Ex Vivo Endokrin Drosophila içinde sinyal beyin yanıt-e doğru görüntülenmesi için kalsiyum görüntüleme
Summary
Bu kağıt için ex vivo kalsiyum düşsel Drosophila beyin protokolünü açıklar. Bu yöntemde, doğal veya sentetik bileşikler beyindeki belli nöronlar etkinleştirmek için yeteneklerini test için tampon uygulanabilir.
Abstract
Endokrin sinyal tarafından organ organ iletişim Örneğin, çevre beyne homeostazı korumak için çok önemlidir. Endokrin araştırma modeli hayvan, hangi genetik araçları ve genom bilgileri gelişmiş sahiptir, Drosophila melanogaster, giderek kullanılıyor. Bu makalede Drosophila beyin explants kalsiyum görüntüleme için bir yöntem. Bu yöntem, bir hormon beyne doğrudan sinyal algılama sağlar. İyi birçok peptid hormonlar G protein birleştiğinde reseptörleri (GPCRs), kimin harekete geçirmek artışa neden olmaktadır intrasellüler Ca2 +toplama yoluyla hareket bilinmektedir. Sinirsel harekete geçirmek de intrasellüler Ca2 + düzeyleri, Ca2 + akını ve endoplazmik retikulum (ER) depolanan Ca2 + sürümü yükseltir. Bir kalsiyum sensör, GCaMP, bu Ca2 + değişiklikleri izleyebilirsiniz. Bu yöntemde, GCaMP faiz nöronlarda ifade edilir ve GCaMP ifade larva beyin disseke ve kültürlü ex vivo. Test peptid sonra beyin explant için uygulanır ve GCaMP floresan değişiklikler CCD fotoğraf makinesi ile donatılmış dönen disk confocal mikroskop kullanarak algılanır. Bu yöntemi kullanarak, suda çözünen herhangi bir molekül test edilebilir ve sinirsel harekete geçirmek ile ilişkili çeşitli hücresel olaylar uygun floresan göstergeler kullanarak yansıma. Ayrıca, görüntüleme odası değiştirerek, bu yöntem diğer Drosophila organ veya diğer hayvanların organlarını görüntü için kullanılabilir.
Introduction
Organ organ iletişim çevresel değişiklikler ile başa çıkmak için homeostazı korumak için evrimsel korunmuş bir stratejidir. İnsanlarda, endokrin bezleri hormon arereleased çeşitli kan dolaşımı içine. Bu hormonların birçoğunu metabolik süreçleri ve1,2besleme gibi temel davranışları düzenleyen beynin hipotalamus hedef. Birçok hormon memeli modelleri kullanarak tespit edilmiştir. Ancak, kendi eylem, özellikle içinde onlar katılmak, interorgan ağlar mekanizmaları büyük ölçüde belirsiz kalır.
Drosophila melanogaster organ organ iletişim eğitim için yararlı bir model olarak ortaya çıkmıştır. Böcekler, birçok fizyolojik süreçleri hormonlar tarafından kontrol edilir. Büyüme ve metamorfoz odaklanarak erken çalışmaları büyük böcekler kullanılır. Bu çalışmalarda, kaldırma veya belirli organ nakli arası organ sinyal molekülleri varlığını tahmin; daha sonra Juvenil hormon (JH), Prothoracicotropic hormon (PTTH) ve Ecdysone biyokimyasal olarak saflaştırılmış3,4,5idi. Hücreler arası sinyal peptidler büyük bir ailenin böcek ömrü6,7sırasında çeşitli fizyolojik olaylara karışmış olduğu düşünülmektedir. Belirli GPCRs geleneksel yaklaşımları kullanarak tanımlamak başlangıçta zor olmasına rağmen bu peptidler çoğunu G protein birleştiğinde reseptörleri (GPCRs), hareket. Drosophila tüm genom dizisi8 yayın Drosophila biyoaktif peptidler onların Homoloji diğer böcekler içinde bulunanlara göre tanımlaması etkin atılım oldu. Ayrıca, birkaç peptidler reseptörleri hücre kültür esaslı GPCR-ligand bağlayıcı deneyleri kullanarak genom tahmin GPCRs üzerinden tespit edilmiştir. Daha sonra ifade analizleri Bu peptidler ve reseptörler tarafından elde edildi organ organ yolları öngördü. Özellikle, birçok sözde peptid reseptörlerinin beyin peptid hormonlar9uğrak bir olduğunu düşündüren beyindeki ifade edilir. Ayrıca, Drosophila gelişmiş genetik araçlarında peptid GPCR kombinasyon fizyolojik rolleri tanımlama için katkıda bulunmuştur. Örneğin, GAL4 ve LexA tabanlı ikili transkripsiyon sistemler gen nakavt veya overexpression dağınık şekilde ve geçici denetimli bir biçimde etkinleştirin. GAL4, Maya, tanımlanan bir transkripsiyon faktörü ters yönde harekete geçirmek sıra (UAS) adı verilen belirli bir CIS düzenleyici dizisine bağlanır. GAL4/UAS sisteminde doku özel sürücü hattı oluşturur veya Yanıtlayıcı satır ve sahne-özel GAL4 ifade taşır UAS akıntıya karşı gen faiz veya sürücü shRNA ifade için yapı. LexA/LexAop sistem benzer bir mekanizma dayanmaktadır. Doku özgü peptid-nakavt ve doku özgü GPCR nakavt hayvanların fenotipik analizleri peptid GPCR’ın sinyal modu ve site eylem hakkında bilgi ortaya çıkarabilir. Ancak, sadece genetik veri tarafından ulaşılabilir sonuçları sınırlıdır. Öte yandan, bir kez bir belirli peptit hormon sözde hedef bir doku veya hücre türüne aşağı daralmış, organ explants Imaging ex vivo kalsiyum peptid GPCR sinyal tarafından aracılı organ organ iletişim aydınlatmak için kullanılabilir. Gq birleştiğinde GPCR harekete geçirmek, açıklaması, Ca2 + ER10nedeniyle intrasellüler Ca2 + konsantrasyonu artar. Beyinde, sinir harekete geçirmek de intrasellüler Ca2 + düzeyleri yükseltir. Böyle Ca2 + artar bir kalsiyum sensör, huzurunda floresans emisyon11‘ kaynaklanan Ca2 + konformasyon değişiklikler geçer GCaMP tarafından tespit edilebilir.
Bu makalede, Drosophila beyin kullanarak görüntüleme yöntemi explants bir kalsiyum açıklanmıştır. Belirli nöronların harekete geçirmek bir peptid yeteneğini test etmek için bir test peptid GCaMP ifade beyin explant için uygulanır ve floresan değişiklikler confocal mikroskobu tarafından izlenir. GPCR katılımı sonra GPCR eksik bir mutant beyin kullanarak aynı tahlil gerçekleştirerek doğruladı. Bu görüntüleme ve genetik organ organ iletişim hakkında kesin bilgi peptidler tarafından sağlar-GPCRs. olası değişiklikler ve uygulamaları bu protokolün de ele alınmıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada açıklanan yöntemi Imaging Ca2 + işlev hormonların beyinde sınamak için kullanışlı bir sistem olduğunu. İçinde vivo, beyin hormon çeşitli endokrin organ alır. Buna ek olarak, beyin sürekli artan spontan nöronal etkinleştirme Nedenleri duyusal bilgileri algılar. Bu ex vivo sistem böyle gürültü ortadan kaldırır ve in vivo görüntüleme daha daha iyi bir sinyal/noise oranı verir. Bu sistemde moleküllerin tek başına veya birlikte test edilebilir. Pept…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser oldu Grants-in-Aid tarafından bilimsel araştırmalara (15 K 07147, 17 K 07419) JSP’ler üzerinden (Hiroshi Ishimoto, Hiroko Sano), bir Inamori Vakfı araştırma hibe (HI) ve ortak kullanım/Araştırma Merkezi Program gelişimsel tıp için desteklenen Enstitüsü Moleküler Embriyoloji ve genetik, Kumamoto Üniversitesi (HS için). Biz Dr Azusa Kamikouchi ve Bay Daichi Yamada görüntüleme sistemi kullanarak onların yardım için teşekkür ederiz.
Materials
| Tungsten rod | A-M systems, Sequim, WA, USA | 717000 | |
| Blu Tack | Bostik, Paris, France | 3049100 | putty-like reusable adhesives |
| Watch glass, square, 1 5/8 in | Carolina Biological Supply Company, Burlington, NC, USA | 742300 | |
| PBS | TAKARA Bio Inc., Kusatsu, Shiga, Japan | T900 | Phosphated buffered salts |
| CCHa2 | SCRUM Inc., Tokyo, Japan | Custum-synthesized peptide | |
| Ghrerin | Peptide institute Inc., Osaka, Japan | 4372-s | |
| Nociceptin | Peptide institute Inc., Osaka, Japan | 4313-v | |
| Axio Imager A2 | Carl Zeiss, Oberkochen, Germany | Axio Imager A2 | fluorescence microscope |
| Objective W N-Achroplan 20x/0.5 M27 | Carl Zeiss, Oberkochen, Germany | 420957-9900-000 | water-immersion objective lens |
| P-725 PIFOC objective scanner with long travel range | Physik Instrumente GmbH & Co. KG, Karlsruhe, Germany | N/A | piezoelectric-activated lens mover |
| Confocal Scanner Unit CSU-W1 | Yokogawa Electric Corporation, Tokyo, Japan | CSU-W1 | spinning disc confocal head |
| ImagEM C9100-13 | Hamamatsu Photonics, Sizuoka, Japan | C9100-13 | EM-CCD camera |
| OBIS 488 nm LS 60 mW | Coherent, Santa Clara, CA, USA | 1178770 | 488-nm laser |
| 488/568/647 nm Yokogawa dichroic beamsplitter | Semrock, Rochester, NY, USA | Di01-T405/488/568/647-13x15x0.5 | dichroic beam splitter |
| 528/38 nm BrightLine single-band bandpass filter | Semrock, Rochester, NY, USA | FF01-528/38-25 | emission filter |
| µManager | Open Imaging, Inc. | N/A | https://micro-manager.org |
| ImageJ | U. S. National Institutes of Health | N/A | https://imagej.nih.gov/ij/ |
| TurboReg | Philippe Thévenaz, Biomediccal Imaging Group, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne | N/A | http://bigwww.epfl.ch/thevenaz/turboreg/ |
Referências
- Morton, G. J., Schwartz, M. W. Leptin and the central nervous system control of glucose metabolism. Physiological Reviews. 91 (2), 389-411 (2011).
- Stanley, S., Wynne, K., McGowan, B., Bloom, S. Hormonal regulation of food intake. Physiological Reviews. 85 (4), 1131-1158 (2005).
- Goodman, W. G., Cusson, M., Gilbert, L. I. The juvenile hormones. Insect Endocrinology. , 310-365 (2012).
- Lafont, R., Dauphin-Villemant, C., Warren, J. T., Rees, H., Gilbert, L. I. Ecdysteroid chemistry and biochemistry. Insect Endocrinology. , 106-176 (2012).
- Smith, W., Rybczynski, R., Gilbert, L. I. Protothoracicotropic hormone. Insect Endocrinology. , 1-62 (2012).
- Claeys, I., et al. Insect neuropeptide and peptide hormone receptors: current knowledge and future directions. Vitamins and Hormones. 73, 217-282 (2005).
- Gade, G., Goldsworthy, G. J. Insect peptide hormones: a selective review of their physiology and potential application for pest control. Pest Management Science. 59 (10), 1063-1075 (2003).
- Adams, M. D., et al. The genome sequence of Drosophila melanogaster. Science. 287 (5461), 2185-2195 (2000).
- Park, D., Veenstra, J. A., Park, J. H., Taghert, P. H. Mapping peptidergic cells in Drosophila: where DIMM fits in. PLoS One. 3 (3), 1896 (2008).
- Berridge, M. J. Inositol trisphosphate and calcium signalling. Nature. 361 (6410), 315-325 (1993).
- Nakai, J., Ohkura, M., Imoto, K. A high signal-to-noise Ca(2+) probe composed of a single green fluorescent protein. Nature Biotechnology. 19 (2), 137-141 (2001).
- Rulifson, E. J., Kim, S. K., Nusse, R. Ablation of insulin-producing neurons in flies: growth and diabetic phenotypes. Science. 296 (5570), 1118-1120 (2002).
- Chen, T. W., et al. Ultrasensitive fluorescent proteins for imaging neuronal activity. Nature. 499 (7458), 295-300 (2013).
- Nassel, D. R., Kubrak, O. I., Liu, Y., Luo, J., Lushchak, O. V. Factors that regulate insulin producing cells and their output in Drosophila. Frontiers in Physiology. 4, 252 (2013).
- Sano, H., et al. The Nutrient-Responsive Hormone CCHamide-2 Controls Growth by Regulating Insulin-like Peptides in the Brain of Drosophila melanogaster. PLoS Genetics. 11 (5), 1005209 (2015).
- Tsao, C. K., Ku, H. Y., Lee, Y. M., Huang, Y. F., Sun, Y. H. Long Term Ex Vivo Culture and Live Imaging of Drosophila Larval Imaginal Discs. PLoS One. 11 (9), 0163744 (2016).
- Sabado, V. a. N., Nagoshi, E. Single-cell Resolution Fluorescence Live Imaging of Drosophila Circadian Clocks in Larval Brain Culture. Journal of Visualized Experiments. 131, e57015 (2018).
- Apostolopoulou, A. A., et al. Caffeine Taste Signaling in Drosophila Larvae. Frontiers in Cellular Neuroscience. 10, 193 (2016).
- Cao, G., et al. Genetically targeted optical electrophysiology in intact neural circuits. Cell. 154 (4), 904-913 (2013).
- Nikolaev, V. O., Bunemann, M., Hein, L., Hannawacker, A., Lohse, M. J. Novel single chain cAMP sensors for receptor-induced signal propagation. Journal of Biological Chemistry. 279 (36), 37215-37218 (2004).
- Sankaranarayanan, S., De Angelis, D., Rothman, J. E., Ryan, T. A. The use of pHluorins for optical measurements of presynaptic activity. Biophysical Journal. 79 (4), 2199-2208 (2000).
- Feng, Y., Ueda, A., Wu, C. F. A modified minimal hemolymph-like solution, HL3.1, for physiological recordings at the neuromuscular junctions of normal and mutant Drosophila larvae. Journal of Neurogenetics. 18 (2), 377-402 (2004).
