המטרה של הליך זה היא לנתח את רקמת שריר האורך גב (DLM) כדי להעריך את השלמות המבנית של צמתים עצביים שריריים DLM (NMJs) במודלים של מחלות ניווניות באמצעות מלנוגסטר Drosophila.
Drosophila משמש מודל שימושי להערכת מבנה סינפטי ותפקוד הקשורים למחלות ניווניות. בעוד עבודה רבה התמקדה צמתים עצביים שריריים (NMJs) בזחלי Drosophila, הערכת שלמות סינפטית בדרוזופילה למבוגרים קיבל הרבה פחות תשומת לב. כאן אנו מספקים שיטה פשוטה עבור ניתוח של שרירי האורך גב (DLMs), אשר נדרשים עבור יכולת טיסה. בנוסף לטיסה כקריאה התנהגותית, ניתוח זה מאפשר הן סינפסות DLM ורקמות שריר להיות מותן לניתוח מבני באמצעות נוגדנים תיוג פלורסנטית עבור סמנים סינפטיים או חלבונים של עניין. פרוטוקול זה מאפשר הערכה של השלמות המבנית של סינאפסות בדרוזופילה למבוגרים במהלך הזדקנות כדי מודל מתקדם, תלוי גיל הטבע של רוב מחלות ניווניות.
תפקוד סינפטי הוא בין סימני ההיכר המוקדמים ביותר הידועים של רוב המחלות ניווניותהעיקריות 1,,2,,3,,4,,5,,6. עם זאת, מעט מאוד ידוע לגבי איך ליקויים מבניים ופונקציונליים אלה מתייחסים לשלבים מאוחרים יותר של התקדמות המחלה. Drosophila הוכיחה להיות מערכת מודל שימושי להבנת צמיחה ופיתוח סינפסה באמצעות זחל NMJs7,,8,,9. עם זאת, שלב instar הזחל השלישי נמשך רק כמה ימים, הגבלת התועלת שלהם בלימוד מתקדם, תלוי גיל ניוון עצבי. חלופה להערכת NMJs זחל היא לבחון מבנים סינפטיים ב Drosophila למבוגרים, כגון סינפסות שנוצרו על שרירי האורך גב (DLMs)הנדרשים לטיסה 10,11, 12,13,1314,,15,16. סינאפסות טריפתיות אלה מאורגנות מבחינה מבנית באופן דומהל-17סינאפסות יונקים , מה שמספק יתרון ייחודי להערכת מודלים של מחלות ניווניות.
כאן אנו מתארים שיטה פשוטה לניתוח השלמות המבנית של NMJs למבוגרים במודל Drosophila של ניוון עצבי. שיטות קודמות של DLM, מחקרים, הדגישו את החשיבות של שימור רקמת שרירלמגוון יישומים 18,19,,20,,21,,22,,23., הפרוטוקול שלנו מספק שיטה מקיפה כדי לשמר הן רקמת עצבית והן רקמת שריר לחקור מחלות ניווניות. מרכיב מרכזי נוסף בחקר מחלות אלה הוא היכולת להבין אובדן עצבי באופן תלוי גיל. עבודה קודמת מספקת הבנה ביקורתית ועמיקה של האופן שבו ה-DLM NMJs נוצרים במהלך מטמורפוזהלבגרות מוקדמת 11,12,14,15,16,24. הפרוטוקול שלנו קובע שיטה לבנות על עבודה זו כדי לחקור DLM NMJs באופן תלוי גיל בהזדקנות ומחלות ניווניות.
באמצעות השיטות המתוארות בפרוטוקול זה, אנו מספקים גישה פשוטה עבור פירוק של רקמת DLM ולהדגים כיצד ניתן להחיל זאת כדי להעריך את שלמות סינפטי באמצעות כתמים מבניים סמנים סינפטיים ב Drosophila למבוגרים. צעד קריטי אחד בפרוטוקול שעושה את רקמת DLM קל יותר לנתח הוא הקפאת הבזק עם חנקן נוזלי. ללא שלב זה, הרקמה היא פחות מוצקה וקשה יותר לחתוך בדיוק כפי שנצפה איור 3. פרוטוקול זה מתבסס על שיטות פעולה קודמות כדי לאפשר שימור של נוירונים מוטוריים ורקמות שריר18,19,20,21,22,23. מגבלה אחת של פרוטוקול זה היא כי בעת ביצוע החתך את קו האמצע עבור bisection, זה יכול להיות קשה לקבל שתי הכנות נקיות לכל בית החזה. דרך אחת להבטיח לפחות המיטוהורקס אחד לכל זבוב, אתה יכול בכוונה לחתוך לצד אחד של בית החזה כדי לקבל הכנה אחת נקייה. עם שינוי זה, ייתכן שיהיה עליך גם להסיר רקמה עודפת נוספת מהחתך כדי לנקות את הדגימה עם מפסק הלהב. עבור אלה החדשים בטכניקה זו, עם תרגול מתמשך, דיוק bisection יגדל.
השיטה המתוארת כאן מאפשרת לחוקרים להעריך בקלות את השלמות המבנית של NMJs DLM למבוגרים בכל עת לאורך תוחלת החיים שלהם. יתרון מרכזי של פרוטוקול זה היא היכולת לגשת שלמות סינפטית במודלים של מחלות ניווניות באמצעות סמנים סינפטיים. אנו מדגימים כי יישום זה יכול לעזור לדמיין שינויים מורפולוגיה ברוטו עם כתמים מבניים (איור 1C\u2012H). בנוסף, ניתן להעריך שלמות סינפטית עם כתם של סמנים presynaptic כולל אך לא רק Synapsin28 (איור 2A\u2012F), Syntaxin29 (איור 2G\u2012L) ו BRP30 (איור 2M\u2012R). רקמת השריר postsynaptic ניתן גם להעריך באמצעות נוגדן המשנה קולטן גלוטמט III31 (איור 2S\u2012X), המדגים את השירות של פרוטוקול זה.
החוקרים יכולים גם להשתמש בשיטת ניתוח זו כדי להשלים נתונים פונקציונליים כדי לבחון באופן מקיף את השלמות המבנית של סינופסות הקשורות למגוון רחב של מחלות. סינאפסות אלה מאפשרות גם ניתוח פונקציונלי באמצעות הקלטות אלקטרופיזיולוגיות32,33,34 וטיסה10. פרוטוקול זה יכול גם לספק נוחות גישה לרקמות עבור יישומים רבים ואסה. מחקרים עתידיים, לדוגמה, יכולים להשתמש בפרוטוקול זה כדי לכמת שינויים סינפטיים באמצעות כימות הצפיפות ומספר הסינאפסות15,16. בעוד הפרוטוקול המתואר כאן בוחן באופן ספציפי שלמות סינפטית של נוירונים מוטוריים, פרוטוקולים משלימים להערכת אובדן תאי שריר יכול להתבצע גם עם ניתוח זה באמצעות הכתמת TUNEL35. כדי לבחון אובדן עצבי, ניתוח של גנגליון בית החזה36 יכול לשמש גם עם כתמי TUNEL. אנו מצפים כי הניתוח המתואר כאן יהיו יישומים נוספים מחקרים עתידיים הערכת פתולוגיות הקשורות לגיל, כמו גם מחלות ניווניות.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (R01 NS110727) ל-D.T.B.
32% Formaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 15714 | Tissue preservation |
Alexa Fluor 568 goat anti mouse | Fisher Scientific | A11031 | Labels primary antibodies. Used at 1:200 concentration. |
Alexa Fluor 568 goat anti rabbit | Fisher Scientific | A11036 | Labels primary antibodies. Used at 1:200 concentration. |
anti- Bruchpilot (BRP) antibody | Developmental Studies Hybridoma Bank | NC82 | Stains the active zones in presynaptic neurons. Used at 1:25 concentration. |
anti-GluRIII antibody | Gift from Aaron DiAntonio | N/A | Labels glutamate receptor subunits. Used at 1:1000 concentration. |
anti-Synapsin antibody | Developmental Studies Hybridoma Bank | 3C11 | Labels the synaptic protein synapsin. Used at 1:50 concentration. |
anti-Syntaxin antibody | Developmental Studies Hybridoma Bank | 8C3 | labels the synaptic protein syntaxin. Used at 1:10 concentration. |
BenchRocker | Genesee Scientific | 31-302 | Rotating samples during staining |
Blade Breaker | Fine Science Tools | 10053-09 | Used for holding feather blade |
cover slips | Fisher Scientific | 12548A | For mounting tissue |
cryogenic gloves | VWR | 97008-198 | protect hands from liquid nitrogen |
cryogenic tweezers | VWR | 82027-432 | Hold 2.0 mL tube in liquid nitrogen |
dewar flask-1900 mL | Thomas Scientific | 5028M54 | Hold liquid nitrogen |
Feather Blades | Electron Microscopy Sciences | 72002-01 | Scalpel Blades |
Fine Forecps x 2 | Fine Science Tools | 11252-20 | One fine pair for Clearing midline of thorax. The other pair can be dulled using a sharpening stone. |
FITC-conjugated anti HRP | Jackson Laboratories | 123-545-021 | Stains Motor Neurons. Used at 1:100 concentration |
freezer box (Black) | Fisher Scientific | 14100F | Protects samples from light |
glass pasteur pipettes | VWR | 14637-010 | Used to transfer samples |
glass slides | Fisher Scientific | 12550143 | For mounting tissue |
mounting media (vectashield) anti-fade | VWR | 101098-042 | Mounting media retains fluorescent signaling |
nail polish | Electron Microscopy Sciences | 72180 | Seals microscope slides |
normal goat serum | Fisher Scientific | PCN5000 | Prevents non-specific binding of antibodies |
paint brush | Genesee Scientific | 59-204 | Transferring flies |
PBS | Fisher Scientific | 10-010-023 | Saline solution for dissecting and staining |
Phalloidin 647 | Abcam | AB176759 | Stains F-Actin in muscle Tissue. Used at 1:1000 concentration |
plastic petri dish (100 mm) | VWR | 25373-100 | Dissection dish |
reinforcement labels | W.B. Mason | AVE05722 | Provides support for glass coverslip over the mounted tissue |
sharpening block | Grainger | 1RDF5 | Keeping fine forceps sharp and also dulling separate pair |
slide folder | VWR | 10126-326 | Sample storage |
standard office scissors | W.B. Mason | ACM40618 | Cutting reinforcement labels |
Sylgard 184 | Electron Microscopy Sciences | 24236-10 | Coating for dissection dish |
Triton-X-100 | Electron Microscopy Sciences | 22140 | Helps to permeabilize tissue |
Vannas Disssection Sissors | Fine Science Tools | 1500-00 | Ued for removing fly legs and making an incision on thorax |