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Das Drosophila-Protokoll für Herzschnitte und Fluoreszenzbildgebung vereinfacht die Untersuchung von Herzstrukturen und -pathologien. Dieser Ansatz beinhaltet einfaches Schneiden, Färben und Imaging, wobei das technische Know-how, das für die herkömmliche Dissektion erforderlich ist, umgangen wird. Es verbessert die Zugänglichkeit und macht Drosophila zu einem breiter nutzbaren Modell für die kardiale Forschung in der breiteren wissenschaftlichen Gemeinschaft.
Drosophila-Herzmodelle werden häufig bei der Untersuchung der Herzalterung und der Modellierung menschlicher Herzerkrankungen eingesetzt. Das Sezieren von Drosophila-Herzen vor der Bildgebung ist jedoch ein akribischer, zeitintensiver Prozess, der fortgeschrittenes Training und motorische Fähigkeiten erfordert. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, stellen wir ein innovatives Protokoll vor, das Kryosektionen für die Fluoreszenzbildgebung von Drosophila-Herzgewebe verwendet. Das Protokoll wurde bei der Bildgebung des erwachsenen Drosophila-Herzens demonstriert, könnte aber für Entwicklungsstadien angepasst werden. Die Methode verbessert sowohl die Effizienz als auch die Zugänglichkeit der Fluoreszenzfärbung bei gleichzeitiger Wahrung der Integrität des Gewebes. Dieses Protokoll vereinfacht den Prozess, ohne die Qualität der Bildgebung zu beeinträchtigen, und verringert so die Abhängigkeit von Technikern mit hochentwickelter Ausbildung und motorischen Fähigkeiten. Konkret ersetzen wir komplexe Techniken, wie z.B. die Kapillarvakuumabsaugung, durch einfachere Methoden wie die Gewebeeinbettung. Dieser Ansatz ermöglicht es, kardiale Strukturen einfacher und reproduzierbarer zu visualisieren. Wir demonstrieren die Nützlichkeit dieses Protokolls, indem wir wichtige kardiale Marker effektiv erkennen und eine hochauflösende Fluoreszenz- und Immunfärbebildgebung erzielen, die komplizierte Details der Herzmorphologie und zellulären Organisation enthüllt. Diese Methode bietet Forschern, die die Herzbiologie von Drosophila erforschen, ein robustes und zugängliches Werkzeug, das detaillierte Analysen der Entwicklung, Funktion und Krankheitsmodelle des Herzens ermöglicht.
Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVD) sind weltweit die häufigste Todesursache und jedes Jahr für etwa 17,9 Millionen Todesfälle verantwortlich, was fast 1/3 aller Todesfälle weltweit ausmacht. Drosophila melanogaster (allgemein bekannt als Fruchtfliege) wurde häufig als Modellorganismus für die Untersuchung der genetischen, zellulären und molekularen Grundlagen der kardialen Entwicklung, Physiologie, des Stoffwechsels, des Alterns und der Kardiomyopathien verwendet 1,2,3,4,5,6,7,8,9. Drosophila-Modelle wurden auch verwendet, um die Rolle des Herzmuskels bei der systemischen Regulation von Fettleibigkeitzu untersuchen 10, einem Hauptrisikofaktor für kardiovaskuläre Morbidität und Mortalität. Studien zur Genomsequenzierung von Drosophila 11 haben eine signifikante Konservierung von Genen beim Menschen gezeigt, einschließlich solcher, die mit der Entwicklung verschiedener Organe, einschließlich des Herzens, verbunden sind. Unter diesen hochkonservierten Genen sind einige an kardialen Funktionsstörungen beteiligt, wie z. B. Kardiomyopathien oder Kanalopathien3. Die jüngste Entwicklung effektiver Techniken zur Untersuchung der Herzleistung hat die Anwendungen des Modells erweitert, um langfristige Veränderungen in der Herzphysiologie von Erwachsenen aufgrund von Faktoren wie Bewegung, Ernährung und Alterung zu untersuchen8. Technische und logistische Herausforderungen behindern den Einsatz dieses Modellsystems jedoch oft. Eine Herausforderung bei der Verwendung von Drosophila in kardiologischen Studien ist eine präzise Dissektion des Herzens, bei der die Zytoarchitektur und die Myokardelemente erhalten bleiben.
Das Drosophila-Herz oder das dorsale Gefäß besteht aus einer röhrenartigen Struktur, die aus einer einzigen Schicht von Kardiomyozyten besteht, Perikardzellen, die entlang der Herzwand positioniert sind und von Alary-Muskeln gestützt werden, und bei Erwachsenen, begleitet von einer Schicht ventraler Längsmuskelzelle12. Das genaue Präparieren für den Zugang zu diesen empfindlichen Strukturen ist ein zeit- und arbeitsintensiver Prozess. Die derzeitige Norm beinhaltet technisch anspruchsvolle Dissektion und Kapillarvakuumabsaugung, die eine fortgeschrittene Ausbildung und motorische Fähigkeiten erfordert 13,14,15,16. In der Regel beginnt die Dissektion mit dem Einschneiden der ventralen Körperwand, und die Herausforderungen stellen sich schnell dar, wenn man die winzige Anatomie des Herzens, seine fragile Struktur und die schwer zugängliche dorsale Lage berücksichtigt. In Kombination mit traditionellen Präpariertechniken ermöglicht dies eine präzise Analyse der Herzstruktur und -funktion und bietet ein verbessertes Werkzeug für die Untersuchung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen bei Drosophila13. Auf diese Weise stellten Alayari et al. beispielsweise ein Protokoll für die fluoreszierende Markierung von Drosophila-Herzstrukturen zur Verfügung, das die Visualisierung der Herzmorphologie und -struktur erleichtert. Trotz dieser Bemühungen steht die traditionelle Herzdissektion und -färbung vor mehreren Herausforderungen, darunter die Schwierigkeit, die Gewebeintegrität zu erhalten, und die spezielle Ausbildung, die für eine effektive Herzfärbung erforderlich ist.
Die Methode bietet eine innovative Lösung für dieses Problem, indem sie das gesamte Verfahren durch ein einfacheres Protokoll ersetzt, das die Kryoeinbettung von Drosophila , Thorax und Abdomen verwendet, gefolgt von Immunfärbung und Fluoreszenzbildgebung. Dieser leicht zu erlernende Ansatz sorgt für eine schnellere und einfachere Visualisierung von Herzstrukturen mit höherer Reproduzierbarkeit. Darüber hinaus beschreiben wir eine einfache Methode mit Trockeneis, die eine gleichmäßige Ausrichtung der abdominalen Nagelhaut von Drosophila auf derselben Z-Ebene gewährleistet und so den Kryosektionsschritt stromabwärts rationalisiert. Wir demonstrieren die Wirksamkeit dieses Protokolls bei der Detektion wichtiger kardialer Marker, der Herzmorphologie und der zellulären Organisation mit Immunfluoreszenz sowie konfokaler Mikroskopie. Die Einfachheit und hohe Wirksamkeit dieses Ansatzes ist besonders hilfreich für Hochdurchsatz-Drosophila-basierte Herzstudien.
1. Vorbereitung der Ausrüstung
2. Vorbereitung der Lösungen
3. Entnahme von Gewebe
4. Fixierung des gesamten Gewebes
5. Vorbereitung der Form
6. Kryosektion von Formen
HINWEIS: Es ist im Allgemeinen ratsam, eine Rohform vorzubereiten und zu schneiden, bevor Sie Formen der Versuchsgruppe schneiden. Auf diese Weise können wir die ordnungsgemäße Funktion des Rades, der Klinge und des Rollschutzglases unmittelbar vor dem Schneiden des Gewebes sicherstellen. Lassen Sie außerdem Schimmelpilze, die aus kälterer Lagerung stammen, 30 Minuten lang im Kryostaten akklimatisieren.
7. Fluoreszenz-Färbung
8. Montage und Vorbereitung für die Bildgebung
9. Bildgebung
HINWEIS: Für die Bildaufnahme wurde ein Olympus BX 63 Mikroskop mit 10x-, 40x- und 60x-Objektiven verwendet. Die entsprechenden Filter für DAPI, Lipid Spot 488 und Phalloidin 594 wurden ebenfalls verwendet.
Die oben beschriebene Methode ermöglicht die Untersuchung des Drosophila-Herzens mittels Fluoreszenzbildgebung ohne langwierige Dissektion. Dies ist der Hauptvorteil dieser Methode, da die herkömmliche Methode der Herzdissektion die Entwicklung komplexer motorischer Fähigkeiten erfordert. Wie in Abbildung 1 dargestellt, ist die Methode für neue Forscher zugänglicher als die Herzdissektion und ermöglicht die Flexibilität des Experiments. Alter...
Wir haben ein effizientes Protokoll für die Vorbereitung eines Drosophila-Herzschlauchs für die Visualisierung mittels Fluoreszenz- oder konfokaler Bildgebung entwickelt. Dem geht eine Diskussion über eine häufig verwendete, aber zeit- und arbeitsintensive Methode voraus, um auf die zytologische Integrität des Drosophila-Herzens zuzugreifen und diese zu überwachen. Unsere innovative und effiziente Methode bietet eine prägnante und effiziente Alternative zu herkö...
Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Wir danken den Mitgliedern des Melkani-Labors für ihre Hilfe mit wertvollem Feedback bei der Entwicklung des Protokolls. Diese Arbeit wurde durch Zuschüsse der National Institutes of Health (NIH) AG065992 und RF1NS133378 an G.C.M. unterstützt. Diese Arbeit wird auch von UAB Startup Funds 3123226 unterstützt und 3123227 an G.C.M.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1000 µL Pipette | Eppendorf | 3123000063 | |
1000 µL Pipette Tips | Olympus Plastics | 23-165R | |
10X Phosphate Buffered Saline (PBS) | Fisher | J62036.K7 | ph=7.4 |
200 Proof Ethanol | Decon Laboratories | 64-17-5 | |
20X Tris Buffered Saline | Thermo Scientific | J60877.K2 | pH=7.4 |
Anti-Roll Glass | IMEB | AR-14047742497 | |
Bovine Serum Albumin | Fisher | 9048-46-8 | |
Centrifuge Tubes 1.5 mL | Fisher | 05-408-129 | |
Charged Slides | Globe Scientific | 1415-15 | |
Cryosectioning Molds | Fisher | 2363553 | |
Cryostat | Leica | CM 3050 S | |
Cryostat Blades | C.L. Sturkey | DT554N50 | |
Dry Ice | |||
Fine Forceps | Fine Science Tools | 11254-20 | |
Fly Pad | Tritech Research | MINJ-DROS-FP | |
Hardening mounting Media with Dapi | Vectashield | H-1800 | |
Kimwipes | Kimtech | 34120 | |
Microscope | Olympus | SZ61 | |
Optimal Cutting Temperature Compound | Fisher | 4585 | |
Paraformaldehyde 20% | Electron Microscopy Sciences | 15713 | |
Phalloidin 594 | Abnova | U0292 | |
Razor Blades | Gravey | #40475 | |
Spring Scissors | Fine Science Tools | 15000-10 | |
Sucrose | Fisher | S5-500 |
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