Method Article
L'obiettivo di questa procedura è quello di sezionare il tessuto del muscolo longitudinale dorsale (DLM) per valutare l'integrità strutturale delle giunzioni neuromuscolari DLM (NMJ) nei modelli di malattia neurodegenerativa utilizzando Drosophila melanogaster.
La Drosophila funge da modello utile per valutare la struttura sinaptica e la funzione associata alle malattie neurodegenerative. Mentre molto lavoro si è concentrato sulle giunzioni neuromuscolari (NMJ) nelle larve di Drosophila, la valutazione dell'integrità sinaptica nella Drosophila adulta ha ricevuto molta meno attenzione. Qui forniamo un metodo semplice per la dissezione dei muscoli longitudinali dorsali (DLM), che sono necessari per la capacità di volo. Oltre al volo come lettura comportamentale, questa dissezione consente che le sinapsi DLM e il tessuto muscolare siano suscettibili all'analisi strutturale utilizzando anticorpi etichettati fluorescentemente per marcatori sinaptici o proteine di interesse. Questo protocollo consente la valutazione dell'integrità strutturale delle sinapsi nella Drosophila adulta durante l'invecchiamento per modellare la natura progressiva e dipendente dall'età della maggior parte delle malattie neurodegenerative.
La disfunzione sinaptica è tra i primi segni distintivi noti della maggior parte delle principali malattie neurodegenerative1,2,3,4,5,6. Tuttavia, si sa molto poco su come queste menomazioni strutturali e funzionali si riferiscono alle fasi successive della progressione della malattia. Drosophila ha dimostrato di essere un utile sistema di modello per comprendere la crescita e lo sviluppo delle sinapsi utilizzando LArval NMJs7,8,9. Tuttavia, il terzo stadio larvale instar dura solo pochi giorni, limitando la loro utilità nello studio della neurodegenerazione progressiva e dipendente dall'età. Un'alternativa alla valutazione dei NMJ larval consiste nell'esaminare le strutture sinaptiche nella Drosophila adulta,come le sinapsi formate sui dorsali longitudinali (DLM) necessarie peril volo 10,11,12,13,14,15,16. Queste sinapsi tripartite sono strutturalmente organizzate in modo simile alle sinapsi dei mammiferi17, fornendo un vantaggio unico per la valutazione di modelli di malattie neurodegenerative.
Qui descriviamo un metodo semplice per analizzare l'integrità strutturale degli NMJ adulti in un modello di neurodegenerazione della Drosophila. Precedenti metodi di dissezione DLM e studi hanno sottolineato l'importanza di preservare il tessuto muscolare per una varietà diapplicazioni 18,19,20,21,22,23. Il nostro protocollo fornisce un metodo completo per preservare sia il tessuto neuronale che quello muscolare per studiare le malattie neurodegenerative. Un altro componente importante dello studio di queste malattie è la capacità di comprendere la perdita neuronale in modo dipendente dall'età. Il lavoro precedente fornisce una comprensione critica e approfondita di come i DLM NMJ si formano durante la metamorfosi nella prima etàadulta 11,12,14,15,16,24. Il nostro protocollo stabilisce un metodo per costruire su questo lavoro per indagare DLM NMJs in modo dipendente dall'età in invecchiamento e malattie neurodegenerative.
1. Generazione di mosche transgeniche
2. Preparazione della dissezione
3. Isolamento e fissazione del torace
4. Congelamento flash e bisezione torace
5. Colorazione strutturale
6. Tessuto di montaggio
7. Alternativa: Colorazione con anticorpi primari
NOTA: questa sezione è facoltativa e deve essere utilizzata direttamente tra le sezioni 4 e 5, se lo si desidera.
La generazione di mosche transgeniche che esprimono la proteina di associazione al Tar umana di 43 kDa mutante (TDP-43M337V) è rappresentata dallo schematico (Figura 1A). Questo dimostra l'applicazione del sistema binario Gal4/UAS in Drosophila27. L'illustrazione raffigura un emitorace con sei fibre muscolari, A-u2012F che va dalla fibra A più dorsale alla più ventrale F (Figura 1B)11,12. Per valutare l'integrità sinaptica, gli NMJ sono stati macchiati con HRP e Phalloidin (Figura 1C-u2012E). I motoneuroni nei mutanti TDP-43M337V (Figura 1F) hanno poca o nessuna colorazione HRP entro il giorno 21, mentre WT (Oregon-R) rimane intatto (Figura 1C). Non esistono differenze visibili nella colorazione muscolare (Figura 1D,G). I cambiamenti nella morfologia lorda osservati nei mutanti TDP-43M337V dimostrano come l'integrità sinaptica possa essere implicata in un modello di malattia neurodegenerativa della sclerosi laterale amiotrofica (SLA) utilizzando il modello DLM adulto. Oltre alla colorazione strutturale, colorare i DLM NMJ può anche fornire una valutazione dell'integrità sinaptica con marcatori presinaptici (Figura 2A -u2012R) e post sinaptico (Figura 2S -u2012X). Insieme, questi risultati illustrano come questo protocollo di dissezione potrebbe essere applicato allo studio del tessuto DLM nelle malattie neurodegenerative.
Un aspetto chiave di questa dissezione è l'applicazione di azoto liquido per lampeggiare congelare il tessuto per rendere la bisezione più facile. L'utilità dell'azoto liquido è dimostrata nei moscerini WT con azoto liquido in cui il tessuto muscolare non ha danni o fibre rubate (Figura 3A-u2012C). Senza azoto liquido, il tessuto può essere più difficile da sezionare. Ad esempio, seguendo questo protocollo e saltando la fase di congelamento flash di azoto liquido, il tessuto può essere più suscettibile ai danni causati dagli strumenti di dissezione, come i neuroni danneggiati (Figura 3D) o le fibre muscolari danneggiate (Figura 3E). L'applicazione dell'azoto liquido aiuta a prevenire i danni ai tessuti che potrebbero verificarsi quando si lavora con il tessuto DLM indipendentemente dal genotipo del campione (Figura 3C e 3F).
Figura 1: denervazione progressiva delle sinapsi DLM in un modello di Drosophila della SLA. (A) La generazione di mosche transgeniche alS che esprimono una forma mutante umana di proteina Tar-Binding di 43 kDa (TDP-43) sono mostrate nello schema. (B) L'illustrazione raffigura la forma e l'orientamento di un emitorace in una Drosophila adulta. Utilizzando il protocollo, possiamo osservare la progressiva perdita di integrità sinaptica delle sinapsi DLM NMJ attraverso la colorazione strutturale dei motoneuroni con HRP (verde) e tessuto muscolare con Phalloidin (magenta). Il nostro modello raffigura la perdita di integrità sinaptica in un modello adulto di SLA attraverso la generazione di mosche adulte che esprimono un mutante da TDP-43M337V umano nei motoneuroni (Figura 1F-u2012H) rispetto a WT (Figura 1C -u2012E) mosche in fibra muscolare C. Le frecce evidenziano esempi di una sinapsi WT (Figura 1C) e un esempio di perdita di integrità sinaptica. Barra della scala di 20 m con ingrandimento 63x. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Valutazione dell'integrità sinaptica utilizzando marcatori presinaptici presso NMJ adulti. L'integrità sinaptica può anche essere valutata utilizzando marcatori presinaptici e post-sinaptici nelle mosche WT che hanno 14 giorni nella fibra muscolare C. I marcatori presinaptici Synapsin (B), Syntaxin (H) e Bruchpilot (BRP) (N) sono co-macchiati con HRP (A, G, M). La colorazione raffigura la localizzazione di questi marcatori ai terminali presinaptici (C, I, O). Con un ingrandimento più elevato, le immagini illustrano la localizzazione di Synapsin (E), Syntaxin (K) e BRP (Q) con HRP (D, Je P) in modo più dettagliato (Figura F, Le R). Mostriamo anche un marcatore post-aaaaptico Glutamate Receptor III (GluRIII) (T) co-macchiato con HRP (S). La co-colorazione dimostra l'utilità di questi marcatori (U). A ingrandimento più elevato le immagini rappresentative esemplificano la localizzazione (X) di GluRIII (W) e HRP (V) rispettivamente al tessuto muscolare post-sinaptico e ai terminali presinaptici. La barra della scala per i pannelli A, U2012C, G-I, M'u2012O, S'u2012U rappresentano 20 m con ingrandimento 63x. La barra della scala per i pannelli D-u2012F, 2J-2L, 2P-2R e 2V-2X rappresentano 10 m con ingrandimento 63x. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Utilità dell'azoto liquido per le dissezioni DLM. Per dimostrare l'utilità dell'azoto liquido per le dissezioni DLM, mostriamo un confronto tra le mosche del giorno 21 WT con e senza azoto liquido dalla fibra muscolare C. Con l'azoto liquido, Phalloidin (B) rimane intatto e non compromette la colorazione HRP (A, C). Senza azoto liquido, il tessuto muscolare diventa stringato e difficile da bisecarsi (E) e la colorazione HRP (D, F) viene compromessa a causa di un errore tecnico. Le frecce bianche mostrano un'area senza danni muscolari con azoto liquido (B) e tessuto muscolare danneggiato (E). Barra della scala: 20 m con ingrandimento 63x. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Utilizzando i metodi descritti in questo protocollo, forniamo un approccio semplice per la dissezione del tessuto DLM e dimostriamo come questo può essere applicato per valutare l'integrità sinaptica attraverso colorazione strutturale e marcatori sinaptici nella Drosophila adulta. Un passo critico nel protocollo che rende il tessuto DLM più facile da sezionare è il congelamento flash con azoto liquido. Senza questo passaggio, il tessuto è meno solido e più difficile da tagliare con precisione come osservato nella Figura 3. Questo protocollo si basa su precedenti metodi di dissezione per consentire la conservazione sia dei motoneuroni che del tessutomuscolare 18,19,20,21,22,23. Una limitazione di questo protocollo è che quando si effettua il taglio verso il basso la linea mediana per la bisezione, può essere difficile ottenere due preparati puliti per torace. Un modo per garantire almeno un emitorace per mosca, è intenzionalmente possibile tagliare su un lato del torace per ottenere una preparazione pulita. Con questa modifica, potrebbe anche essere necessario rimuovere ulteriore tessuto in eccesso dal taglio per pulire il campione con l'interruttore della lama. Per coloro che sono nuovi a questa tecnica, con la pratica continua, la precisione della bisezione aumenterà.
Il metodo qui descritto consente ai ricercatori di valutare facilmente l'integrità strutturale dei DLM NMJ adulti in qualsiasi momento durante la loro vita. Uno dei principali vantaggi di questo protocollo è la capacità di accedere all'integrità sinaptica nei modelli di malattia neurodegenerativa utilizzando marcatori sinaptici. Dimostriamo che questa applicazione può aiutare a visualizzare i cambiamenti nella morfologia lorda con colorazione strutturale (Figura 1C-u2012H). Inoltre, l'integrità sinaptica può essere valutata con la colorazione dei marcatori presinaptici, inclusi ma non limitati a Synapsin28 (Figura 2A ,u2012F), Syntaxin29 (Figura 2G ,u2012L) e BRP30 (Figura 2M -u2012R). Il tessuto muscolare post-sinaptico può anche essere valutato utilizzando l'anticorpo della sottounità Glutamate Receptor III31 (Figura 2S -u2012X), dimostrando l'utilità di questo protocollo.
I ricercatori possono anche utilizzare questo metodo di dissezione per integrare i dati funzionali per esaminare in modo completo l'integrità strutturale delle sinapsi associate a un'ampia varietà di malattie. Queste sinapsi consentono anche l'analisi funzionale attraverso registrazioni elettrofisiologiche32,33,34 e il test di volo10. Questo protocollo può anche fornire facilità di accesso al tessuto per molte applicazioni e saggi. Studi futuri, ad esempio, potrebbero utilizzare questo protocollo per quantificare le modifiche sinaptiche attraverso la quantificazione della densità e del numero di sinapsi15,16. Mentre il protocollo qui descritto esamina specificamente l'integrità sinaptica dei motoneuroni, i protocolli complementari per valutare la perdita delle cellule muscolari possono essere eseguiti anche con questa dissezione utilizzando la colorazione TUNEL35. Per esaminare la perdita neuronale, la dissezione del gangliotoracico 36 potrebbe essere utilizzata anche con la colorazione TUNEL. Ci aspettiamo che la dissezione qui descritta avrà più applicazioni per studi futuri che valutano le patologie legate all'età e le malattie neurodegenerative.
Gli autori non hanno conflitti di interesse da divulgare.
Questo lavoro è stato sostenuto dai National Institutes of Health (R01 NS110727) a D.T.B.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
32% Formaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 15714 | Tissue preservation |
Alexa Fluor 568 goat anti mouse | Fisher Scientific | A11031 | Labels primary antibodies. Used at 1:200 concentration. |
Alexa Fluor 568 goat anti rabbit | Fisher Scientific | A11036 | Labels primary antibodies. Used at 1:200 concentration. |
anti- Bruchpilot (BRP) antibody | Developmental Studies Hybridoma Bank | NC82 | Stains the active zones in presynaptic neurons. Used at 1:25 concentration. |
anti-GluRIII antibody | Gift from Aaron DiAntonio | N/A | Labels glutamate receptor subunits. Used at 1:1000 concentration. |
anti-Synapsin antibody | Developmental Studies Hybridoma Bank | 3C11 | Labels the synaptic protein synapsin. Used at 1:50 concentration. |
anti-Syntaxin antibody | Developmental Studies Hybridoma Bank | 8C3 | labels the synaptic protein syntaxin. Used at 1:10 concentration. |
BenchRocker | Genesee Scientific | 31-302 | Rotating samples during staining |
Blade Breaker | Fine Science Tools | 10053-09 | Used for holding feather blade |
cover slips | Fisher Scientific | 12548A | For mounting tissue |
cryogenic gloves | VWR | 97008-198 | protect hands from liquid nitrogen |
cryogenic tweezers | VWR | 82027-432 | Hold 2.0 mL tube in liquid nitrogen |
dewar flask-1900 mL | Thomas Scientific | 5028M54 | Hold liquid nitrogen |
Feather Blades | Electron Microscopy Sciences | 72002-01 | Scalpel Blades |
Fine Forecps x 2 | Fine Science Tools | 11252-20 | One fine pair for Clearing midline of thorax. The other pair can be dulled using a sharpening stone. |
FITC-conjugated anti HRP | Jackson Laboratories | 123-545-021 | Stains Motor Neurons. Used at 1:100 concentration |
freezer box (Black) | Fisher Scientific | 14100F | Protects samples from light |
glass pasteur pipettes | VWR | 14637-010 | Used to transfer samples |
glass slides | Fisher Scientific | 12550143 | For mounting tissue |
mounting media (vectashield) anti-fade | VWR | 101098-042 | Mounting media retains fluorescent signaling |
nail polish | Electron Microscopy Sciences | 72180 | Seals microscope slides |
normal goat serum | Fisher Scientific | PCN5000 | Prevents non-specific binding of antibodies |
paint brush | Genesee Scientific | 59-204 | Transferring flies |
PBS | Fisher Scientific | 10-010-023 | Saline solution for dissecting and staining |
Phalloidin 647 | Abcam | AB176759 | Stains F-Actin in muscle Tissue. Used at 1:1000 concentration |
plastic petri dish (100 mm) | VWR | 25373-100 | Dissection dish |
reinforcement labels | W.B. Mason | AVE05722 | Provides support for glass coverslip over the mounted tissue |
sharpening block | Grainger | 1RDF5 | Keeping fine forceps sharp and also dulling separate pair |
slide folder | VWR | 10126-326 | Sample storage |
standard office scissors | W.B. Mason | ACM40618 | Cutting reinforcement labels |
Sylgard 184 | Electron Microscopy Sciences | 24236-10 | Coating for dissection dish |
Triton-X-100 | Electron Microscopy Sciences | 22140 | Helps to permeabilize tissue |
Vannas Disssection Sissors | Fine Science Tools | 1500-00 | Ued for removing fly legs and making an incision on thorax |
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