Het beoordelen Neurodegenerative Fenotypes in<em> Drosophila</em> Dopaminerge neuronen reduceert door Klimmen Testen en Whole Brain Immunokleuring
Summary
Hier beschrijven we twee testen die zijn opgericht om leeftijdsafhankelijke neurodegeneratie van de dopaminerge (DA) neuronen studeren in<em> Drosophila</em>: Het klimmen / schrikken geïnduceerde negatieve geotaxis assay waarmee de functionele effecten van DA neuronen degeneratie en tyrosine hydroxylase immunokleuring die wordt gebruikt om DA neuronen in volledige hersenen mounts identificeren en tellen bestuderen.
Abstract
Drosophila melanogaster is een waardevolle modelorganisme om veroudering en pathologische degeneratieve processen te bestuderen in het zenuwstelsel. De voordelen van de vlieg als een experimenteel systeem omvatten de genetische traceerbaarheid, korte levensduur en de mogelijkheid te observeren en kwantitatief analyseren van complexe gedrag. De expressie van ziekte-gebonden genen in specifieke neuronale populaties van de Drosophila hersenen, kan worden gebruikt om menselijke neurodegeneratieve ziekten zoals Parkinson en Alzheimer 5 model.
Dopaminerge (DA) neuronen zijn de meest kwetsbare neuronale populaties in het verouderen menselijke hersenen. Bij de ziekte van Parkinson (PD), de meest voorkomende neurodegeneratieve aandoening, de versnelde verlies van DA neuronen leidt tot een progressieve en onomkeerbare achteruitgang van motorische functie. Naast leeftijd en blootstelling aan giftige stoffen, is het verlies van DA neuronen versterkt door specifieke mutaties in de coderendeof promotorregio's van verschillende genen. De identificatie van dergelijke PD-geassocieerde allelen verschaft de experimentele basis voor het gebruik van Drosophila als een model voor neurodegeneratie van DA neuronen in vivo. Bijvoorbeeld, de expressie van de Parkinson-gerelateerde humane α-synucleine gen in Drosophila DA neuronen recapituleert sommige elementen van de menselijke ziekte, bijv. progressief verlies van DA neuronen en dalende motorische functie 2. Dienovereenkomstig is dit model met succes gebruikt om potentiële therapeutische targets te identificeren in PD 8.
Hier beschrijven we twee assays die gewoonlijk zijn gebruikt om leeftijdsgebonden neurodegeneratie van DA neuronen te bestuderen in Drosophila: a climbing assay gebaseerd op het schrikken geïnduceerde negatieve geotaxis reactie en tyrosine hydroxylase immunokleuring van hele volwassen hersenen zwellend aantal DA neuronen toezicht op verschillende leeftijden. In beide gevallen, in vivo expressie van UAS tspecifiek ransgenes in DA neuronen worden bereikt door een tyrosine hydroxylase (TH) promoter-Gal4 driver lijn 3, 10.
Introduction
De specificiteit van de assays beschreven gebaseerd op het gebruik van een Gal4 vlieg lijn die de regulerende sequenties van de tyrosine hydroxylase gen specifieke expressie in dopaminerge neuronen 3 bereiken exploiteert. Tyrosine hydroxylase katalyseert de eerste en snelheidsbepalende stap in dopamine synthese. TH immunoreactiviteit in de volwassen vliegen hersenen overlapt met dat van dopamine, waardoor TH een goede kandidaat om DA neuronen in vivo (zie voorbeeld 6) te identificeren. Bovendien, het expressiepatroon van THGal4 is specifieker dan andere Gal4 lijnen zoals DdcGal4 die regulerende sequenties bevat van het dopa decarboxylase gen en rijdt transgene expressie niet alleen in DA neuronen, maar ook in serotonerge neuronen en gliacellen subsets van 3 .
Feany en Bender (2000) voor het eerst waargenomen dat de pan-neuronale expressie van het Parkinson-gerelateerde menselijke α-synucleïne gen versnelt het progressief verlies van startle-geïnduceerde negatieve geotaxis gedrag in Drosophila. We hebben soortgelijke resultaten met behulp van de DA-neuron specifieke THGal4 lijn naar de expressionof een α-synucleïne transgen 10 rijden geobserveerd en gebruikt dit functionele uitlezing aan de neuroprotectieve rol van de Nrf2 pathway in deze studie Drosophila model van PD 14. De specifieke assay beschreven wordt aangepast van 2 en 3.
De Drosophila hersenen bevatten meer dan 100 DA neuronen, gerangschikt in ten minste 5 verschillende clusters (PPL1, PPL2, PAL, ppm1 / 2, ppm3) die volledige hersenen mounts kan worden gevisualiseerd door confocale microscopie (zie voorbeeld 11 en 7). Het is nog steeds controversieel of het aantal DA neuronen in de Drosophila hersenen afneemt met de leeftijd 9, 11, maar wordt leeftijdsafhankelijke neurodegeneratie waargenomen bij vliegen wanneer PD-gebonden genen gemuteerd / overexpressie op menselijke ziekten modelleren5. De expressie van humaan α-synucleïne in DA neuronen heeft zo'n effect en derhalve is gebruikt als een model voor PD. Hier beschrijven we een test voor DA neuronen tellen in hele brein mounts met TH als een cel marker. Deze test is aangepast van 13 en 10.
Protocol
Representative Results
Discussion
De assays beschreven een nuttige benadering van de rol van specifieke genen te bestuderen signaaltransductiewegen of kleine verbindingen in het onderhoud van DA neuronen bij veroudering en verschillende ziekte-gekoppelde genetische achtergronden (beoordeeld in 5).
De schrikken geïnduceerde negatieve geotaxis gedrag van Drosophila is uitgebreid gebruikt als een functionele uitlezing voor de functionaliteit van DA neuronen in verschillende genetische achtergronden, vooral …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij danken Leo Pallanck voor vlieg voorraden, Christine Sommers voor technische bijstand en Gerasimos P. Sykiotis voor nuttige discussies. Dit werk werd gefinancierd door de NIH opleiding subsidie T32CA009363 om MCB
Materials
| Name | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Rabbit anti-tyrosine hydroxylase antibody | Millipore | AB152 | |
| Donkey TRITC-labeled anti rabbit IgG antibody | Jackson ImmunoResearch | 711-026-152 | |
| Mowiol | Calbiochem | 475904 | |
| DABCO | Sigma | D2522 | |
| Equipment | |||
| Polystyrene vials | VWR | 89092-734 | 28.5 x 95 mm |
| Digital camera | Canon | PowerShot A3100IS (model) | 12.1 Megapixels 4X Optical Zoom |
| Glass coverslips no. 1.5 | VWR | 48366 205 48393 252 | Sizes: 18 x 18 mm, 24 x 60 mm |
| Glass coverslips no. 2 | VWR | 48368-040 | Size: 18 x 18 mm |
| Dissection dishes | Electron Microscopy Sciences | 70543-01 | Size: 30 mm O.D. |
| Dumostar No. 5 tweezers | Electron Microscopy Sciences | 72705-01 | |
| Stereomicroscope | Carl Zeiss | Stemi 2000 (model) | |
| Confocal microscope | Leica | SP2 or SP5 (model) |
Materials Table.
References
- Bayersdorfer, F., Voigt, A., Schneuwly, J., Botella, Dopamine-dependent neurodegeneration in Drosophila models of familial and sporadic Parkinson’s disease. Neurobiol. Dis. 40, 113-119 (2010).
- Feany, M. B., Bender, W. W. A Drosophila model of Parkinson’s disease. Nature. 404, 394-398 (2000).
- Friggi-Grelin, F., Coulom, H., Meller, M., Gomez, D., Hirsh, J., Birman, S. Targeted gene expression in Drosophila dopaminergic cells using regulatory sequences from tyrosine hydroxylase. J. Neurobiol. 54, 618-627 (2003).
- Gargano, J. W., Martin, I., Bandari, P., Grotewiel, M. S. Rapid iterative negative geotaxis (RING): a new method for assessing age-related locomotor decline in Drosophila. Exp. Gerontol. 40, 386-395 (2005).
- Hirth, F. Drosophila melanogaster in the study of human neurodegeneration. CNS Neurol. Disord. Drug Targets. 9, 504-523 (2010).
- Lundell, M., Hirsh, J. Temporal and spacial development of serotonin and dopamine neurons in the Drosophila CNS. Dev. Biol. 165, 385-396 (1994).
- Mao, Z., Davis, R. L. Eight different types of dopaminergic neurons innervate the Drosophila mushroom body neuropil: anatomical and physiological heterogeneity. Front Neural Circuits. 3, 5 (2009).
- Mizuno, H., Fujikake, N., Wada, K., Nagai, Y. Alpha-Synuclein Transgenic Drosophila As a Model of Parkinson’s Disease and Related Synucleinopathies. Parkinsons Dis. 2011, 212706 (2011).
- Neckameyer, W. S., Woodrome, S., Holt, B., Mayer, A. Dopamine and senescence in Drosophila melanogaster. Neurobiol. Aging. 21, 145-152 (2000).
- Trinh, K., Moore, K., et al. Induction of the phase II detoxification pathway suppresses neuron loss in Drosophila models of Parkinson’s disease. J. Neurosci. 28, 465-472 (2008).
- White, K. E., Humphrey, D. M., Hirth, F. The dopaminergic system in the aging brain of Drosophila. Front Neurosci. 4, 205 (2010).
- Whitworth, A. J., Wes, P. D., Pallanck, L. J. Drosophila models pioneer a new approach to drug discovery for Parkinson’s disease. Drug Discov. Today. 11, 119-126 (2006).
- Wu, J. S., Luo, L. A protocol for dissecting Drosophila melanogaster brains for live imaging or immunostaining. Nat. Protoc. 1, 2110-2115 (2006).
- Barone, M. C., Sykiotis, G. P., Bohmann, D. Genetic activation of Nrf2 signaling is sufficient to ameliorate neurodegenerative phenotypes in a Drosophila model of Parkinson’s disease. Dis. Model Mech. 4 (5), 701-707 (2011).
