ショウジョウバエの嗅覚回路アセンブリのタイムラプスイメージング研究のための外植システム

ニューロンは正確に相互接続され、脳の適切な機能に不可欠な回路を形成します。100年以上にわたり、神経科学者は、神経突起が中間および最終標的に向かって非常に正確にどのように拡張するかを理解しようとしてきました。その結果、彼らはニューロンプロセスを発達させるためのガイダンス手がかりをコードする重要な遺伝子を同定した¹。 ショウジョウバエ の嗅覚系は、嗅覚受容体ニューロン(ORN、一次感覚ニューロン)がステレオタイプなサイズ、形状、相対位置を持つ50個の識別可能な糸球体に投影し、50種類の2次突起ニューロン(PN)の樹状突起とシナプス結合を形成し、それぞれが樹状突起を50個の糸球体² の1つに送信するため、このプロセスを調査するための優れたモデルを提供します(図1A).したがって、フライ嗅覚系におけるシナプス(糸球体)分解能で変異表現型を同定することは比較的容易である。これにより、嗅覚回路アセンブリ³を調節する重要な遺伝子の発見につながった。

フライ嗅覚回路の組み立ては、時間的および空間的に調整された発生プロセス^{に依存する3}。ORNとPNは、配線の特異性のためにプログラムを設定する別個のセル運命を獲得します。次に、PNデンドライトが触角ローブを予めパターン化する(図1B)。その後、ORNの軸索は同側触角葉を周回し、脳の正中線を横切って対側触角葉に到達する。続いて、ORN軸索は、イプシ側および対側触角葉の両方に侵入し、特定の糸球体におけるパートナーPNの樹状突起とシナプスを形成する。嗅覚回路アセンブリのためのこの粗いモデルは、開発中の中間時点からの固定サンプルの特性評価に基づいて提案された。時間分解能が低く、固定組織からの発生全体にわたって同じニューロンプロセスに従うことができないため、回路アセンブリプロセスの機構的理解が制限されます。

蛹のケース内で触角葉が不透明な脂肪体に囲まれている場合、配線プロセスは蛹期の前半に起こるため、生体内で生きている画像ORNおよびPNプロセスを行うことは技術的に困難です。したがって、無傷の蛹から発達中の嗅覚回路を直接画像化することは不可能である。エクスビボで培養された解剖された組織は、組織の不透明度を回避することができ、神経発達の研究に首尾よく使用されている⁴、^5、6。同様のエクスビボ外植体培養戦略を使用して、蛹脳内のニューロン配線を研究することの課題は、それが培養条件下で標的化される正確なニューロンを反復するかどうかである。フライアイ-脳複合体⁷の既報のエクスビボ培養条件に基づいて、蛹脳全体、アンテナ、および接続する触角神経をそのまま含む外植体が最近開発され、嗅覚回路の正確な標的を保持し、20分ごとの頻度で最大24時間の2光子顕微鏡ベースのライブイメージングに供することができる⁸.ここでは、外植体培養および画像化の詳細なプロトコールが説明される。外植システムは、中枢脳における嗅覚回路および潜在的に他の回路の集合を研究するための強力な方法を提供する。