Method Article
O objetivo deste procedimento é dissecar o tecido do músculo longitudinal dorsal (DLM) para avaliar a integridade estrutural das junções neuromusculares DLM (NMJs) em modelos de doenças neurodegenerativas utilizando Drosophila melanogaster.
A drosophila serve como modelo útil para avaliar a estrutura sináptica e a função associada a doenças neurodegenerativas. Embora muito trabalho tenha se concentrado em junções neuromusculares (NMJs) em larvas de Drosophila, avaliar a integridade sináptica em Drosophila adulto tem recebido muito menos atenção. Aqui fornecemos um método simples para dissecção dos músculos longitudinais dorsais (DLMs), que são necessários para a capacidade de voo. Além do voo como leitura comportamental, essa dissecção permite que as sinapses DLM e tecido muscular sejam favoráveis à análise estrutural usando anticorpos fluorescentes rotulados para marcadores sinápticos ou proteínas de interesse. Este protocolo permite avaliar a integridade estrutural das sinapses em Drosophila adulta durante o envelhecimento para modelar a natureza progressiva e dependente da idade da maioria das doenças neurodegenerativas.
A disfunção sináptica está entre as primeiras marcas conhecidas das principais doenças neurodegenerativas1,,2,,3,4,5,6. No entanto, muito pouco se sabe sobre como esses prejuízos estruturais e funcionais se relacionam com estágios posteriores da progressão da doença. A drosophila provou ser um sistema modelo útil para a compreensão do crescimento e desenvolvimento da sinapse utilizando NMJslarval 7,,8,,9. No entanto, o terceiro estágio de instar larval dura apenas alguns dias, limitando sua utilidade no estudo da neurodegeneração progressiva e dependente da idade. Uma alternativa para avaliar os NMJs larvais é examinar estruturas sinápticas em Drosophilaadulta, como as sinapses formadas nos Músculos Longitudinais Dormentes (DLMs) que são necessárias para o voo10,,11,,12,,13,14,,15,16. Essas sinapses tripartites são estruturalmente organizadas de forma semelhante às sinapses de mamíferos17,proporcionando uma vantagem única para avaliar modelos de doenças neurodegenerativas.
Aqui descrevemos um método simples para analisar a integridade estrutural de NMJs adultos em um modelo Drosophila de neurodegeneração. Métodos e estudos anteriores de dissecção de DLM enfatizaram a importância da preservação do tecido muscular para uma variedade de aplicações18,,19,,20,,21,,22,,23. Nosso protocolo fornece um método abrangente para preservar o tecido neuronal e muscular para investigar doenças neurodegenerativas. Outro componente importante do estudo dessas doenças é a capacidade de entender a perda neuronal de forma dependente da idade. Trabalhos anteriores fornecem uma compreensão crítica e aprofundada de como os NMJs DLM são formados durante a metamorfose no início da vida adulta11,,12,14,,15,,16,,24. Nosso protocolo estabelece um método para construir este trabalho para investigar NMJs DLM de forma dependente da idade em doenças neurodegenerativas e de envelhecimento.
1. Geração de moscas transgênicas
2. Preparação para dissecação
3. Isolamento e fixação do tórax
4. Congelamento de flash e biseção de tórax
5. Mancha estrutural
6. Tecido de montagem
7. Alternativa: Mancha com anticorpos primários
NOTA: Esta seção é opcional e deve ser usada diretamente entre as seções 4 e 5, se desejar.
A geração de moscas transgênicas expressando proteína humana de ligação de piche de 43 kDa mutante (TDP-43M337V)é representada pelo esquema (Figura 1A). Isso demonstra a aplicação do sistema binário Gal4/UAS em Drosophila27. A ilustração retrata um hemitórx com seis fibras musculares, A\u2012F indo da fibra mais dorsal A para a mais ventral F (Figura 1B)11,,12. Para avaliar a integridade sináptica, os NMJs foram manchados com HRP e Phalloidin (Figura 1C\u2012E). Os neurônios motores em mutantes TDP-43M337V (Figura 1F) têm pouca ou nenhuma coloração hrp até o dia 21, enquanto wt (Oregon-R) permanece intacto(Figura 1C). Não há diferenças visíveis na coloração muscular(Figura 1D,G). As mudanças na morfologia bruta observadas nos mutantes TDP-43M337V demonstram como a integridade sináptica pode ser implicada em um modelo de doença neurodegenerativa de esclerose lateral amiotrófica (ELA) utilizando o modelo de DLM adulto. Além da coloração estrutural, a coloração dos NMJs DLM também pode fornecer uma avaliação da integridade sináptica com marcadores pressinápticos(Figura 2A\u2012R) e pós-sinápticos(Figura 2S\u2012X). Juntos, esses resultados ilustram como esse protocolo de dissecção poderia ser aplicado ao estudo do tecido DLM em doenças neurodegenerativas.
Um aspecto fundamental desta dissecção é a aplicação de nitrogênio líquido para congelar o tecido para facilitar a biseção. A utilidade do nitrogênio líquido é demonstrada em moscas de TG com nitrogênio líquido onde o tecido muscular não tem danos ou fibras cortadas(Figura 3A\u2012C). Sem nitrogênio líquido, o tecido pode ser mais difícil de dissecar. Por exemplo, seguir este protocolo e pular a etapa de congelamento do flash de nitrogênio líquido permite que o tecido seja mais suscetível a danos das ferramentas de dissecção, como neurônios danificados(Figura 3D) ou fibras musculares danificadas(Figura 3E). A aplicação de nitrogênio líquido ajuda a prevenir danos teciduais que poderiam ocorrer ao trabalhar com tecido DLM, independentemente do genótipo da amostra(Figura 3C e 3F).
Figura 1: Denervação progressiva das sinapses DLM em um modelo de Drosophila de ELA. (A) A geração de moscas transgênicas de ALS expressando uma forma mutante humana de Proteína De Ligação de Piche de 43 kDa (TDP-43) são mostradas no esquema. (B) A ilustração retrata a forma e a orientação de um hemitórax em um Drosophilaadulto . Utilizando o protocolo, podemos observar a perda progressiva da integridade sináptica das sinapses DLM NMJ através da coloração estrutural de neurônios motores com HRP (verde) e tecido muscular com Phalloidin (magenta). Nosso modelo retrata a perda de integridade sináptica em um modelo adulto de ELA através da geração de moscas adultas expressando um mutante de TDP-43M337V humano em neurônios motores(Figura 1F\u2012H) em comparação com WT (Figura 1C\u2012E) voa em fibra muscular C. Setas destacam exemplos de uma sinapse WT(Figura 1C) e um exemplo de perda de integridade sináptica. Barra de escala =20 μm a 63x de ampliação. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Avaliação da integridade sináptica usando marcadores pré-sinápticos em NMJs adultos. A integridade sináptica também pode ser avaliada usando marcadores pré-sinápticos e postsinápticos em moscas WT que têm 14 dias de idade na fibra muscular C. Os marcadores pré-sinápticos Synapsin (B),Sintaxin(H)e Bruchpilot (BRP)(N)são co-manchados com HRP (A, G, M). A coloração retrata a localização desses marcadores nos terminais pré-sinápticos(C, I, O). Na ampliação mais elevada, as imagens ilustram a localização de Synapsin(E),Sintaxin (K)e BRP(Q)com HRP(D, Je P)em mais detalhes(Figura F, Le R). Também mostramos um marcador postsinástico Glutamato Receptor III (GluRIII)(T) co-manchado com HRP(S). A co-coloração demonstra a utilidade desses marcadores(U). Na ampliação mais elevada, as imagens representativas exemplificam a localização (X) de GluRIII (W) e HRP (V) ao tecido muscular post-sináptico e aos terminais pré-sinápticos, respectivamente. Barra de escala para painéis A\u2012C, G-I, M\u2012O, S\u2012U representam 20 μm a 63x de ampliação. Barra de escala para painéis D\u2012F, 2J-2L, 2P-2R e 2V-2X representam 10 μm a 63x de ampliação. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: Utilidade do nitrogênio líquido para dissecções DLM. Para demonstrar a utilidade do nitrogênio líquido para as dissecções DLM, mostramos uma comparação do dia 21 WT voa com e sem nitrogênio líquido da fibra muscular C. Com nitrogênio líquido, a faloidina(B)permanece intacta e não compromete a coloração do HRP(A, C). Sem nitrogênio líquido, o tecido muscular torna-se elgas e difícil de bissecção(E) e a coloração hrp(D, F) fica comprometida devido a erro técnico. As setas brancas mostram uma área sem danos musculares com nitrogênio líquido(B)e tecido muscular danificado(E). Barra de escala = 20 μm em 63x de ampliação. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Utilizando os métodos descritos neste protocolo, fornecemos uma abordagem direta para dissecção do tecido DLM e demonstramos como isso pode ser aplicado para avaliar a integridade sináptica através de coloração estrutural e marcadores sinápticos em Drosophila adulto. Um passo crítico no protocolo que torna o tecido DLM mais fácil de dissecar é o congelamento de flash com nitrogênio líquido. Sem essa etapa, o tecido é menos firme e mais difícil de cortar precisamente como observado na Figura 3. Este protocolo baseia-se em métodos de dissecção anteriores para permitir a preservação tanto dos neurônios motores quanto do tecido muscular18,19,20,21,,22,23. Uma limitação deste protocolo é que ao fazer o corte da linha média para a biseção, pode ser difícil obter duas preparações limpas por tórax. Uma maneira de garantir pelo menos um hemitórx por mosca, você pode cortar propositalmente para um lado do tórax para obter uma preparação limpa. Com esta modificação, também é necessário remover o excesso adicional de tecido do corte para limpar a amostra com o disjuntor da lâmina. Para aqueles novos nesta técnica, com prática contínua, a precisão da biseção aumentará.
O método descrito aqui permite que os pesquisadores avaliem facilmente a integridade estrutural dos NMJs DLM adultos a qualquer momento ao longo de sua vida útil. Uma grande vantagem deste protocolo é a capacidade de acessar a integridade sináptica em modelos de doenças neurodegenerativas usando marcadores sinápticos. Demonstramos que essa aplicação pode ajudar a visualizar mudanças na morfologia bruta com coloração estrutural (Figura 1C\u2012H). Além disso, a integridade sináptica pode ser avaliada com a coloração de marcadores pré-sinápticos, incluindo, mas não se limitando à Sinápsia28 (Figura 2A\u2012F),Sintaxin29 (Figura 2G\u2012L) e BRP30 ( Figura2M\u2012R). O tecido muscular postsinápico também pode ser avaliado usando o anticorpo subunidade do Receptor de Glutamato III31 (Figura 2S\u2012X), demonstrando a utilidade deste protocolo.
Os pesquisadores também podem utilizar esse método de dissecção para complementar dados funcionais para examinar de forma abrangente a integridade estrutural das sinapses associadas a uma grande variedade de doenças. Essas sinapses também permitem a análise funcional através de gravações eletrofisiológicas32,,33,,34 e o ensaio de voo10. Este protocolo também pode proporcionar facilidade de acesso ao tecido para muitas aplicações e ensaios. Estudos futuros, por exemplo, poderiam usar este protocolo para quantificar mudanças sinápticas através da quantificação da densidade e número de sinapses15,16. Embora o protocolo descrito aqui examine especificamente a integridade sináptica dos neurônios motores, protocolos complementares para avaliação da perda de células musculares também podem ser realizados com esta dissecção usando a coloração TUNEL35. Para examinar a perda neuronal, a dissecção do gânglio torácico36 também poderia ser usada com coloração TUNEL. Esperamos que a dissecção descrita aqui tenha mais aplicações para estudos futuros que avaliam patologias relacionadas à idade, bem como doenças neurodegenerativas.
Os autores não têm conflitos de interesse para divulgar.
Este trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (R01 NS110727) para 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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