Bu protokol, epilepsi tedavisi için benzersiz nöbet önleyici bileşikleri tanımlamak için Drosophila larvalarının kullanımını detaylandırır.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Bu protokol, epilepsi tedavisi için benzersiz nöbet önleyici bileşikleri tanımlamak için Drosophila larvalarının kullanımını detaylandırır.
Epilepsi, ilaca dirençli çok sayıda birey tarafından daha da kötüleşen önemli bir sağlık yükü sunar. Bazı ilaca dirençli hastalar ilaç dışı tedavilere (örneğin, vagal sinir stimülasyonu, ketojenik diyet, vb.) yanıt verirken, birçokları için son çare, nöbetlerden kurtulmak için zorlu ve pahalı cerrahidir. Genel olarak daha geniş bir hedef yelpazesine sahip nöbet önleyici ilaçların gerekli olduğu kabul edilmekle birlikte, bunu başarmanın önündeki engel yeni ilaç hedeflerinin belirlenmesidir. Genetik olarak izlenebilir model hayvanlar bu konuda umut vaat ediyor. Meyve sineği, Drosophila melanogaster, nöbetlerin mekanik temelini ve daha iyi tedavilerini araştırmak için güçlü bir model haline geldi. Tanımlanan birçok sinek mutasyonu, larvaların ve yetişkinlerin güçlü stimülasyona (elektriksel, mekanik ve/veya termal) yanıt olarak nöbet benzeri aktivite sergilemesine neden olur. Bu mutasyonların çoğu, insan genetik epilepsilerine katkıda bulunanlara homolog genlerdedir (örneğin, voltaj kapılı Na+ kanalı). Artık bir sinek genini, ek olarak hastalıkla ilgili bir mutasyon taşıyan insan eşdeğeri ile değiştirmek de mümkündür. Böylece, mütevazı sinek, insan hastalığını modellemek için bir avatar haline geldi. Bu çalışma, nöbet önleme potansiyeline sahip benzersiz bileşikleri ve hedeflerini belirlemek için düşük ila orta verimli ilaç taramaları için Drosophila larvalarını kullanmak için uygun bir yöntemi açıklamaktadır.
Epilepsi, dünya çapında nüfusun yaklaşık% 1'ini etkileyen önemli bir sağlık yükü olmaya devam etmektedir. Şu anda klinik tedavi için 30'dan fazla nöbet önleyici ilaç (ASM) mevcut olsa da, epilepsili kişilerin yaklaşık üçte biri ilaca dirençli kalmaktadır, bu da ilaç tedavisine iyi yanıt vermedikleri anlamına gelmektedir 1,2. Mevcut ilaçlar da sadece palyatiftir ve bu nedenle epileptogenezi önlemez veya bir tedavi sağlamaz3. Bu nedenle, daha iyi epilepsi tedavilerini tanımlamak için kritik bir ihtiyaç vardır. Daha etkili tedavilerin geliştirilmesinin önündeki engellerden biri, yeni ilaç hedeflerinin belirlenmesidir. Gerçekten de, hemen hemen tüm mevcut ASM'ler benzer hedefleri etkiler: voltaj kapılı sodyum kanalı (Nav) dahil olmak üzere iyon kanalları ve γ-aminobütirik asidin (GABA) aracılık ettiği inhibitör nörotransmisyon4,5. Geleneksel ilaç geliştirme yöntemlerinin sürekli kullanımının bu senaryoyu kökten değiştirme ihtimalinin düşük olduğu genel olarak kabul edilmektedir.
Meyve sineği Drosophila melanogaster ve zebra balığı Danio rerio dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere laboratuvar model hayvanları, yeni ASM'lerin tanımlanması için fayda sağlar 6,7,8. Gerçekten de, 'Drosophila + nöbet' için bir PubMed araması 342 sonuç döndürürken, zebra balığı için aynı arama 578 sonuç döndürür (her iki arama da 29Ocak 2025'te yapılmıştır). Farelerde yapılan benzer çalışmaların sayısı (~ 15.000) ile cüce olsa da, model sistemleri kullanan çalışmaların sayısı artmaya devam ediyor. Bu çalışmalar, filum boyunca CNS fonksiyonunun mekanik olarak korunması nedeniyle mümkündür. Ayrıca, sineklerde ve balıklarda indüklenen nöbetler, klinik olarak kullanılan ASM'lerle etkili bir şekilde tedavi edilir, bu da nöbet davranışının nüanslarının dışa doğru farklı görünmesine rağmen, altta yatan mekanizmaların çok ortak noktası olduğunu gösterir 7,9,10.
Meyve sineği, Drosophila, insan biyolojisini anlamak için birçok ufuk açıcı katkı yaptı. Epilepsi ile ilgili olarak, bu model sistem, tanımlanabilir ve deneysel olarak erişilebilir nöronlarla birleştirilmiş benzersiz bir genetik araç kutusu sağlar7. Ayrıca, hem larva hem de yetişkin CNS için konektomlar şimdi yayınlanmış ve çok sayıda hücreye özgü genetik sürücü hattı tanımlanmıştır11,12. Önemli bir şekilde, yetişkin sineklerin güçlü mekanik stimülasyona duruş kaybı ve nöbet benzeri aktivite (örneğin, kanat uğultusu, bacak sallama, vb.) ile yanıt verdiği bir mutasyon sınıfı tesadüfen tanımlanmıştır. Bu mutasyon sınıfı 'patlamaya duyarlı' olarak adlandırılmıştır13,14,15,16. O zamandan beri, artan sıcaklığa yanıt veren ve insan ateşli nöbetlerini yansıtan ikinci bir nöbet mutasyonu sınıfı tanımlanmıştır17,18. Bununla birlikte, yetişkin sineklerin deneysel izlenebilirliği, aynı böcek modelinin larva aşamasına kıyasla biraz azalmıştır. Örneğin, yetişkin sinekleri ilaçla beslemek zor olabilir ve elektrofizyoloji ve optogenetik gibi daha invaziv teknikler daha zor olabilir. Buna karşılık, Drosophila larvası, pupa oluşumunu sağlamak için vücut hacmini sadece 5 günde ~ 100 kat genişletmek için sürekli olarak yer. Bu nedenle, larva aşamalarında yeterli ilaçla beslenmeden emin olabiliriz. Embriyogenez iyi belgelenmiştir ve doğru bir şekilde sahnelenebilir ve sırayla, nöronal elektriksel özelliklerin ilk edinimi de dahil olmak üzere CNS gelişiminde devre oluşumuna kadar önemli kilometre taşlarını belirlemiştir19. Yumurtadan çıktıktan sonra, bir larva 5. günde 'dolaşmaya' başlayana kadar 3 tüy dökümünden (veya instar) geçer ve bunun üzerine pupa olmak için güvenli bir yer bulmak için yiyeceği terk eder. ~ 100 saatlik pupa sonrasında, yetişkin bir sinek yeni bir vücut ve CNS ile ortaya çıkar (Şekil 1).
Yetişkinlerde nöbet indükleme teknikleri larva aşamaları için pek uygun değildir. Larvalar, mekanik stimülasyon sırasında senkronize aktivasyonu nöbete yol açabilen duyusal kıllardan yoksundur. Bu nedenle, bu zorlukların üstesinden gelmek için, dolaşan larva aşamasında nöbetleri indüklemek için bir elektroşok tekniği geliştirilmiştir. Hem larvalar hem de yetişkinler arasında nöbet indüksiyon tekniklerinin müteakip karşılaştırmalı analizi, larva elektroşokunun mutasyon tipine çok daha az bağımlı olduğunu ortaya koymaktadır (örneğin, patlamaya duyarlı ve sıcaklık). Bu nedenle, optimal nöbet indüksiyon yönteminin bilinmediği durumlarda yeni mutasyonları test etmek için bu tekniğin tercih edilen yöntem olması gerektiğini öneriyoruz20. Larva elektroşok tekniği basit, hızlıdır ve minimum ekipman gerektirir. Bu teknik, insan epilepsisinin genetik çeşitliliğini yansıtan bir dizi mutasyon boyunca nöbet önleyici etkinlik için yeni bileşikleri veya genetik tedavileri taramak için etkili bir araç sağlar.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu çalışmada meyve sineği, Drosophila melanogaster kullanılmıştır (ayrıntılar için Sonuçlar bölümüne bakınız). Bu teknik, dolaşan üçüncü instar larvaları (L3) için en uygun olanıdır. Deneysel protokol nispeten basittir ancak mükemmelleştirmek için pratik gerektirir. Deneyimlerimize göre, yeni öğrencilerin tahlilde ustalaşmak için yaklaşık 2 haftaya ihtiyacı var ve diğer, daha deneyimli araştırmacıların kamera özellikli bir diseksiyon mikroskobu veya benzeri bir şey kullanarak testi gerçek zamanlı olarak gerçekleştirmelerini izlemekten büyük ölçüde faydalanıyorlar. Bu çalışmada kullanılan reaktifler ve ekipmanlar Malzeme Tablosunda listelenmiştir.
1. Larva seçimi
2. Elektroşok prosedürü
3. Elektroşok probu konstrüksiyonu
4. Prob kalibrasyonu
5. Deneylerin yürütülmesi
6. Uyuşturucu taraması
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Çok sayıda Drosophila mutasyonu, gelişmiş nöbet benzeri davranış sergiler 7,20. Bu mutasyonların genetik temeli çeşitlidir ve bu da insan epilepsisinin benzer şekilde çeşitli genetik nedenlerini olumlu bir şekilde taklit eder. En çok çalışılan Drosophila mutasyonlarından üçü parabangsenseless (parabss), julius nöbeti (jus) ve kolayca şoklanır (eas). Parabss
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Drosophila larvalarında nöbeti indüklemek için elektroşok yöntemi, yeni nöbet önleyici bileşikleri veya genetik manipülasyonları tanımlamak için basit ama etkili bir ekran sağlar. Bununla birlikte, bu kalitatif bir test olduğundan, ana sınırlaması, yöntemin küçük etki boyutlarını kolayca tanımlayamamasıdır. Bununla birlikte, araştırmacı başına haftada ~ 5 bileşiği taramak için kendini ödünç veren orta verim, çok güçlü bir bütün hayvan tahlili sağlar. Tekniğin basitliği, lisans d...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarlar hiçbir rekabet çıkarı beyan etmezler.
Bu tekniği uzun yıllar boyunca ortaklaşa geliştiren birçok Baines laboratuvar personeline ve özellikle bu tekniği sağlam ve güvenilir hale getirmek için büyük çaba sarf eden Richard Marley'e teşekkür ederiz. Şekil 2'de gösterilen larvaları çizdiği için Anna Munro'ya teşekkür ederiz. Bu tekniğin geliştirilmesine katkıda bulunan Baines laboratuvarındaki çalışmalar, BBSRC, MRC ve Wellcome Trust tarafından cömertçe desteklenmiştir. Bu çalışma şu anda Wellcome Trust araştırmacı ödülünden R.A.B.'ye (Grant 217099/Z/19/Z) sağlanan finansmanla desteklenmektedir. Bu tekniğin geliştirilmesi, Üniversite ve Wellcome Trust'tan (Hibe 087742/Z/08/Z) sağlanan fonlarla kurulan Manchester Fly Tesisi'nden de yararlandı.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Elektrot tutucu | World Precision Instruments | M3301 Serisi | |
| Cam kılcal damarlar | Harvard Enstrümanları | GC100F-10 Serisi | |
| Tungsten tel (%99,95) | Goodfellow Cambridge, Birleşik Krallık | 0,1 mm çap | |
| Gerilim stimülatörü | Digitimer Ltd, Birleşik Krallık | DS2A mkII | Sabit Voltaj İzole Stimülatör |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.