ショウジョウバエ幼虫の神経筋接合部と筋細胞を用いた微小管ネットワークの可視化

微小管(MT)は、細胞骨格を構成する構成要素の1つとして、細胞分裂、細胞増殖と運動性、細胞内輸送、細胞形状の維持など、さまざまな生物学的プロセスにおいて重要な役割を果たしています。微小管の動態と機能は、MAP1、MAP2、タウ、カタニン、キ^{ネシンなどの}他のタンパク質との相互作用によって調節されます1,2,3,4,5。

ニューロンでは、微小管は軸索と樹状突起の発達と維持に不可欠です。微小管の異常は、機能不全やニューロンの死さえも引き起こします。例えば、アルツハイマー病患者の脳では、タウタンパク質の過剰リン酸化により微小管ネットワークの安定性が低下し、神経学的不規則性が引き起こされます⁶。したがって、微小管ネットワークを調べることは、神経発達と神経疾患の病因の理解に貢献します。

神経筋接合部(NMJ)は、運動ニューロンの軸索末端と筋線維の間に形成される末梢シナプスであり、シナプスの構造と機能を研究するための優れた強力なモデルシステムです⁷。フッチはショウジョウバエのタンパク質で、哺乳類に見られる微小管結合タンパク質MAP1Bと相同である⁸。ニューロンにのみ発現し、NMJのシナプスボタン^の発達に関与している^8,9。野生型では、NMJ突起の中心に沿って走る糸状束を抗Futschで免疫染色することで可視化します。NMJの末端に達すると、この束は微小管からなるループを形成するか、またはその糸状構造を失い、びまん性および点状の外観をもたらす能力を有する¹⁰。微小管ループは一時停止した成長円錐と関連しており、微小管アレイが安定していることを示唆している¹¹。そのため、フッチ染色によりNMJにおける微小管の安定な発生を間接的に決定することができます。ショウジョウバエの幼虫の筋肉細胞のサイズが大きいため、微小管ネットワークを明確に視覚化できます。微小管ネットワークの安定性に影響を与える要因は、微小管の密度と形状を分析することで見つけることができます。同時に、筋肉細胞の微小管ネットワークの状態をNMJの結果と交差検証して、より包括的な結論を得ることができます。

微小管のネットワークとダイナミクスを調べるために、多くのプロトコルが採用されています。しかし、これらの研究はしばしばin vitro研究に焦点を当てている12,13,14,15,16。或いは、いくつかのin vivo実験では、細胞骨格を検出するために電子顕微鏡法が用いられている¹⁷。蛍光標識抗体または化学色素のタンパク質またはDNAへの特異的結合によると、ここで紹介する方法により、NMJの微小管ネットワークをin vivoの個々のニューロンレベルで検出することができ、その結果は筋肉細胞での観察によって裏付けられています。このプロトコルは、ショウジョウバエのメラノガスターで利用可能な強力な遺伝ツールと組み合わせると、シンプルで安定しており、反復性があり、生体内の神経系における微小管ネットワーク調節タンパク質の役割について、多様な表現型検査および遺伝子スクリーニングを可能にします。