神経筋接合のアーキテクチャを維持し、成人 ショウジョウバエ 脚の運動ニューロンの詳細な免疫細胞化学的研究を可能にする解剖技術について述べています。
ショウジョウバエメラノガスター は、神経の構造と機能、および病気状態のその後の変化を研究するための遺伝的に難解なモデルを表します。よく特徴付けられる幼虫神経筋接合は、しばしばそのような研究のために使用される。しかし、急速な幼虫の発達に続いて、変態中の筋肉組織異常と神経系のリモデリングは、筋萎縮性側索硬化症で起こるような遅い加齢依存性変性変化の研究にとってこのモデルを問題にする。あるいは、成人ハエは90日間生きており、成人の脚は、キューティクルを介して インビボ 蛍光イメージングを使用して成人の寿命にわたって運動ニューロンの変化を研究するために使用することができます。ここでは、同定された成人脚運動ニューロンの神経筋接合における分子変化の研究を可能にする免疫細胞化学と組み合わせた脚解剖技術について述べている。これらの技術は、シナプス前およびシナプス後の両方の構造を標識する無数の抗体と結合することができる。これらの手順を組み合わせることで、成人ハエの年齢依存性の変化がより完全に特徴付けることができ、複数の運動ニューロン疾患モデルに適用することができます。
運動ニューロン(MN)疾患は、一次臨床表現型として筋肉の消耗および麻痺につながる進行性変性を含む異種の状態のグループを包含する。世界的な罹患率は10万人当たり4.5人とまれですが、高齢化に伴ってこの罹患率は増加すると予想されます2。筋萎縮性側索硬化症(ALS)は、最も一般的なMN疾患(MND)であり、通常、既存の疾患修飾治療がない診断の短時間で致命的である3。MNDsは、患者4で見られる初期の分子バイオマーカーの変化および機能的イメージング変化と共に、長引く前症候性相を共通に共有する。初期の前兆性細胞病理は、非ヒト疾患モデル5,6,7,8でも観察される。神経筋接合部における早期変化の研究は、MN疾患の病因を理解するために重要であり、早期診断および潜在的な治療法の開発に役立つ可能性がある。
ショウジョウバエには、神経筋接合の構造と機能を解剖するための豊富な遺伝的および分子的ツールが存在する(NMJ、よく特徴付けられた幼虫NMJのレビューについては9を参照)。これらのツールは、短い寿命と組み合わせることで、ショウジョウバエはNMJで神経変性変化を研究するための優れたモデルになります。具体的には、RNの内在成人の筋肉は、〜90日間の成人の寿命を通して存在し、正常な老化プロセス10、11、12、13の対象となります。したがって、成人のMNsは、変態14,15の前に短い〜1週間の期間だけ存在する幼虫NmJとは対照的に、遅い変性変化を研究する機会を提供する。
ここでは、成人区間のMNsの免疫細胞化学的分析を行うことを可能にする解剖手順について述べています。各成人脚は〜50 Mで内面化され、関連する脚にシナプスを付け、運動を促進する。脚の解剖学、機械的生理学、および神経生物学は、十分に記述されている16,17,18。脚Mの軸索は、以前に二部的なGal4/UASシステムを使用して、後ろに充填されたまたは遺伝的に標識された細胞集団におけるキューティクルを介してイメージングすることを特徴としており、イメージング方法は以前に公開されています19。ここで示す解剖方法は、軸索分岐形態を保存し、NMJの異なる分子成分を標識する多様な抗体を利用することを可能にする。私たちの前の研究は、脛骨浮上筋(ティルム)を内面的にし、一貫した樹木パターンとブトン数を示すメタソラシック(第3)脚の定義されたMNの投影に焦点を当てています。最初に、ショウジョウバエスーパーオキシドジスムターゼ1(dsod1)変異体の年齢依存性変化を研究し、NMJ20の解体と一致する変化を発見した。これらの解剖法は、他のALSモデル、老化および他のMN関連疾患の基礎研究のためのNMJでの遅い変性変化をより良く特徴付ける機会を提供する。
図 1.足の解剖のワークフローの概要。 詳細な手順については、プロトコルを参照してください。(A,B)ハエが選択され、麻酔されます。(C)ハエをメタノールに移し、PBSで洗浄する。(D) メタソシック脚は、解剖顕微鏡で視覚化しながらコサの基部で取り除かれます(〜30倍倍)。スケールバー= 500 μm(E)脚は、24ウェルプレートのウェル内で30分間30分間ホルムアルデヒド/PBS(FA)溶液に固定され、その後FAはPBSでのスケで除去されます。(F、G、H)脚はシリコーンエラストマーの解剖トレイに移され、キューティクルの一部は、80倍の解剖顕微鏡の下で視覚化しながら、ベベル鉗子を使用して近位大腿骨から取り除かれます。スケールバー= 50 μm(I)脚は、FAで解剖後固定され、PBSおよびPBT(PBS+0.1%非イオン性界面活性剤)で洗浄される。(J)脚は免疫細胞化学染色を行う。(K,L)脚はガラススライドに移され、取り付けメディアでクリアされ、粘土スペーサーを含むカバースリップで覆われます。スケールバー= 2 mm および 500 μm。(M)脚は共焦点顕微鏡で画像化される。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
ショウジョウバエの成人脚は、神経芽細胞系統とステレオタイプの樹型パターンからマッピングされた十分に特徴付けられたMNsを持つ相対的な単純さを与えられた神経変性を研究するのに理想的なモデルです。いくつかの報告は、以前に神経変性疾患の研究のために脚のMNsを使用しています21,22。これらの研究は、GFP発現ラインと抑制性細胞マーカー(MARCM)を有するモザイク解析と組み合わせてキューティクルを画像化し、一連の形態学的変化を文書化した。切除されたキューティクルを用いた免疫細胞化学による成人NmJのイメージングは、利用可能な抗体のツールボックスを使用して複雑な分子変化を追跡する能力を持つさらなる特徴付けを可能にする。
このプロトコルの免疫細胞化学部分は比較的標準的であり、遺伝子型とは無関係に実施することができる(ショウジョウバエで使用するための一般的な抗体染色法の優れた説明については23参照)。さらに、画像を撮影して定量分析のための詳細な方法が公開されると、蛍光強度、軸索枝長さ、およびブットン数およびサイズなどのパラメータを、さまざまな ImageJ マクロを使用して決定することができます(例えば、24,25,26 を参照)。したがって、解剖技術はここで説明する主な革新である。解剖する前に、ハエは、カチカチカル炭化水素を取り除くためにアルコールに沈んでいます。エタノールとメタノールの両方がこの目的のために一般的に使用されます。しかし、メタノールしか使用していません。解剖の成功に重要ないくつかの要因があります:まず、ベベルを持つ修正された鉗子を使用すると、キューティクルとの非常に表面的な接触が可能になります。第二に、キューティクルの表面がはっきりと見えるように60〜100倍の総拡大が可能な解剖顕微鏡を用いた。最大倍率の低い顕微鏡では、ほとんどの一般的なブランドで2倍の目標が利用可能であり、既存のレンズと組み合わせると十分です。第三に、最初の固定ステップは、キューティクルを脆くし、下の筋肉を損傷することなく引き離しやすくします。このステップでの過剰固定は、脚全体が効果的な解剖のために硬すぎます。したがって、最初の固定は 30 分に制限する必要があります。ホルムアルデヒド固定剤は、この短い期間の間に効果的に下の組織を架橋するのに十分に浸透しないため、第2の固定ステップが必要である。2回目の固定化の前に、組織は劣化や形態の変化を防ぐために氷の上に保管する必要があります。第四に、寒さも重要である一方でサンプルを解剖することが判明しましたが、キューティクルが脆く、小さな部分をより簡単に取り除くことができるという同様の理由で、可能性が高いです。
練習では、約50%の切分が目に見える組織損傷の中で使用できることがわかります。この割合は他のいくつかの組織に比べて低く見えるかもしれませんが、解剖手順は迅速であり、多くの脚は30〜60分で処理することができます。したがって、最初は成功率が低い場合でも、実験グループごとに4~5の良好なサンプルを得ることが可能です。しかし、遺伝子型や年齢が実質的な致死性をもたらす場合、制限は、任意の時点で利用可能なハエの数である可能性があります。
もう一つの制限は、大腿骨の近位領域を越えて脚の他の領域を大きさのために解剖することができないということです。このように、TILMを確実に内面化するMNアーバーを同定し、解剖時の脚の向き方に小さな変化を伴う脛骨うつ筋の上のキューティクルを解剖することが可能である。しかし、脚の他の領域へのアクセスは、解剖中に軸索アーキテクチャを破壊することなく、より困難であることが判明しました。
ここでは、免疫細胞化学を用いてチルムを内面化する定義されたMNsに対する成人NMJでの変化を検出するための解剖方法を提示する。脚は、わずか〜50のMNsによってインナートされ、よく説明された解剖学を持つ14の筋肉を含む、単純なシステムとして有用です。解剖された脚の調製物は遺伝子型をまたいで使用することができ、一連の抗体は変異型の背景にレポーター遺伝子構築物の遺伝子型的に複雑なストックを構築する必要なしにNMJの視覚化のために利用できる。このアプローチにより、MN疾患やその他の加齢に伴う疾患に対するNMJの変化をより詳細に特徴付けられるようになります。
The authors have nothing to disclose.
私たちは、イメージングに関するアドバイスのためにエリック・ロバーツに感謝します。また、ロードアイランド大学の情報技術サービス、特にマイケル・ケインとジェイク・ダグラスのビデオ撮影に感謝したいと思います。モノクローナル抗体抗体は、UCバークレーとユニバーシテブリニキム・ヴュルツブルクによってそれぞれ開発され、NIHのNICHDによって作成され、アイオワ大学生物学部で維持された発達研究ハイブリドーマ銀行から取得されました。ここで報告された研究は、ロードアイランド州の制度開発賞(IDeA)生物医学研究ネットワーク、国立衛生研究所の一般医学研究所の助成番号[P20GM103430]によって完全に支持されました。
10x Phosphate Buffered Saline | Fisher Scientific | BP3991 | |
24 well plates | Corning | 3473 | Hydrophobic, ultra-low attachment surface |
2x objective accessory | Olympus | 110AL2X | Screw-on attachment |
Anti-ATP5A primary antibody | Abcam | ab14748 | Mouse monoclonal |
Anti-bruchpilot primary antibody | Developmental Studies Hybridoma Bank | nc82 | Mouse monoclonal |
Anti-discs large primary antibody | Developmental Studies Hybridoma Bank | 4F3 | Mouse monoclonal |
Anti-hrp primary antibody | Jackson Immuno Research | 123-605-021 | Alexa Fluor 647 conjugated polyclonal |
Anti-polyubiquitin (FK2) primary antibody | Millipore Sigma | 04-263 | Mouse monoclonal |
Confocal Microscope | Olympus | FV1000 | Objectives (NA): 10x (0.4), 20x (0.85), 40x (1.20), 60x (1.42), 100x (1.40) |
Coverslips | Corning | 285022 | 160-190 mm thickness |
Dissecting forceps | Fine Science Tools | 11252-00 | Dumont #5SF |
Dissecting Microscope | Olympus | SZ61 | |
Formaldehyde | Fisher Scientific | BP531-500 | 37% stock stabilized with methanol |
Goat anti-mouse secondary antibody | Jackson Immuno Research | 115-545-146 | Alexa Fluor 488 conjugated |
Goat Serum | Novus Biologicals | NB036768 | 0.2 mm filtered |
Laboratory sealing tape | Fisher Scientific | 03-448-254 | Parafilm M |
Methanol | Fisher Scientific | A413 | |
Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-550-123 | 76mm x 25mm |
Mounting media | Molecular Probes | S36972 | Slowfade Diamond mounting media |
Nonionic surfactant | Acros Organics | 215680010 | Triton-X 100 |
Nutator | Fisher Scientific | S06622 | |
Phalloidin | Invitrogen | A34055 | Alexa Fluor 555- conjugated |
Sharpening stone | Fine Science Tools | 29008-01 | |
Silicone elastomer | Electron Microscopy Sciences | 2423610 | Sylgard 184 |