Analisi per l'integrità della barriera del cervello edelico nella Drosophila melanogaster
Summary
L’integrità della barriera emato-encefalica è fondamentale per la funzione del sistema nervoso. Nella Drosophila melanogaster, la barriera emato-encefalica è formata da cellule gliali durante l’embriogenesi tardiva. Questo protocollo descrive i metodi per la formazione e la manutenzione delle barriere emato-encefalice negli embrioni di D. melanogaster e delle larve instar terze.
Abstract
Un corretto sviluppo del sistema nervoso include la formazione della barriera emato-encefalica, la barriera di diffusione che regola strettamente l’accesso al sistema nervoso e protegge il tessuto neurale dalle tossine e dagli agenti patogeni. I difetti nella formazione di questa barriera sono stati correlati con le neuropatie, e la ripartizione di questa barriera è stata osservata in molte malattie neurodegenerative. Pertanto, è fondamentale identificare i geni che regolano la formazione e il mantenimento della barriera emato-encefalica per identificare potenziali bersagli terapeutici. Per comprendere i ruoli esatti che questi geni svolgono nello sviluppo neurale, è necessario testare gli effetti dell’espressione genica alterata sull’integrità della barriera emato-encefalica. Molte delle molecole che funzionano nella creazione della barriera emato-encefalica sono state trovate per essere conservate attraverso le specie eucariotiche, tra cui la mosca della frutta, Drosophila melanogaster. I moscerini della frutta hanno dimostrato di essere un ottimo sistema modello per esaminare i meccanismi molecolari che regolano lo sviluppo e la funzione del sistema nervoso. Questo protocollo descrive una procedura passo-passo per testare l’integrità della barriera emato-encefalica durante le fasi embrionali e larve dello sviluppo di D. melanogaster.
Introduction
Durante lo sviluppo, la comunicazione cellulare-cellula e le interazioni sono fondamentali per la creazione della struttura e della funzione dei tessuti e degli organi. In alcuni casi, queste interazioni cellula-cellula sigillano gli organi dall’ambiente circostante per garantire la corretta funzione dell’organo. Questo è il caso del sistema nervoso, che è isolato dalla barriera emato-encefalica (BBB). La disfunzione della BBB nell’uomo è stata collegata a disturbi neurologici tra cui l’epilessia, e la rottura della barriera è stata osservata nelle malattie neurodegenerative tra cui la sclerosi multipla e la sclerosi laterale amiotrofica1. Nei mammiferi, la BBB è formata da strette giunzioni tra le cellule endoteliali2,3. Altri animali, tra cui la mosca della frutta, Drosophila melanogaster, hanno un BBB composto da cellule gliali. Queste cellule gliali formano una barriera selettivamente permeabile per controllare il movimento di sostanze nutritive, prodotti di scarto, tossine e grandi molecole dentro e fuori il sistema nervoso4. Ciò consente la manutenzione del gradiente elettrochimico necessario per sparare potenziali di azione, consentendo la mobilità e la coordinazione4. In D. melanogaster, la glia proteggere il sistema nervoso dal potassio-ricco, emolymph sangue-come5.
Nel sistema nervoso centrale (CNS) e nel sistema nervoso periferico (PNS) di D. melanogaster, due strati gliali esterni, la glia subperineuriale e la glia perineuriale, così come una rete esterna di matrice extracellulare, la lamella neurale, formano barriera emolymph-brain e emolymph-nerve6, indicata come BBB in tutto questo articolo. Durante lo sviluppo glia subperineurial diventano poliploidi e ingrandiscono per circondare il sistema nervoso5,6,7,8,9,10,11 . La glia subperineuriale forma giunzioni di septate, che forniscono la barriera di diffusione principale tra l’emolina e il sistema nervoso5,6,12. Queste giunzioni sono molecolarmente simili alle giunzioni simili a septate che si trovano nei paranodi della glia mielinata nei vertebrati, e svolgono la stessa funzione delle giunzioni strette nella BBB dei mammiferi13,14, 15 Mi lasa del sistema , 16 , 17.La glia perineuriale si divide, cresce e avvolge la glia subperineuriale per regolare la diffusione di metaboliti e grandi molecole6,10,18,19. La formazione di BBB è completata da 18,5 h dopola deposizione delle uova (AEL) a 25 . Studi precedenti hanno identificato geni che sono regolatori critici della formazione di BBB20,21,22. Per comprendere meglio i ruoli esatti di questi geni, è importante esaminare l’effetto della mutazione di questi potenziali regolatori sull’integrità BBB. Mentre studi precedenti hanno delineato approcci per affermare l’integrità della BBB negli embrioni e nelle larve, un protocollo completo per questo test deve ancora essere descritto5,7. Questo protocollo passo-passo descrive i metodi per il test di integrità BBB durante gli stadi della larva embrionale e terza nella stella di D. melanogaster.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo protocollo fornisce una descrizione completa dei passi necessari per testare l’integrità di BBB durante gli stadi larvali tardoembrionici e terzi instar dello sviluppo di D. melanogaster. Approcci simili sono stati descritti altrove per testare l’integrità della BBB durante lo sviluppo, così come nelle fasi adulte5,7,29,30. Tuttavia, le descrizioni delle procedure nelle sezio…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori ringraziano il Dr. F. Bryan Pickett e il Dr. Rodney Dale per l’uso di attrezzature per l’iniezione. Questo lavoro è stato finanziato da finanziamenti per la ricerca della Loyola University di Chicago a M.D., D.T., e J.J.
Materials
| 10 kDa sulforhodamine 101 acid chloride (Texas Red) Dextran | ThermoFisher Scientific | D1863 | Dextran should be diluted in autoclaved ddH2O to a concentration of 25 mg/mL. |
| 20 μL Gel-Loading Pipette Tips | Eppendorf | 22351656 | |
| 100% Ethanol (200 proof) | Pharmco-Aaper | 11000200 | |
| Active Dry Yeast | Red Star | ||
| Agar | Fisher Scientific | BP1423 | |
| Agarose | Fisher Scientific | BP160-500 | |
| Air Compressor | DeWalt | D55140 | |
| Apple Juice | Mott's Natural Apple Juice | ||
| Bleach | Household Bleach | 1-5% Hypochlorite | |
| Borosilicate Glass Capillaries | World Precision Instruments | 1B100F-4 | |
| Bottle Plugs | Fisher Scientific | AS-277 | |
| Cell Strainers | BD Falcon | 352350 | |
| Confocal Microscope | Olympus | FV1000 | Samples imaged using 20x objective (UPlanSApo 20x/ 0.75) |
| Cotton-Tipped Applicator | Puritan | 19-062614 | |
| Double-Sided Tape 1/2" | Scotch | ||
| Dumont Tweezers; Pattern #5; .05 X .01mm Tip | Roboz | RS-5015 | |
| Fly Food Bottles | Fisher Scientific | AS-355 | |
| Fly Food Vials | Fisher Scientific | AS-515 | |
| Foot Pedal | Treadlite II | T-91-S | |
| Gel Caster | Bio-Rad | 1704422 | |
| Gel Tray | Bio-Rad | 1704436 | |
| Glass Pipette | VWR | 14673-010 | |
| Glycerol | Fisher Scientific | BP229-1 | |
| Granulated sugar | Purchased from grocery store. | ||
| Halocarbon Oil | Lab Scientific, Inc. | FLY-7000 | |
| Light Source | Schott | Ace I | |
| Manipulator Stand | World Precision Instruments | M10 | |
| Micromanipulator | World Precision Instruments | KITE-R | |
| Micropipette Puller | Sutter Instrument Co. | P-97 | |
| Needle Holder | World Precision Instruments | MPH310 | |
| Nightsea Filter Sets | Electron Microscopy Science | SFA-LFS-CY | For visualization of YFP |
| Nightsea Full Adapter System w/ Royal Blue Color Light Head | Electron Microscopy Science | SFA-RB | For visualization of GFP |
| Paintbrush | Simply Simmons | Chisel Blender #6 | |
| Pipetter | Fisher Scientific | 13-683C | |
| Pneumatic Pump | World Precision Instruments | PV830 | This is also referred to as a microinjector or pressure regulator. Since the model used in our study is no longer available this is one alternative. |
| Potassium Chloride | Fisher Scientific | BP366-500 | |
| Potassium Phosphate Dibasic | Fisher Scientific | BP363-500 | |
| Small Embryo Collection Cages | Genesee Scientific | 59-100 | |
| Sodium Chloride | Fisher Scientific | BP358-212 | |
| Sodium Phosphate Dibasic Anhydrous | Fisher Scientific | BP332-500 | |
| Steel Base Plate | World Precision Instruments | 5052 | |
| Stereomicroscope | Carl Zeiss | Stemi 2000 | Used for tissue dissection. |
| Stereomicroscope with transmitted light source | Baytronix | Used for injection. | |
| Tegosept (p-hydroxybenzoic acid, methyl ester) | Genesee Scientific | 20-258 | |
| Triton X-100 | Fisher Scientific | BP151-500 | Nonionic surfactant |
| Vial Plugs | Fisher Scientific | AS-273 |
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