תיוג של תאים בודדים במערכת העצבים המרכזית של<em> דרוזופילה melanogaster</em

Summary

אנו מציגים טכניקה לסימון תאי עצב בודדים במערכת העצבים המרכזית (CNS) של<em> דרוזופילה</em> עוברים, המאפשר הניתוח של מורפולוגיה עצבית על ידי אור או שודר או מיקרוסקופיה confocal.

Abstract

במאמר זה יתאר כיצד בנפרד לתייג תאי עצב במערכת העצבים המרכזיים העוברית של דרוזופילה melanogaster על ידי ההזרקה של juxtacellular DiI סמן lipophilic ניאון הממברנה. שיטה זו מאפשרת הדמיה של מורפולוגיה של תאים עצבית בפירוט רב. אפשר לתייג את כל תאים במערכת העצבים מרכזיים: גופי תא של הנוירונים היעד הם דמיינו תחת אופטיקה DIC או על ידי ביטוי של סמן גנטי ניאון כגון ה-GFP. לאחר תיוג, DiI יכול להפוך לחום קבוע כתם ידי photoconversion כדי לאפשר הדמיה של מורפולוגיה תא עם אור מועבר ואופטיקה DIC. לחלופין, את התאים שכותרת DiI-ניתן לצפות ישירות עם מיקרוסקופיה confocal, המאפשרים חלבוני כתב ניאון הציגו גנטי להיות colocalised. הטכניקה יכולה לשמש בכל בעל חיים, ללא קשר לגנוטיפ, כך שניתן לנתח פנוטיפים מוטציה ברזולוצית תא בודדה.

Introduction

ידע של מורפולוגיה עצבית ברמה של תאים בודדים הוא תנאי מפתח להבנת קישוריות עצבית ותפקוד מערכת עצבים מרכזיים. כך, החל מהימים הראשונים של מדעי המוח, החוקרים בקשו לפתח טכניקות תיוג תא בודדות (ראה ⁷ לטיפול הסטורי של בעיה זו). שיטות קלסיות כגון צביעת Golgi לספק רזולוציה מצוינת של מורפולוגיה עצבית אך אינן מתאימים אם אחד מבקש לתייג סוג מסוים של נוירון באופן מכוון, כמכתים מתרחשת באופן אקראי. הפיתוח של שיטות להכתמת תאים בודדים על ידי הזרקה תאית או juxtacellular של צבעים מmicroelectrode התייחס לדרישה של תיוג ספציפי.

היישום של זריקה אחת נוירון לצבוע כדי תסיסנית הציג אתגר גדול, בגלל גודלו הקטן של שניהם האורגניזם ותאי העצב שלה. עם זאת, כתמי נוירון בודדים של עוברית דרוזופילה </emהנוירונים> הושגו באמצע 1980 במעבדה של הקורים ¹⁵ גודמן. בעוד השיטה הייתה בהחלט שימושית וספקה כמה תובנה חשובות על מנגנונים להתפתחות עצבית בדרוזופילה במשך 20-30 השנים האחרונות (לדוגמה, ^{2, 10),} עובדים רבים נרתעו ממנו, בעיקר בגלל הדרישות הטכניות שלה.

הזמינה בשנים האחרונות יותר של טכניקות גנטיות לתיוג עצבי בדרוזופילה גם תרם לפופולריות של הזרקת צבע נוירון בודדה. ביטוי GAL4 ביים של מבני GFP קרום ממוקדים יכול לספק פתרון מצוין למורפולוגיה עצבית ^{1, 20.} עם זאת, לשיטה זו יש מגבלות מסוימות: הביטוי לעתים קרובות בלתי הנמנע של ה-GFP בתאים מרובים יכול לטשטש את המבנה של תאי עצב בודד וקו נהג GAL4 לא יהיה זמין לנהוג ביטוי בתא עצב מסוים של ריבית. MARCM (ניתוח פסיפס עם ציטוטמרקר סלולרי ressible) שיטה ⁸ יכול לספק תיוג של מהות כל נוירון ברמת התא הבודדה, אך לא ניתן להשתמש בהצלחה בעובר והזחל מוקדם בגלל התחלופה האיטית של חלבון GAL80.

בהתחשב במגבלות אלה של תיוג גנטי, אנו מאמינים כי הזרקת צבע נוירון הבודדה בעובר דרוזופילה נשארת טכניקה חשובה וראויה ליישום רחב יותר. כדי לקדם מטרה זו, אנו מספקים כאן תיאור מפורט של השיטה. המחשת כוחה מסופקת על ידי החשבון האחרון שלנו על המורפולוגיה של הסט השלם של interneurons בneuromeres בטן של העובר מאוחר תסיסנית ^14. מחקר זה, שחשף גם את השונות מורפולוגית של סוגי תאים עצביים בודדים ועקרונות של ארגון neuromere במערכת העצבים המרכזיים של העובר, לא היה אפשרי עם כל שיטת תיוג זמינה אחרת.

Protocol

אנחנו השתמשנו בשתי גרסות שונות מעט של שיטת תיוג נוירון הבודדה במעבדות שלנו. ההבדלים מתייחסים לאוסף העובר, dechorionisation, devitellinisation וצעדי המגואלת בדם עובר. איור 1 נותן סקירה של השלבים הנפוצים והמתפצלים של הגרסות. 1. הכנת מייקרו מ…

Representative Results

איור 4 ממחיש תוצאות טיפוסיות של הטכניקה, שאנו מתארים כאן. האיור 4A מראה דוגמה של interneuron אחת DiI מלא שphotoconverted נקי. זה יפה ממחיש את כמות הפרטים אלה הצעת הכנות. כאשר מתחת אופטיקה DIC ההקשר המרחבי של התא המסומן בתוך הרקמה הסובבת הלא מתויגת-הופך לגלוי, למשל</em…

Discussion

אחד יתרונות עיקריים של דרוזופילה כמודל למערכת הוא שהיא מאפשרת ניתוח של התפתחות ותפקוד ברמה של תאים בודדים. זה שימושי במיוחד לגבי מערכת עצבים, שם המגוון של סוגי תאים הוא גבוה במיוחד והתפקוד והמורפולוגיה של תאי שכנים יכולים להיות שונים לחלוטין.

<p class="jove_content" style=…

Materials

Name of Reagent/Material	Company	Catalogue Number	Comments
			REAGENTS
DAB	Sigma-Aldrich	D-5905	2-3 mg/ml in 100 mM TRIS-Hcl, pH 7.4
DiI	Invitrogen/Molecular Probes	D-282	1 mg/ml in ethanol
Formaldehyde	Merck Millipore		7,4 % in PBS
Glycerol	Roth	3783	70% in PBS
Heptane Glue	Beiersdorf AG	Cello 31-39-30 *	dilute ca. 1 to 1 with n-Heptane
PBS			1x
TRIS	Roth	4855
Vectashield	Vector Laboratories	H1000
			EQUIPMENT
Confocal Microscope	Leica	TCS SP2	to view and document labelings in fluorescence
DC – amplifier	Dragan Corporation	Cornerstone ION-100	to perform the labelings
Coverslips	Menzel	BB018018A1	18 x 18 mm
Coverslips	Menzel	BB024060A1	24 x 60 mm
Dissecting Microscope	Leica	MZ8	to prepare and disect embryos
Flat Capillaries	Hilgenberg		outer diameter 1 mm; glas thickness 0.1 mm
Injection Capillaries	Science Products	GB 100 TF 8P
Micromanipulator R	Leica		to perform the labelings
Model P-97	Sutter Instruments		to pull capillaries
Object Slides	Marienfeld Superior	1000000
Scientific Microscope	Zeiss	Axioskop 2 mot	to view labelings after photoconversion
Scientific Microscope	Olympus	BX50	to perform the labelings
Sony MC3255 Video Camera	Sony/AVT Horn	Sony MC3255	to record labelings after photoconversion

Table 1.