Kantitatif analiz Drosophila nöronal dendritik Arborization karmaşıklığı
Summary
Bu iletişim kuralı dendritik morfogenez çalışmaları için kullanılan Drosophila, nöronal dendritik arborization karmaşıklık (NDAC) kantitatif analiz üzerinde duruluyor.
Abstract
Dendrites bir nöron dallı projeksiyonları vardır ve sinir sisteminin gelişimi sırasında sinaptik kuruluşunda dendritik morfoloji yansıtır. Drosophila larva nöronal dendritik arborization (da) morfogenez sinir dendrites ve gen fonksiyon sinir sisteminin gelişiminde eğitim için ideal bir modeldir. Da nöronların dört sınıflardır. Sınıf IV en neredeyse larva beden Duvarı’nın tüm alanı kaplamaktadır dallanma desenli karmaşıktır. Daha önce SOX5 Drosophila ortholog Sınıf IV nöronal dendritik arborization karmaşıklık (NDAC) dört parametre kullanarak susturmak etkisini nitelendirmiştir: dendrites uzunluğu, dendrite kapsama, yüzey alanı Şube ve dallanma yapısı toplam sayısı. Bu iletişim kuralı NDAC kantitatif analiz, larva diseksiyon, confocal mikroskobu ve görüntü analiz prosedürleri ImageJ yazılımını kullanarak iş akışı sunar. Da nöronal gelişim ve onun temel mekanizmaları içine daha fazla fikir nöronal fonksiyon anlayış geliştirmek ve nörolojik temel nedenleri hakkında ipuçları sağlayabilir ve nörogelişimsel bozukluklar.
Introduction
Dendrites, bir nöron dallı projeksiyonlar olan nöron’ın duyusal ve sinaptik girişleri diğer neurons1,2kapsar alan kapak. Dendrites sinaps oluşumu önemli bir bileşenidir ve sinaptik girişleri entegre yanı sıra bir nöron elektrokimyasal stimülasyon yayılıyor kritik bir rol oynamaktadır. Dendritik arborization (da) hangi nöronlar yeni dendritik ağaçlar ve dalları yeni sinapslar oluşturmak için formu bir süreçtir. Geliştirme ve morfoloji da şube yoğunluğu ve gruplandırma desenleri, gibi çok adımlı biyolojik süreçlerden neden ve son derece için nöronal fonksiyonu ilişkili. Bu iletişim kuralının amacı nöronal dendritric arborization karmaşıklık içinde Nicel analiz için bir yöntem sağlamaktır Drosophila.
Dendrites karmaşıklığını ortak neurons girdileri, bağlantı ve sinaptik türünü belirler. Dendrites yoğunluğu ve dallanma desenleri dendritik alanı3,4yakınsama sinyal işleme içinde söz konusu. Dendrites geliştirme ayarı için esnekliğe sahip olursunuz. Örneğin, sinaptik sinyal gelişim aşamasında somatosensor nöron ve olgun sinir sistemi5dendrite organizasyon üzerinde bir etkisi yoktur. Nöronal bağlantısı kurulması morfogenez ve olgunlaşma dendrites dayanmaktadır. Dendrites malformasyon Engelli nöronal fonksiyon ile ilişkilidir. Çalışmalar da nöron morfogenez anormallik Alzheimer hastalığı (Ah), Parkinson hastalığı (PD), Huntington hastalığı (HD), dahil olmak üzere birden çok nörodejeneratif hastalıklar ve Lou Gehrig hastalığı etiologies katkıda göstermiştir / Amyotrofik lateral skleroz (ALS)6,7,8. Sinaptik değişiklikler reklam, erken dönemde gerileme ve nöron işlev7,8bozulma ile uyum içinde görünür. Ancak, nasıl bu nörodejeneratif hastalıkların patogenezinde dendrite patoloji katkıda özelliklerini zor kalır.
Dendrites gelişimini düzenleyiciler, proteinler9,10, transkripsiyon faktörleri ve hücre yüzey reseptörlerinin11,12 ligandlar Wnt aile gibi karmaşık bir ağ kodlamak genler tarafından düzenlenmiştir . Hangi Sınıf IV da nöronların en karmaşık dallanma desenleri var ve daha iyi anlama morfogenez13için güçlü bir deneysel sistem olarak istihdam edilmiştir (sınıf ı, II III, IV) dört sınıf, Drosophila da nöronların oluşur, 14. Sırasında erken morfogenez, overexpression ve/veya Sınıf IV da nöronların genlerin RNAi susturmak dallanma desen ve dendrite budama13değiştirilmesine neden. Nöronal dendritik arborization kantitatif analiz için pratik bir yöntem geliştirmek önemlidir.
Biz daha önce SOX5 Drosophila ortholog susturmak, Sox102F, daha kısa dendrites da nöronların ve Sınıf IV da nöronların15Azaltılan karmaşıklık neden olduğunu göstermiştir. Burada, kantitatif analiz (NDAC) nöronal dendritik arborization karmaşıklığı için yordam Drosophilaiçinde mevcut. Bu iletişim kuralı, önceki açıklanan yöntemi adapte da duyusal sinir hücreleri gelişimi tahlil için kısa bir yöntem sağlar. Sağlam resim etiketleme ve üçüncü INSTAR larva vücut duvar16,17,18,‘19da nöron gösterilmektedir. NDAC ve gelişimsel farklılıkları vivo içindearaştırmak isteyen araştırmacılar için değerli bir protokoldür.
Protocol
Representative Results
Discussion
Epidermis innervate dendrites nöronların giriş bölgeleridir ve onların türleri morfoloji nasıl bilgi alınır ve bireysel nöronlar tarafından işlenen belirler. Geliştirme dendrite morfoloji gen modülasyon dendrite organizasyon yansıtır. Drosophila larva da nöron periferik sinir sisteminin dendrite geliştirme eğitimi için önemli bir model olduğunu: 1) memeliler11,12ile; fonksiyonel benzerlik 2) dört sınıf ayrımlar dendrite yapısı…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
William A. Eimer görüntüleme teknik yardım için teşekkür etmek istiyorum. Bu eser tedavisi Alzheimer Fonu’na [R.E.T], tarafından desteklenen Ulusal Enstitüsü Sağlık [R01AG014713 ve R01MH60009 için R.E.T; R03AR063271 ve Al R15EB019704] ve Ulusal Bilim Vakfı [NSF1455613 için al].
Materials
| Phosphate buffered saline(PBS) | Gibco Life Sciences | 10010-023 | |
| TritonX-100 | Fisher Scientific | 9002-93-1 | |
| Paraformaldehyde(PFA) | Electron Microscopy Sciences | 15714-S | |
| Sylgard 184 silicone elastomer base and curing agent | Dow Corning Corportation | 3097366-0516;3097358-1004 | |
| ProLong Gold Antifade Mountant | Thermo Fisher Scientific | P36931 | |
| Fingernail polish | CVS | 72180 | |
| Stereo microscope | Nikon | SMZ800 | |
| Confocal microscope | Nikon | Eclipse Ti-E | |
| Petri dish | Falcon | 353001 | |
| Forceps | Dumont | 11255-20 | |
| Scissors | Roboz Surgical Instrument Co | RS-5611 | |
| Insect Pins | Roboz Surgical Instrument Co | RS-6082-25 | |
| Microscope slides and cover slips | Fisher Scientific | 15-188-52 |
References
- Wassle, H., Boycott, B. B. Functional architecture of the mammalian retina. Physiol Rev. 71 (2), 447-480 (1991).
- MacNeil, M. A., Masland, R. H. Extreme diversity among amacrine cells: implications for function. Neuron. 20 (5), 971-982 (1998).
- Losonczy, A., Makara, J. K., Magee, J. C. Compartmentalized dendritic plasticity and input feature storage in neurons. Nature. 452 (7186), 436-441 (2008).
- Spruston, N. Pyramidal neurons: dendritic structure and synaptic integration. Nat Rev Neurosci. 9 (3), 206-221 (2008).
- Jaworski, J., et al. Dynamic microtubules regulate dendritic spine morphology and synaptic plasticity. Neuron. 61 (1), 85-100 (2009).
- Kweon, J. H., Kim, S., Lee, S. B. The cellular basis of dendrite pathology in neurodegenerative diseases. BMB Rep. 50 (1), 5-11 (2016).
- Baloyannis, S. J. Dendritic pathology in Alzheimer’s disease. J Neurol Sci. 283 (1-2), 153-157 (2009).
- Masliah, E., Terry, R. D., Alford, M., DeTeresa, R., Hansen, L. A. Cortical and subcortical patterns of synaptophysinlike immunoreactivity in Alzheimer’s disease. Am J Pathol. 138 (1), 235-246 (1991).
- Wayman, G. A., et al. Activity-dependent dendritic arborization mediated by CaM-kinase I activation and enhanced CREB-dependent transcription of Wnt-2. Neuron. 50 (6), 897-909 (2006).
- Rosso, S. B., Sussman, D., Wynshaw-Boris, A., Salinas, P. C. Wnt signaling through Dishevelled, Rac and JNK regulates dendritic development. Nat Neurosci. 8 (1), 34-42 (2005).
- Grueber, W. B., Jan, L. Y., Jan, Y. N. Different levels of the homeodomain protein cut regulate distinct dendrite branching patterns of Drosophila multidendritic neurons. Cell. 112 (6), 805-818 (2003).
- Sugimura, K., Satoh, D., Estes, P., Crews, S., Uemura, T. Development of morphological diversity of dendrites in Drosophila by the BTB-zinc finger protein abrupt. Neuron. 43 (6), 809-822 (2004).
- Jan, Y. N., Jan, L. Y. Branching out: mechanisms of dendritic arborization. Nat Rev Neurosci. 11 (5), 316-328 (2010).
- Sears, J. C., Broihier, H. T. FoxO regulates microtubule dynamics and polarity to promote dendrite branching in Drosophila sensory neurons. Dev Biol. 418 (1), 40-54 (2016).
- Li, A., et al. Silencing of the Drosophila ortholog of SOX5 leads to abnormal neuronal development and behavioral impairment. Hum Mol Genet. 26 (8), 1472-1482 (2017).
- Misra, M., et al. A Genome-Wide Screen for Dendritically Localized RNAs Identifies Genes Required for Dendrite Morphogenesis. G3 (Bethesda). 6 (8), 2397-2405 (2016).
- Emoto, K., et al. Control of dendritic branching and tiling by the Tricornered-kinase/Furry signaling pathway in Drosophila sensory neurons. Cell. 119 (2), 245-256 (2004).
- Olesnicky, E. C., et al. Extensive use of RNA-binding proteins in Drosophila sensory neuron dendrite morphogenesis. G3 (Bethesda). 4 (2), 297-306 (2014).
- Parrish, J. Z., Xu, P., Kim, C. C., Jan, L. Y., Jan, Y. N. The microRNA bantam functions in epithelial cells to regulate scaling growth of dendrite arbors in drosophila sensory neurons. Neuron. 63 (6), 788-802 (2009).
- Schindelin, J., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nat Methods. 9 (7), 676-682 (2012).
- Corty, M. M., Matthews, B. J., Grueber, W. B. Molecules and mechanisms of dendrite development in Drosophila. Development. 136 (7), 1049-1061 (2009).
- Jinushi-Nakao, S., et al. Knot/Collier and cut control different aspects of dendrite cytoskeleton and synergize to define final arbor shape. Neuron. 56 (6), 963-978 (2007).
- Crozatier, M., Vincent, A. Control of multidendritic neuron differentiation in Drosophila: the role of Collier. Dev Biol. 315 (1), 232-242 (2008).
- Copf, T. Importance of gene dosage in controlling dendritic arbor formation during development. Eur J Neurosci. 42 (6), 2234-2249 (2015).
- Rosso, S. B., Inestrosa, N. C. WNT signaling in neuronal maturation and synaptogenesis. Front Cell Neurosci. 7, 103 (2013).
- Engel, T., Hernandez, F., Avila, J., Lucas, J. J. Full reversal of Alzheimer’s disease-like phenotype in a mouse model with conditional overexpression of glycogen synthase kinase-3. J Neurosci. 26 (19), 5083-5090 (2006).
- Longair, M. H., Baker, D. A., Armstrong, J. D. Simple Neurite Tracer: open source software for reconstruction, visualization and analysis of neuronal processes. Bioinformatics. 27 (17), 2453-2454 (2011).
- Pool, M., Thiemann, J., Bar-Or, A., Fournier, A. E. NeuriteTracer: a novel ImageJ plugin for automated quantification of neurite outgrowth. J Neurosci Methods. 168 (1), 134-139 (2008).
