우리는 신경 근육 접합의 건축을 보존하고 성인 Drosophila 다리에 있는 운동 신경의 상세한 면역 세포화학 연구 를 가능하게 하는 해부 기술을 기술합니다.
Drosophila 멜라노가스터 는 신경 구조와 기능을 연구하는 유전적 인 학문 모델을 나타내며 질병 상태의 후속 변화. 잘 특징의 애벌레 신경 근육 접합은 종종 이러한 연구에 사용됩니다. 그러나, 급속한 애벌레 발달은 근위축성 측삭 경화증에서 생기는 것과 같이 느린 나이 의존적인 퇴행성 변경의 연구 결과에 대한 이 모형을 문제적으로 만드는 변성 도중 근육 조직분해 및 신경계 리모델링에 선행합니다. 또는 성인 파리는 90일 동안 살며 성인 다리는 성기 의 수명 동안 운동 신경 변화를 연구하는 데 사용할 수 있으며, 이는 큐티클을 통해 생체 내 형광화상 영상을 사용하여 사용된다. 여기에서, 우리는 확인된 성인 다리 운동 신경세포의 신경 근육 접합에 분자 변경의 연구를 허용하는 면역 세포화학과 결합된 다리 해부 기술을 기술합니다. 이러한 기술은 시냅스 전 및 시냅스 후 구조를 모두 라벨링하는 무수한 항체와 결합될 수 있다. 이러한 절차는 성인 파리의 느린 연령 의존 적 변화의 보다 완전한 특성을 허용하고 여러 운동 신경 질환 모델에 걸쳐 적용 될 수있다.
운동 뉴런(MN) 질환은 1차 임상 표현형으로서 근육 낭비및 마비로 이어지는 점진적 변성을 포함하는 이종성 질환의 그룹을 포함한다. 100,000당 4.5의 글로벌 보급으로 드물지만, 이 보급은 고령화 인구2와 함께 증가할 것으로 예상됩니다. 근위축성 측삭 경화증 (ALS)은 가장 흔한 MN 질병 (MND)이며 기존의 질병 수정 치료없이 진단의 짧은 시간 이내에 일반적으로 치명적입니다3. MNDs는 환자에서 볼 수있는 초기 분자 바이오 마커 변경 및 기능적 이미징 변화와 함께 장기간 전증상 단계를 공유합니다4. 초기 전증상 세포 병리학은 또한 비인간 질병 모형에서 관찰됩니다5,6,7,8. 신경 근육 접합에 초기 변화의 연구는 MN 질병 병 인을 이해 하는 데 중요 하 고 초기 진단 및 잠재적인 치료 개발에 도움이 될 수 있습니다.
Drosophila에 풍부한 유전 및 분자 도구가 존재하여 신경 근육 접합의 구조와 기능을 해부합니다 (NMJ, see9는 잘 특징적인 애벌레 NMJ의 검토를 위해). 이러한 도구는 짧은 수명과 결합하여 Drosophila는 NMJ에서 신경 퇴행성 변화를 연구하는 훌륭한 모델입니다. 구체적으로, MNs 내분 성인 근육은 ~90일 성인 수명 전반에 걸쳐 존재하며 정상적인 노화 과정10,11,12,13의 적용을 받습니다. 따라서 성인 MN은 변형 14,15 전에 짧은 ~ 1 주 기간 동안 만 존재하는 애벌레 NMJ와 는 대조적으로 느린 퇴행성 변화를 연구 할 수있는 기회를 제공합니다.
여기서는 성인 다리에서 MN의 면역 세포화학 적 분석을 수행 할 수있는 해부 절차를 설명합니다. 각 성인 다리는 ~ 50 MNs에 의해 내면화되며, 이는 운동과 관련된 다리 근육에 시냅스합니다. 다리 해부학, 기계 생리학 및 신경 생물학은 잘 설명되어 있다16,17,18. 다리 MNs의 축삭 아버는 이전에 이중 partite Gal4/UAS 시스템을 사용하여 백 필기 또는 유전으로 표지된 세포 집단에 있는 큐티클을 통해 화상 진찰에 의해 특징지어졌으며 화상 진찰 방법은 이전에 간행되었습니다19. 여기에 제시된 해부 방법은 축축산 분기 형태를 보존하고 우리가 NMJ의 다른 분자 성분을 표지하기 위하여 항체의 다양한 범위를 이용하는 것을 허용합니다. 우리의 이전 작품은 경골 레바터 근육 (tilm)을 내면화하고 일관된 식소 패턴과 부톤 숫자를 보여주는 metathoracic (3 번째) 다리에 정의된 MN의 투영에 초점을 맞추고 있습니다. 처음에 우리는 Drosophila superoxide dismutase 1 (dsod1) 돌연변이에 있는 나이 의존적인 변경을 공부하고 NMJ20의 해체와 일치하는 변경을 찾아냈습니다. 이러한 해부 방법은 다른 ALS 모델, 노화 및 기타 MN 관련 질병에 대한 NMJ의 느린 퇴행성 변화를 더 잘 특성화 할 수있는 기회를 제공합니다.
그림 1. 다리를 해부하기 위한 워크플로 요약입니다. 자세한 단계에 대한 프로토콜을 참조하십시오. (A,B) 파리를 선택하고 마취합니다. (C) 파리는 메탄올로 옮겨지고 PBS로 세척됩니다. (D) 메타토라시브 다리는 해부 현미경(~30배감)으로 시각화되는 동안 coxa의 기지에서 제거됩니다. 스케일 바 = 500 μm. (E) 다리는 24웰 플레이트의 우물 내에서 30분 동안 3.7% 포름알데히드/PBS(FA) 용액으로 고정된 다음 FA는 PBS를 통해 헤이즈에 의해 제거됩니다. (F, G, H) 다리는 실리콘 엘라스토머 해부 트레이로 옮겨지고 80x에서 해부하는 현미경으로 시각화되는 동안 beveled 포셉을 사용하여 근위 대퇴골에서 큐티클 조각이 제거됩니다. 스케일 바 = 50 μm. (I) 다리는 FA에서 고정된 후 PBS및 PBT(PBS+ 0.1% 비이온 계면활성제)로 세척됩니다. (J) 다리는 면역 세포화학 염색을 받습니다. (K,L) 다리는 유리 슬라이드로 옮겨지고, 장착 매체에서 지워지고, 점토 스페이서가 들어 있는 커버슬립으로 덮여 있습니다. 스케일 바 = 2mm 및 500 μm. (M) 다리는 공초점 현미경 검사법에 의해 이미지됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
Drosophila 성인 다리는 신경 아세포 계보와 고정 관념 식소 패턴에서 매핑 잘 특징적인 MN과 상대적 단순성을 주어진 신경 변성을 연구하는 이상적인 모델입니다. 몇몇 보고는 이전에 신경 퇴행성 질병의 연구 를 위해 다리 MN을 사용했습니다21,22. 이러한 연구는 억압가능한 세포 마커(MARCM)와 모자이크 분석과 결합된 GFP 표현 라인을 사용하여 큐티클을 통해 이미지화하고 일련의 형태학적 변화를 문서화했습니다. 절제된 자화로 면역 세포화학에 의한 성인 NMJ를 이미징하면 사용 가능한 항체의 툴박스를 사용하여 복잡한 분자 변화를 추적할 수 있는 기능을 통해 추가 특성화가 가능합니다.
이 프로토콜의 면역 세포화학 부분은 상대적으로 표준이며 유전자형에 독립적으로 구현될 수 있습니다(예를 들어 Drosophila와 함께 사용하기 위한 일반적인 항체 염색 방법에 대한 우수한 설명을 위한 참조23). 더욱이, 형광 강도, 축슨 분기 길이 및 부톤 수 및 크기와 같은 파라미터는 이미지가 캡처되고 정량적 분석을 위한 상세한 방법이 게시된 후 다양한 ImageJ 매크로를 사용하여 결정될 수 있다(예를 들어, see24,25,26). 따라서, 해부 기술은 여기에 설명된 주요 혁신이다. 해부 전에 파리는 알코올에 잠기면 자쿠리탄화수소를 제거합니다. 에탄올과 메탄올 은 이 목적을 위해 일반적으로 사용됩니다. 그러나, 우리는 메탄올만 사용했습니다. 성공을 해부하는 데 중요한 요소는 여러 가지 요소입니다: 첫째, 벨이 있는 수정된 집게를 사용하면 표피와 매우 피상적인 접촉을 할 수 있습니다. 둘째, 60-100x 총 배율이 가능한 해부 현미경을 사용하여 표피의 표면이 선명하게 보이게 된다. 최대 배율이 낮은 현미경의 경우, 2배 의 목표는 가장 일반적인 브랜드에 사용할 수 있으며 기존 렌즈와 결합될 때 충분해야 합니다. 셋째, 초기 고정 단계는 큐티클이 부서지기 쉽고 밑에 근육을 손상시키지 않고 쉽게 멀리 당겨. 이 단계에서 과도하게 고정하면 전체 다리가 너무 뻣뻣하여 효과적인 해부를 만듭니다. 따라서 초기 고정은 30분으로 제한되어야 합니다. 포름알데히드 고정은 이 짧은 기간 동안 기본 조직을 효과적으로 교차연결하는 데 충분히 침투하지 않으므로 두 번째 고정 단계가 필요합니다. 두 번째 고정 전에 조직은 형태학의 저하와 변화를 방지하기 위해 얼음위에 보관해야 합니다. 넷째, 우리는 감기가 중요하지만 해부 샘플을 발견했으며, 큐티클이 부서지기 쉽고 작은 조각을 더 쉽게 제거할 수 있습니다.
연습을 통해 해분의 50%가 눈에 띄는 조직 손상 없이 사용할 수 있다는 것을 발견합니다. 이 백분율은 몇몇 그밖 조직에 비해 낮은 보일 수 있더라도, 해부 절차는 급속하고, 많은 다리는 30- 60 분에서 처리될 수 있습니다. 따라서 처음에는 성공률이 낮더라도 각 실험 군에 대해 4-5개의 좋은 샘플을 얻을 수 있습니다. 그러나, 유전자형 및/또는 나이가 상당한 치사증을 초래하는 경우 주어진 시간에 사용할 수 있는 파리의 수에 제한이 있을 수 있습니다.
또 다른 제한사항은 크기때문에 대퇴골의 근위 영역을 넘어 다리의 다른 영역을 해부할 수 없다는 것입니다. 따라서, 우리는 TILM을 안정적으로 내면으로 내면화하는 MN 아버를 연구할 수 있으며, 해부시 다리가 방향을 바꾸는 방식에 작은 변화와 함께 경골 우울근 위에 표피를 해부할 수 있다. 그러나 다리의 다른 영역에 액세스하는 것은 해부 동안 축축건축을 방해하지 않고 더 어려워 입증되었습니다.
여기서, 우리는 면역 세포화학을 사용하여 틸름을 내면화하는 정의된 MNs에 대한 성인 NMJ에서의 변화를 검출하는 해부 방법을 제시한다. 다리는 단순한 시스템으로 유용하며, ~50MN에 의해 내면화되고 잘 설명된 해부학을 가진 14개의 근육을 함유하고 있습니다. 해부된 다리 제제는 유전자형 전반에 걸쳐 사용될 수 있으며 돌연변이 배경에서 기자 유전자 구조의 유전자 생성물의 유전자 전형적으로 복잡한 주식을 구축할 필요 없이 NMJ 시각화에 사용할 수 있다. 이 접근법은 MN 질병 및 기타 연령 관련 조건에 대한 NMJ의 변화에 대한 보다 상세한 특성화를 가능하게 할 것입니다.
The authors have nothing to disclose.
우리는 이미징에 대한 조언을 에릭 로버츠 감사합니다. 우리는 또한 로드 아일랜드 대학과 특히 마이클 케인과 제이크 더글러스의 정보 기술 서비스에 비디오 그래피에 감사드립니다. 단일 클론 항체 안티 dlg 및 안티 브롭은 UC-버클리와 유니버시티클리니킴 우에르츠부르크에 의해 각각 개발되었으며, NIH의 NICHD에 의해 생성되고 아이오와 대학, 아이오와 시, IA 52242, 미국에서 유지 개발 연구 하이브리드 종은행에서 얻었다. 여기에보고 된 연구는 부여 번호 [P20GM103430]의 국립 보건 원의 국립 의학 연구소에서 로드 아일랜드 기관 개발 상 (IDeA) 생물 의학 연구 우수성의 네트워크에 의해 완전히 지원되었다.
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 |