Summary

Uso de la unión neuromuscular de las larvas de Drosophila y células musculares para visualizar la red de microtúbulos

Published: October 20, 2023
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Summary

Aquí, presentamos un protocolo detallado para visualizar las redes de microtúbulos en las uniones neuromusculares y las células musculares. Combinado con las potentes herramientas genéticas de Drosophila melanogaster, este protocolo facilita enormemente el cribado genético y el análisis de la dinámica de los microtúbulos para determinar el papel de las proteínas reguladoras de la red de microtúbulos en el sistema nervioso.

Abstract

La red de microtúbulos es un componente esencial del sistema nervioso. Las mutaciones en muchas proteínas reguladoras de los microtúbulos se asocian con trastornos del neurodesarrollo y enfermedades neurológicas, como la proteína Tau asociada a microtúbulos a enfermedades neurodegenerativas, la proteína cortante de microtúbulos Spastin y Katanin 60 causan paraplejia espástica hereditaria y anomalías del neurodesarrollo, respectivamente. La detección de redes de microtúbulos en las neuronas es ventajosa para dilucidar la patogénesis de los trastornos neurológicos. Sin embargo, el pequeño tamaño de las neuronas y la densa disposición de los haces de microtúbulos axonales dificultan la visualización de las redes de microtúbulos. En este estudio, describimos un método para la disección de la unión neuromuscular larvaria y las células musculares, así como la inmunotinción de α-tubulina y la proteína Futsch asociada a microtúbulos para visualizar redes de microtúbulos en Drosophila melanogaster. La unión neuromuscular nos permite observar los microtúbulos pre y postsinápticos, y el gran tamaño de las células musculares en la larva de Drosophila permite una visualización clara de la red de microtúbulos. Aquí, mutando y sobreexpresando Katanin 60 en Drosophila melanogaster, y luego examinando las redes de microtúbulos en la unión neuromuscular y las células musculares, revelamos con precisión el papel regulador de Katanin 60 en el neurodesarrollo. Por lo tanto, combinado con las poderosas herramientas genéticas de Drosophila melanogaster, este protocolo facilita enormemente el cribado genético y el análisis de la dinámica de los microtúbulos para determinar el papel de las proteínas reguladoras de la red de microtúbulos en el sistema nervioso.

Introduction

Los microtúbulos (MT), como uno de los componentes estructurales del citoesqueleto, desempeñan un papel importante en diversos procesos biológicos, incluida la división celular, el crecimiento y la motilidad celular, el transporte intracelular y el mantenimiento de la forma celular. La dinámica y la función de los microtúbulos están moduladas por interacciones con otras proteínas, como MAP1, MAP2, Tau, Katanin y Kinesin 1,2,3,4,5.

En las neuronas, los microtúbulos son esenciales para el desarrollo y mantenimiento de axones y dendritas. Las anomalías en los microtúbulos conducen a la disfunción e incluso a la muerte de las neuronas. Por ejemplo, en el cerebro de los pacientes con Alzheimer, la hiperfosforilación de la proteína Tau reduce la estabilidad de la red de microtúbulos, causando irregularidades neurológicas6. Por lo tanto, el examen de las redes de microtúbulos contribuirá a la comprensión del neurodesarrollo y la patogénesis de las enfermedades neurológicas.

La unión neuromuscular (NMJ) es la sinapsis periférica formada entre el terminal axonal de una neurona motora y una fibra muscular, que es un excelente y potente sistema modelo para estudiar la estructura y las funciones sinápticas7. Futsch es una proteína de Drosophila que es homóloga a la proteína de unión a microtúbulos MAP1B que se encuentra en los mamíferos8. Se expresa solamente en las neuronas y desempeña un papel en el desarrollo de los botones sinápticos de la NMJ 8,9. En el tipo salvaje, los haces filamentosos que corren a lo largo del centro de los procesos NMJ se visualizan mediante inmunotinción con anti-Futsch. Al llegar al final de NMJ, este haz tiene la capacidad de formar un bucle formado por microtúbulos o de perder su estructura filamentosa, lo que da lugar a un aspecto difuso y punteado10. Los bucles de microtúbulos se asocian con conos de crecimiento en pausa, lo que sugiere que la matriz de microtúbulos es estable11. Por lo tanto, podemos determinar indirectamente el desarrollo estable de microtúbulos en NMJ mediante tinción de Futsch. El gran tamaño de las células musculares de la larva de Drosophila permite una visualización clara de la red de microtúbulos. Los factores que afectan la estabilidad de la red de microtúbulos se pueden encontrar analizando la densidad y la forma de los microtúbulos. Al mismo tiempo, el estado de la red de microtúbulos de las células musculares se puede verificar de forma cruzada con el resultado de la NMJ para obtener conclusiones más completas.

Se han empleado muchos protocolos para investigar la red y la dinámica de los microtúbulos. Sin embargo, estas investigaciones muchas veces se han centrado en estudios in vitro 12,13,14,15,16. Alternativamente, algunos experimentos in vivo han empleado microscopía electrónica para detectar el citoesqueleto17. De acuerdo con la unión específica de anticuerpos marcados con fluorescencia o colorantes químicos a proteínas o ADN, los métodos aquí presentados permiten la detección de redes de microtúbulos en NMJ a nivel de neuronas individuales in vivo, con resultados corroborados por observaciones en células musculares. Este protocolo es simple, estable y repetible cuando se combina con las poderosas herramientas genéticas disponibles en Drosophila melanogaster, lo que permite una amplia gama de exámenes fenotípicos y exámenes genéticos para el papel de las proteínas reguladoras de la red de microtúbulos en el sistema nervioso in vivo.

Protocol

1. Disección de larvas NOTA: La solución diseccionadora de solución salina similar a la hemolinfa (HL3.1)18 y la solución de fijación al 4% de paraformaldehído (PFA)19,20 se utilizan a temperatura ambiente porque los microtúbulos se despolimerizan cuando la temperatura es demasiado baja. Escoge una larva errante de3er estadio con pinzas largas y romas. Lávelo con HL3…

Representative Results

Demostramos un procedimiento paso a paso para visualizar la red de microtúbulos tanto en las uniones neuromusculares (NMJ) como en las células musculares. Después de la disección de acuerdo con el diagrama esquemático (Figura 1A-E), se realiza la inmunotinción y posteriormente se observan las imágenes y se recogen bajo un microscopio confocal láser o un microscopio de fluorescencia estereoscópica (Figura 1F, G). <p …

Discussion

Aquí se describe un protocolo para la disección e inmunotinción de las uniones neuromusculares y las células musculares de las larvas de Drosophila . Hay varios puntos esenciales a tener en cuenta. En primer lugar, evitar lesiones en los músculos observados es crucial durante el proceso de disección. Puede valer la pena arreglar el filete antes de extraer los órganos internos para evitar el contacto directo entre las pinzas y los músculos. Para evitar daños musculares o la separación de la epidermis la…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Agradecemos al Dr. Ying Xiong por las discusiones y comentarios sobre el manuscrito. Este trabajo cuenta con el apoyo de una subvención de la Fundación Nacional de Ciencias de China (NSFC) a C. M. (31500839).

Materials

Alexa Fluor Plus 405 phalloidin invitrogen A30104 dilute 1:200
Enhanced Antifade Mounting Medium Beyotime P0128M
FV10-ASW confocal microscope Olympus
Goat anti-Mouse antibody, Alexa Fluor 488 conjugated Thermo Fisher A-11001 dilute 1:1,000
Laser confocal microscope LSM 710 Zeiss
Micro Scissors 66vision 54138B
Mouse anti-Futsch antibody Developmental Studies Hybridoma Bank   22C10 dilute 1:50
Mouse anti-α-tubulin antibody Sigma T5168 dilute 1:1,000
Paraformaldehyde Wako 168-20955 Final concentration: 4% in PB Buffer
Stainless Steel Minutien Pins Entomoravia 0.1mm Diam
Stereomicroscope SMZ161 Motic
stereoscopic fluorescence microscope BX41 Olympus
Texas Red-conjugated goat anti-HRP Jackson ImmunoResearch dilute 1:100
TO-PRO(R) 3 iodide Invitrogen T3605 dilute 1:1,000
Transfer decoloring shaker TS-8 Kylin-Bell lab instruments E0018
TritonX-100 BioFroxx 1139
Tweezers  dumont 500342

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Cite This Article
Zhang, S., Wang, X., Liu, Z., Jin, S., Mao, C. Using Drosophila Larval Neuromuscular Junction and Muscle Cells to Visualize Microtubule Network. J. Vis. Exp. (200), e65774, doi:10.3791/65774 (2023).

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