Biologia cellulare quantitativa della neurodegenerazione in Drosophila attraverso analisi imparziale delle proteine fluorescente contrassegnate usando ImageJ
Summary
Abbiamo sviluppato un flusso di lavoro semplice e adattabile per estrarre dati quantitativi da studi biologici basati su formazione immagine di fluorescenza delle cellule di aggregazione proteica e flusso autofagico nel sistema nervoso centrale di Drosophila modelli di neurodegenerazione.
Abstract
Con la crescente diffusione di malattie neurodegenerative, è sempre più importante capire la patofisiologia di fondo che conduce alla perdita e disfunzione neuronale. Tecnologie e strumenti di imaging basata sulla fluorescenza abilitare analisi senza precedenti dei processi neurobiologici subcellulari, eppure c’è ancora una necessità di approcci imparziale, riproducibile e accessibile per l’estrazione di dati quantificabili da studi di imaging . Abbiamo sviluppato un flusso di lavoro semplice e adattabile per estrarre dati quantitativi dagli studi di formazione immagine di fluorescenza-basata della drosofila in modelli di neurodegenerazione. In particolare, descriviamo un metodo facile da seguire, semi-automatizzato utilizzando Fiji/ImageJ per analizzare i due processi cellulari: in primo luogo, quantifichiamo aggregazione proteica e profilo nel lobo ottico Drosophila utilizzando fluorescenti-etichetta mutante proteine di huntingtin; e in secondo luogo, valutiamo il flusso di autofagia-lisosoma nel sistema visivo della drosofila con quantificazione basata su raziometrici di un reporter fluorescente tandem dell’autofagia. D’importanza, il protocollo descritto qui include un passaggio di segmentazione semi-automatizzata per garantire che tutte le strutture fluorescenti sono analizzate per minimizzare il bias di selezione e per aumentare la risoluzione di sottili confronti. Questo approccio può essere esteso per l’analisi di altre strutture biologiche cellulari e processi implicati nei processi neurodegenerativi, quali proteinico puncta (granuli di stress e complessi sinaptici), anche come membrana-limitano scomparti (mitocondri e vescicole della membrana del traffico). Questo metodo fornisce un standardizzato, ma adattabile riferimento punto per analisi dell’immagine e la quantificazione e potrebbe facilitare affidabilità e riproducibilità attraverso il campo e infine migliorare comprensione meccanicistica della neurodegenerazione.
Introduction
Malattie neurodegenerative colpiscono milioni di persone ogni anno e l’incidenza sta aumentando con l’invecchiamento della popolazione1. Mentre ogni malattia neurodegenerative ha un’eziologia unica, aggregazione delle proteine misfolded e ripartizione della rete proteostasis sono patologici comuni caratteristiche di molte di queste malattie. Delucidamento come rottura di questi processi fondamentali e interdipendenti va storto per contribuire alla morte delle cellule e la disfunzione neuronale è fondamentale per la comprensione delle malattie neurodegenerative così come guidare gli interventi terapeutici. Acquisizione di immagini basata sulla fluorescenza permette per indagine su questi processi complessi e dinamici nei neuroni e ha notevolmente contribuito alla nostra comprensione della biologia delle cellule neuronali. Analisi di proteine fluorescente è impegnativo, specialmente quando gli esperimenti sono effettuati in vivo, a causa di tessuti altamente compatti, tipi cellulari diversi ed eterogeneità morfologica. Manuale assistita quantificazione è conveniente e semplice, ma è spesso richiede tempo e soggetto a pregiudizi umani. Di conseguenza, c’è una necessità di approcci imparziale, riproducibile e accessibile per l’estrazione di dati quantificabili da studi di imaging.
Abbiamo delineato un flusso di lavoro semplice e adattabile con Fiji/ImageJ, un’immagine potente e liberamente accessibile, elaborazione software2,3, per estrarre dati quantitativi da studi di formazione immagine di fluorescenza in modelli sperimentali di neurodegenerazione utilizzando Drosophila. Seguendo questo protocollo per quantificare l’aggregazione proteica e flusso autofagico — due cellulari caratteristiche biologiche che sono altamente pertinenti alla patologia di malattia neurodegenerative — abbiamo dimostrato la sensibilità e la riproducibilità di questo approccio. Analisi delle proteine fluorescente contrassegnati huntingtina (Htt) nel lobo ottico di Drosophila ha rivelato il numero, la dimensione e l’intensità degli aggregati della proteina. Abbiamo visualizzato un reporter fluorescente tandem di autophagic flusso all’interno del sistema visivo di Drosophila , che mostra segnali di emissione diversi a seconda l’ ambiente compartimentali4. Analisi basata su raziometrici del reporter tandem ammessi per una visione quantitativa e globale di cambiamento continuo di autofagia-lisosoma da formazione dell’autofagosoma, maturazione e trasporto alla degradazione nel lisosoma e inoltre evidenziato vulnerabili compartimenti in circostanze neurodegenerative interrotta. Importante, in entrambe le analisi abbiamo implementato passaggi di soglia e segmentazione semi-automatizzati nel nostro protocollo per ridurre al minimo la polarizzazione unconscious, aumentare la potenza di campionamento e fornire uno standard per facilitare i confronti tra studi simili. Il semplice flusso di lavoro è inteso a rendere potente plugin di Fiji/ImageJ (sviluppato da scienziati informatici basati su algoritmi matematici) più accessibile ai neurobiologi e la comunità di Scienze della vita in generale.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il protocollo descritto qui può essere utilizzato per robustamente e riproducibile quantitate processi biologici delle cellule visualizzati da formazione immagine di fluorescenza-basata. Contesto biologico e limiti tecnici devono essere attentamente considerati per guidare il disegno sperimentale. Marcatori fluorescenti di strutture subcellulari di interesse, se immunohistochemical, dye-based o geneticamente espresse, devono essere distinguibili sopra priorità bassa di morfologia e intensità. Il sistema GAL4/UAS</…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è supportato da Sheila e David Fuente neuropatico dolore ricerca programma Istituto europeo di Oncologia (a J.M.B.), il Lois Pope LIFE Fellows Program (di C.L., Y.Z. e J.M.B.), la Snyder-Robinson Foundation Fellowship Predoctoral (a C.L.), il Dr. John T . Fondazione di Macdonald (a C.L.), contratti, borse di studio dal National Institutes of Health (NIH) HHSN268201300038C, R21GM119018 e R56NS095893 (per R.G.Z.) e dal progetto di studioso di Taishan (Provincia di Shandong, Repubblica popolare cinese) (per R.G.Z.).
Materials
| SYLGARD(R) 184 Silicone Elastomer Kit | Dow Corning Corporation | PF184250 | Dissection dish |
| Falcon 35 mm Not TC-Treated Easy-Grip Style Bacteriological Petri Dish | Corning | 351008 | Dissection dish |
| Dumont #5 Forceps | Fine Science Tools | 11251-20 | Dissection tool |
| Sodium Chloride | Sigma | S3014 | PBS solution |
| Sodium Phosphate Dibasic | Sigma | S5136 | PBS solution |
| Potassium Phosphate Monobasic | Sigma | P5655 | PBS solution |
| Triton X-100 | Sigma | T9284 | Washing and antibody incubaton solution. |
| 37% Formaldehyde | VWR | 10790-710 | Fixation |
| Disposable Microcentrifuge Tubes (0.5mL, blue) | VWR | 89000-022 | Fixation, washing, and antibody incubaton. |
| Plain and Frosted Micro Slides (25×75mm) | VWR | 48312-004 | Slides for confocal imaging |
| Micro Cover Glasses, rectangular (22×40mm) | VWR | 48393-172 | Slides for confocal imaging |
| Rubber Cement | Slime | 1051-A | Mounting |
| VECTASHIELD Antifade Mounting Medium | Vector Laboratories, Inc. | H-1000 | Mounting |
| Scotch Magic 810 Invisible Tape (19mm×25.4m) | 3M Company | 810 | Mounting |
| Normal Goat Serum | Thermo Fisher Scientific | PCN5000 | Antibody incubaton |
| DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride) | Thermo Fisher Scientific | D1306 | Nucleic acid staining. Dissolve in deionized water to make a 5 mg/mL stock solution and store at -80°C. Dilute to a working concentration of 10-20 μg/mL in PBTx. |
| 3.5X-90X Stereo Zoom Inspection Industrial Microscope | AmScope | SM-1BNZ | Dissection scope. Equipped with 6W LED Dual Gooseneck Illuminator |
| ImageJ/Fiji | NIH | v1.51u | With SCF_MPI_CBG plugins (version 1.1.2) |
| FV1000-IX81 Confocal-laser Scanning Microscope | Olympus | ||
| Recombinant Construct | Bloomington Drosophila Stock Center | BL37749 |
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