3,7 kullanılarak önceki çalışmalarda kullanılmıştır.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
1. Koku maruziyeti
2. Beyin diseksiyonu
3. Beyin immünositokimyası
4. Konfokal görüntüleme
5. Sinaptik ölçümler
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Şekil 1 , koku alma deneyimine bağlı kritik dönem, koku verici maruziyeti ve beyin görüntüleme yöntemleri için iş akışını göstermektedir. Protokol, eklosiyondan hemen önce fazat koyu pupaların yaş eşleştirmesi ile başlar (Şekil 1A). Pupalar 4 saat boyunca koku verici odalara yerleştirilir ve daha sonra yeni kapatılmış yetişkinler ya araç kontrolünde ya da dozlanmış EB koku verici odalarında taze şişelere dönüştürülür (Şekil 1B). Kok...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Burada sunulan koku verici maruziyeti ve beyin görüntüleme protokolü, erken yaşamda kritik bir dönemde deneyime bağlı koku alma duyusal nöron sinaptik glomerül budamasını güvenilir bir şekilde indüklemek ve ölçmek için kullanılabilir. Koku alma devresinin yeniden şekillenmesini araştırmak için bu tedavi paradigmasını kullanan daha önceki çalışmalar, eklosiyondan 2. gün sonra koku maruziyetinebaşladı 3,4,5
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarlar hiçbir rekabet çıkarı beyan etmezler.
Diğer Broadie Lab üyelerine değerli katkıları için teşekkür ederiz. Figürler BioRender.com kullanılarak oluşturulmuştur. Bu çalışma, Ulusal Sağlık Enstitüsü hibeleri MH084989 ve K.B.'ye NS131557 desteklenmiştir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Kokuya Maruz Kalma İçin | |||
| Drosophila flakonlar | Genesee Scientific | 32-110 | |
| Etil bütirat | Sigma Aldrich | E15701 | |
| Mikrosantrifüj tüpleri | Fisher Bilimsel | 05-408-129 | |
| Mineral yağ | Sigma Aldrich | M3516 | |
| Koku odaları | Glasslock | ||
| Boya fırçaları | Winsor & Newton | Serisi 233 | |
| Parafilm | Thermofisher | S37440 | |
| Hasır | Scienceware | 378460000 | |
| Beyin Diseksiyonu | |||
| Etanol, 190 kanıt | Decon Labs | 2801 | %70'e Seyreltilmiş |
| Forseps | Güzel Bilim Araçları | 11251-30 | Dumont # 5 |
| Paraformaldehit | Elektron Mikroskobu Bilimleri | 157-8 | %4'e seyreltilmiş |
| Petri kapları | Fisher Scientific | 08-757-100B | |
| Fosfat tamponlu salin | Thermo Fisher Scientific | 70011-044 | 1x |
| Sucrose | Fisher Scientific'e | BP220-1 | |
| Sylgard Elektron | Mikroskobu Bilimleri | 24236-10 | |
| Triton-X 100 | Fisher Scientific | BP151-100 | |
| Beyin İmmünositokimyası< / güçlü > | |||
| 488 keçi anti-tavuk | Invitrogen | A11039 | |
| 546 keçi anti-sıçan | Invitrogen | A11081 | |
| Sığır serum albümini | Sigma Aldrich | A9647 | |
| Tavuk anti-GFP | Abcam | 13970 | |
| Lameller | Avantor | 48366-067 | 25 x 25 mm |
| Çift taraflı bant | Scotch | 34-8724-5228-8 | |
| Fluoromount-G | Elektron Mikroskobu Bilimleri | 17984-25 | |
| Mikroskop slaytları | Fisher Scientific | 12-544-2 | 75 x 25 mm |
| Oje | Sally Hansen | 109 | Xtreme Aşınma, Görünmez |
| Normal keçi serumu | Sigma Aldrich | G9023 | |
| Sıçan anti-CadN | Gelişimsel Çalışmalar Hibridoma Bankası | AB_528121 | |
| Konfokal/Analiz | |||
| Herhangi bir bilgisayar/dizüstü bilgisayar | |||
| Konfokal mikroskop | Carl Zeiss | Zeiss 510 META | |
| Fiji yazılımı | Fiji | Sürüm 2.14.0/1.54f |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.