Mass Histologia para quantificar neurodegeneração em<em> Drosophila</em

Summary

Drosophila é amplamente usado como um sistema modelo para estudar a neurodegeneração. Este protocolo descreve um método pelo qual a degeneração, como determinado pela formação de vacúolo no cérebro, podem ser quantificados. Ela também minimiza os efeitos devido ao procedimento experimental por meio de processamento e controlo de moscas e de seccionamento experimentais como uma amostra.

Abstract

doenças neurodegenerativas progressivas como a doença de Alzheimer (AD) ou a doença de Parkinson (DP) é uma ameaça crescente para a saúde humana em todo o mundo. Embora os modelos de mamíferos forneceram importantes insights sobre os mecanismos subjacentes da patogenicidade, a complexidade dos sistemas de mamíferos, juntamente com seus altos custos estão limitando a sua utilização. Portanto, o simples, mas bem estabelecida modelo de sistema de Drosophila fornece uma alternativa para investigar as vias moleculares que são afetados nessas doenças. Além défices comportamentais, doenças neurodegenerativas são caracterizadas por fenótipos histológicos, tais como a morte neuronal e axonopatia. Para quantificar a degeneração neuronal e determinar como ela é afetada por fatores genéticos e ambientais, usamos uma abordagem histológica que é baseado na medição dos vacúolos no cérebro mosca adulta. Para minimizar os efeitos do erro sistemático e comparar diretamente as seções de controle e expmoscas erimental em uma preparação, usamos o método "colar" para cortes de parafina. A neurodegeneração é então avaliada medindo o tamanho e / ou o número de vacúolos que se desenvolveram no cérebro da mosca. Isto pode ser feito concentrando-se em uma região específica de interesse ou analisando todo o cérebro através da obtenção de cortes seriados que se estendem da cabeça completa. Por conseguinte, este método permite um para medir não só a degeneração severa mas também fenótipos relativamente suaves que só são detectáveis ​​em algumas secções, como ocorre durante o envelhecimento normal.

Introduction

Com o aumento da expectativa de vida, doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer ou de Parkinson tornaram-se uma ameaça crescente de saúde para a população em geral. De acordo com os Institutos Nacionais de Saúde, 115 milhões de pessoas em todo o mundo estão previstos para ser afetada pela demência em 2050. Embora um progresso significativo tem sido feito na identificação de genes e fatores de risco envolvidos em pelo menos algumas dessas doenças, para muitos deles, o subjacente mecanismos moleculares ainda são desconhecidos ou não bem compreendida.

Simples organismos modelo de invertebrados como Caenorhabditis elegans e Drosophila melanogaster oferecem uma variedade de vantagens experimentais para estudar os mecanismos de doenças neurodegenerativas, incluindo um ciclo de vida curta, grande número de descendentes, e da disponibilidade de métodos genéticos e moleculares bem estabelecidas e, por vezes únicas ^{1 -12.} Além disso, estes organismos são passíveis de imparcialtelas de interação que podem identificar fatores que contribuem para estas doenças por seus efeitos agravantes ou melhorar em fenótipos neurodegenerativas.

Analisar tais interações genéticas e avaliar os efeitos do envelhecimento requer protocolos quantitativos para detectar neurodegeneração e medir a sua gravidade. Esta avaliação pode ser feita de forma relativamente fácil quando se mede aspectos comportamentais em Drosophila, como a aprendizagem olfactiva, geotaxis negativos, ou fototaxia rápido, que fornecem um valor de desempenho numérico ^13-21. É também possível determinar os efeitos sobre a sobrevivência neuronal contando os neurónios. No entanto, isso só é possível quando o foco em uma população específica que é claramente identificável, como os neurónios dopaminérgicos que são afectados na doença de Parkinson, e mesmo assim, os resultados têm sido controversos ^22-24.

O protocolo aqui descrito utiliza o método de colar para realizar cortes seriados de parafina, um métodoque foi originalmente desenvolvido por Heisenberg e Böhl, que o usou para isolar mutantes cerebrais anatômicas em Drosophila ^25. A utilização do método de colar foi subsequentemente adaptado, incluindo em criocortes, vibratome secções, e secções de plástico ^26-28. Aqui, este método é empregue para obter secções em série de toda a cabeça da mosca, que pode então ser utilizado para medir os vacúolos que se desenvolvem em moscas com fenótipos ^16,21,29-32 neurodegenerativas. Estas medições podem ser feitas em regiões específicas do cérebro, ou pode cobrir todo o cérebro; esta última abordagem permite um para identificar os fenótipos fracos mesmo degenerativas, como observado durante o envelhecimento. Finalmente, quando se utiliza os colares, até 20 moscas pode ser processada como uma preparação, que não só é menos demorado, mas também permite a análise de controlo e as moscas experimentais na mesma preparação, minimizando artefactos devido a ligeiras alterações na a preparação.

Protocol

1. Fixação da cabeça em coleiras e inclusão em parafina Nota: Todos os passos no processo de fixação deve ser feito numa hotte. Metilbenzoato, embora não representam um risco para a saúde, tem um odor altamente distinta, que pode ser avassaladora se não for tratado em um exaustor. Antes de anestesiar as moscas, fazem-se 50 ml de solução de Carnoy por adição de 15 ml de clorofórmio e 5 ml de ácido acético glacial e 30 mL de etanol a 99% (não se misturam o clorofórmio e ácido acético…

Representative Results

Usando os resultados do método descrito em cortes seriados corados pelo pigmento do olho 33, que abrangem toda a cabeça da mosca. Uma parte desta é mostrado na Figura 1B, em que as secções de uma cabeça individual são mostrados de cima para baixo. As secções de diferentes moscas são vistos esquerda para a direita neste exemplo. Para facilitar a orientação e a identificação das moscas, de uma mosca sem olhos (oculis seno) é inserido como…

Discussion

O método descrito fornece um meio para quantificar a neurodegeneração no cérebro de Drosophila. Enquanto que outros métodos, tais como contagem de um tipo celular específico, pode ser usado para identificar a neurodegeneração, a vantagem deste método é que ele pode ser aplicada de modo mais geral. Contar as células requer que estas células podem ser identificadas com fiabilidade utilizando quer um anticorpo específico ou a expressão de um marcador específico de células, a qual não está sempre …

Materials

Name of the Reagent/Equipment	Company	Catalog Number
Collar	Genesee Scientific	TS 48-100	We are using custom made collars that are made from one piece of metal instead of layers as the ones by Genesee. A discription to make collars can be found at http://flybrain.neurobio.arizona.edu/Flybrain/html/atlas/fluorescent/index.html
Rubber ice cube tray for embedding	Household store		The size can be made to fit by glueing in additional walls
Crystallizing dish	Fisher Scientific company	08-762-3
Ether	Fisher Scientific Company	E138-1
Ethanol	Decon Laboratories Inc.	2701
Choloroform	Fisher Scientific Company	C298-500
Glacial Acetic Acid	Fisher Scientific Company	A38-212
Methylbenzoate	Fisher Scientific Company	M205-500	Distinct Odor
Use in fume hood
Low Melting Point Paraffin Wax	Fisher Scientific Company	T565	Make sure to keep extra melted in a 65°C waterbath
Microtome	Leica Biosystems	Reichert Jung 2040 Autocut
Microscope Slide	Fisher Scientific Company	12-550D
Microscope Cover Glass	Fisher Scientific Company	12-545-M
SafeClear	Fisher Scientific Company	314-629	Three different containers for washes
Vertical Staining Jar with Cover	Ted Pella Inc.	432-1
Permount	Fisher Scientific Company	SP15-500
Poly-L-lysine Solution	Sigma Life Science	P8290-500