Visualización del patrón de proyección axonal de las neuronas motrices embrionarias<em> Drosophila</em

Summary

Este trabajo detalla un método de inmunohistoquímica estándar para visualizar las proyecciones de neuronas motoras de los embriones de Drosophila melanogaster de etapa tardía-16. La preparación en filetes de embriones fijos teñidos con anticuerpos FasII proporciona una potente herramienta para caracterizar los genes necesarios para la búsqueda de axones motores y el reconocimiento de dianas durante el desarrollo neural.

Abstract

El establecimiento de circuitos neuromusculares funcionales se basa en conexiones precisas entre los axones motores en desarrollo y los músculos diana. Las neuronas motoras extienden los conos de crecimiento para navegar a lo largo de caminos específicos, respondiendo a un gran número de guías de orientación del axón que emanan del entorno extracelular circundante. El reconocimiento del blanco del cono de crecimiento también juega un papel crítico en la especificidad neuromuscular. Este trabajo presenta un protocolo de inmunohistoquímica estándar para visualizar las proyecciones de neuronas motoras de embriones de Drosophila melanogaster de etapa tardía-16. Este protocolo incluye algunos pasos clave, incluyendo un procedimiento de genotipado, para clasificar los embriones mutantes deseados; Un procedimiento de inmunotinción, para marcar los embriones con el anticuerpo fasciclin II (FasII); Y un procedimiento de disección, para generar preparaciones en filetes a partir de embriones fijos. Las proyecciones axonales motoras y los patrones musculares en la periferia se visualizan mucho mejor en preparaciones planas de embriones fileteados que en whOle-mount embriones. Por lo tanto, la preparación en filetes de embriones fijos teñidos con anticuerpos FasII proporciona una potente herramienta para caracterizar los genes necesarios para la detección del axón motor y el reconocimiento de diana, y también puede aplicarse tanto a las pantallas genéticas de pérdida de función como de ganancia de función .

Introduction

Las conexiones precisas y selectivas entre los axones motores y los músculos diana durante el desarrollo embrionario son esenciales para la locomoción normal en larvas de Drosophila . El patrón embrionario de 30 fibras musculares en cada uno de los hemisegments abdominales A2-A7 se establece por la etapa 16 ¹ . Las 36 neuronas motoras que se generan en el cordón nervioso ventral extienden sus axones hacia la periferia para inervar los músculos diana específicos ² . La detección del axón motor y el reconocimiento del objetivo se pueden visualizar mediante inmunohistoquímica con un anticuerpo (anticuerpo monoclonal de ratón 1D4) ^{3 , 4} . Múltiples imágenes de los patrones de proyección del axón motor en embriones de tipo salvaje están disponibles en la web ⁵ . El anticuerpo 1D4 etiqueta todos los axones motores y tres fascículos axónicos longitudinales en cada lado de la línea media del sistema nervioso central embrionario (SNC) ⁴ </sUp> ^{, 6} ( Figura 1C y Figura 2A ). Por lo tanto, la inmunohistoquímica con el anticuerpo FasII proporciona una poderosa herramienta para identificar los genes necesarios para la conectividad neuromuscular para demostrar los mecanismos moleculares subyacentes axón motor orientación y reconocimiento de objetivos.

En cada uno de los hemisegmentos abdominales A2-A7, los axones motores se proyectan y se fasciculan selectivamente en dos ramas nerviosas principales, el nervio segmentario (SN) y el nervio intersectorial (ISN) ^{2 , 4} , y una rama nerviosa menor, el nervio transversal ) ⁷ . El SN defascicula selectivamente para dar lugar a dos ramas nerviosas llamadas SNa y SNc, mientras que el ISN se divide en tres ramas nerviosas llamadas ISN, ISNb e ISNd ^{2 , 4} . Entre ellos, ISN, ISNb, SNA y el axón motorLos patrones de proyección se visualizan con mayor precisión cuando los embriones de etapa 16 tardía se tiñen con anticuerpo FasII y se filetean ( Figura 1C y Figura 2A ). Las neuronas motoras ISN extienden sus axones para inervar los músculos dorsales 1, 2, 3, 4, 9, 10, 11, 18, 19 y 20 ^{2 , 4} ( Figura 2A ). Las neuronas motoras ISNb inervan los músculos ventrolaterales 6, 7, 12, 13, 14, 28 y 30 ^{2 , 4} ( Figura 2A y 2B). La rama nerviosa SNa proyecta inervar los músculos laterales 5, 8, 21, 22, 23 y 24 ^{2 , 4} ( Figura 2A ). El TN, que consiste en dos axones motores, proyecta ipsilateralmente a lo largo del borde segmentario para inervar el músculo 25 y hace sinapsis con la neurona dendrítica bipolar lateral (LBD) en elPeriferia ⁷ ( figura 2A ). Estas innervaciones musculares objetivo requieren no sólo la defasciculación selectiva de los axones motores en puntos específicos de elección, sino también el reconocimiento del músculo objetivo. Además, algunas putativo mesodermal guidepost células que actúan como objetivos intermedios se encontraron tanto en el ISN y SNa vías, pero no a lo largo de la vía ISNb [ ^4] . Esto podría sugerir que ISNb motor axon pathfinding puede ser regulado de una manera distinta en comparación con la ISN y SNa axón motor guía, y también indica que periféricos axón motor guía proporciona un atractivo modelo experimental para estudiar el diferencial o conservado funciones de una sola guía de referencia Molécula ⁸ .

Este trabajo presenta un método estándar para visualizar los patrones de proyección axonal de las neuronas motoras embrionarias en Drosophila . Los protocolos descritos incluyen cómo diseccionar embriones fijos teñidos con 1D4 aNtibody y procesados ​​en 3,3'-diaminobenzidina (DAB) para preparaciones en filetes. Una ventaja crítica de las preparaciones planas de embriones fijos es la mejor visualización de las proyecciones axonales y patrones musculares en la periferia. Además, este trabajo también muestra cómo el genotipo de embriones fijos para ordenar los embriones mutantes deseados utilizando el método de tinción LacZ.

Protocol

1. Preparación Preparar 500 ml de solución salina tamponada con fosfato (PBS) con solución de t-octilfenoxipolietoxietanol (PBT) mediante la adición de 0,5 g de albúmina de suero bovino (BSA) y 0,5 ml de t-octilfenoxipolietoxietanol (véase la Tabla de Materiales) a 500 ml de PBS 1X Y agitando durante al menos 30 min. Almacenar a 4 ° C. Utilice cuando sea relativamente fresco y guarde la solución en una botella limpia. Hacer 10 ml de paraformaldehído al 4% mediante la adición de 2,5 ml de u…

Representative Results

Las conexiones precisas entre los axones motores y los músculos diana durante el desarrollo neural dependen de la repulsión selectiva del axón-axón y el reconocimiento del objetivo en puntos específicos de elección 4 . En Drosophila , la repulsión selectiva entre los axones motores está regulada en parte por la acción combinada de semahorinas de clase 1 y 2 (Semas), incluyendo Sema-1a, Sema-2a y Sema-2b 8 , <sup…

Discussion

Los detalles de los defectos de orientación del axón motor se anotan más rápido y con mayor precisión por la preparación en filetes de los embriones teñidos con DAB que por la microscopía confocal de escaneo con láser de los marcados fluorescentemente. Por lo tanto, la preparación en filetes de embriones fijos y teñidos con 1D4 es la más adecuada para la caracterización funcional de moléculas de guía. Cuatro clases principales de señales de guía, incluyendo netrinas, hendiduras, semaforinas (Semas), y e…

Materials

Bovine Serum Albumin	Sigma-Aldrich	A7906
Triton X-100	Sigma-Aldrich	X100	t-Octylphenoxypolyethoxyethanol
16% Paraformaldehyde Solution	Ted Pella	18505
Sodium Chloride	Sigma-Aldrich	S5886
Potassium Chloride	Sigma-Aldrich	P5405
Sodium Phosphate Dibasic	Sigma-Aldrich	30435
Sodium Phosphate Monobasic	Sigma-Aldrich	71500
X-Gal Substrate	US Biological	X1000	X-Gal (5-Bromo-4-chloro-3-indolyl-b-D-galactoside galactopyranoside)
Dimethyl Sulfxide	Sigma-Aldrich	D4540
Magnesium Chloride	Sigma-Aldrich	M8266
Potassium hexacyanoferrate(II) trihydrate	Sigma-Aldrich	P9387
Potassium hexacyanoferrate(III)	Sigma-Aldrich	244023
Hydrogen Peroxide	Sigma-Aldrich	216763
3,3'-diaminobenzidine Tetrahydrochloride	Sigma-Aldrich	D5905
Agar	US Biological	A0930
Sucrose	Fisher Scientific	S5-3
Tegosept (Methy 4-Hydroxybenzoate)	Sigma-Aldrich	H5501
Culture Dish (60 mm)	Corning	430166
Tricon Beaker	Simport	B700-100	This is used to make a plastic beaker cage for embryo collection.
Yeast	Societe Industrielle Lesaffre	Saf Instant Yeast Red
Cotton Swab (Wooden Single Tip Cotton PK100)	VWR	14220-263
Eppendorf Tube (1.5 ml)	Sarstedt	#72.690
Bleach	The Clorox Company	Clorox
Heptane	Sigma-Aldrich	246654
Methanol	J.T. Baker	UN1230
Normal Goat Serum	Life Technologies	16210-064
Anti-FasciculinII Antibody	Developmental Studies Hybridoma Bank	1D4 anti-Fasciclin II
Goat Anti-mouse-HRP Antibody	Jackson Immunoresearch	115-006-068	AffiniPure F(ab')2 Fragment Goat Anti-Mouse IgG+IgM (H+L) (min X Hu, Bov, Hrs Sr Prot
Glycerol	Sigma-Aldrich	G9012
Slide Glass	Duran Group	235501403
Coverslip	Duran Group	235503104	18 x 18 mm
1 ml Syringe	Becton Dickinson Medical(s)	301321
Tungsten Needle	Ted Pella	#27-11	Tungsten Wire, ø0.13mm/6.1m (ø.005"/20 ft.)
Nutator (Mini twister)	Korean Science	KO.VS-96TWS	Alternatively, BD Clay Adams Brand Nutator (BD 421125)