Name: quantitative analysis of neuronal dendritic arborization complexity in drosophila
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00
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Nous tenons à remercier William A. Eimer pour l’assistance technique d’imagerie. Ce travail a été soutenu par fonds la Cure Alzheimer [à R.E.T], le National Institute of Health [R01AG014713 et R01MH60009 à R.E.T ; R03AR063271 et R15EB019704 à A.L.] et la National Science Foundation [NSF1455613 à A.L.].

1. préparation expérimentale
<ol><li>Préparer des réactifs suivants : phosphate de Dulbecco solution saline tamponnée (PBS) ; Triton X-100 ; 0,2 % PBST (PBS + 0,2 % Triton X-100) ; 32 % de paraformaldéhyde (PFA), dilué dans 4 % avant utilisation ; base d’élastomère de silicone et de salaison ; milieu de montage antifade (p. ex., prolonger or) ; et le vernis à ongle.</li>
	<li>Préparer le matériel suivant : microscope de dissection, deux tranchants forceps et une paire de ciseaux pour micr...

<ol>
	<li>Wassle, H., Boycott, B. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+architecture+of+the+mammalian+retina.">Functional architecture of the mammalian retina.</a> Physiol Rev. 71 (2), 447-480 (1991).</li><li>MacNeil, M. A., Masland, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extreme+diversity+among+amacrine+cells:+implications+for+function.">Extreme diversity among amacrine cells: implications for function.</a> Neuron. 20 (5), 971-982 (1998).</li><li>Losonczy, A., Makara, J. K., Magee, J. 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H., Kim, S., Lee, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+cellular+basis+of+dendrite+pathology+in+neurodegenerative+diseases.">The cellular basis of dendrite pathology in neurodegenerative diseases.</a> BMB Rep. 50 (1), 5-11 (2016).</li><li>Baloyannis, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dendritic+pathology+in+Alzheimer's+disease.">Dendritic pathology in Alzheimer's disease.</a> J Neurol Sci. 283 (1-2), 153-157 (2009).</li><li>Masliah, E., Terry, R. D., Alford, M., DeTeresa, R., Hansen, L. 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Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Branching+out:+mechanisms+of+dendritic+arborization.">Branching out: mechanisms of dendritic arborization.</a> Nat Rev Neurosci. 11 (5), 316-328 (2010).</li><li>Sears, J. C., Broihier, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FoxO+regulates+microtubule+dynamics+and+polarity+to+promote+dendrite+branching+in+Drosophila+sensory+neurons.">FoxO regulates microtubule dynamics and polarity to promote dendrite branching in Drosophila sensory neurons.</a> Dev Biol. 418 (1), 40-54 (2016).</li><li>Li, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silencing+of+the+Drosophila+ortholog+of+SOX5+leads+to+abnormal+neuronal+development+and+behavioral+impairment.">Silencing of the Drosophila ortholog of SOX5 leads to abnormal neuronal development and behavioral impairment.</a> Hum Mol Genet. 26 (8), 1472-1482 (2017).</li><li>Misra, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Genome-Wide+Screen+for+Dendritically+Localized+RNAs+Identifies+Genes+Required+for+Dendrite+Morphogenesis.">A Genome-Wide Screen for Dendritically Localized RNAs Identifies Genes Required for Dendrite Morphogenesis.</a> G3 (Bethesda). 6 (8), 2397-2405 (2016).</li><li>Emoto, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+dendritic+branching+and+tiling+by+the+Tricornered-kinase/Furry+signaling+pathway+in+Drosophila+sensory+neurons.">Control of dendritic branching and tiling by the Tricornered-kinase/Furry signaling pathway in Drosophila sensory neurons.</a> Cell. 119 (2), 245-256 (2004).</li><li>Olesnicky, E. 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B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecules+and+mechanisms+of+dendrite+development+in+Drosophila.">Molecules and mechanisms of dendrite development in Drosophila.</a> Development. 136 (7), 1049-1061 (2009).</li><li>Jinushi-Nakao, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Knot/Collier+and+cut+control+different+aspects+of+dendrite+cytoskeleton+and+synergize+to+define+final+arbor+shape.">Knot/Collier and cut control different aspects of dendrite cytoskeleton and synergize to define final arbor shape.</a> Neuron. 56 (6), 963-978 (2007).</li><li>Crozatier, M., Vincent, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+multidendritic+neuron+differentiation+in+Drosophila:+the+role+of+Collier.">Control of multidendritic neuron differentiation in Drosophila: the role of Collier.</a> Dev Biol. 315 (1), 232-242 (2008).</li><li>Copf, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Importance+of+gene+dosage+in+controlling+dendritic+arbor+formation+during+development.">Importance of gene dosage in controlling dendritic arbor formation during development.</a> Eur J Neurosci. 42 (6), 2234-2249 (2015).</li><li>Rosso, S. B., Inestrosa, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=WNT+signaling+in+neuronal+maturation+and+synaptogenesis.">WNT signaling in neuronal maturation and synaptogenesis.</a> Front Cell Neurosci. 7, 103 (2013).</li><li>Engel, T., Hernandez, F., Avila, J., Lucas, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Full+reversal+of+Alzheimer's+disease-like+phenotype+in+a+mouse+model+with+conditional+overexpression+of+glycogen+synthase+kinase-3.">Full reversal of Alzheimer's disease-like phenotype in a mouse model with conditional overexpression of glycogen synthase kinase-3.</a> J Neurosci. 26 (19), 5083-5090 (2006).</li><li>Longair, M. H., Baker, D. A., Armstrong, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simple+Neurite+Tracer:+open+source+software+for+reconstruction,+visualization+and+analysis+of+neuronal+processes.">Simple Neurite Tracer: open source software for reconstruction, visualization and analysis of neuronal processes.</a> Bioinformatics. 27 (17), 2453-2454 (2011).</li><li>Pool, M., Thiemann, J., Bar-Or, A., Fournier, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NeuriteTracer:+a+novel+ImageJ+plugin+for+automated+quantification+of+neurite+outgrowth.">NeuriteTracer: a novel ImageJ plugin for automated quantification of neurite outgrowth.</a> J Neurosci Methods. 168 (1), 134-139 (2008).</li></ol>

Les dendrites qui innervent l’épiderme sont les régions d’entrée des neurones et leurs morphologies déterminent comment est reçue et traitée par des neurones individuels. Morphologie dendritique développement reflète la modulation de gène d’organisation de dendrite. La drosophile da larvaire neurone du système nerveux périphérique est un modèle important pour étudier le développement de la dendrite en raison de : 1) la similitude fonctionnelle avec mammifères11...

Les dendrites, qui sont les projections ramifiées d’un neurone, couvrent le champ qui englobe sensoriel et synaptique apports le neurone des autres neurones1,2. Dendrites sont une composante importante de la formation des synapses et jouent un rôle essentiel dans l’intégration des entrées synaptiques, ainsi que la stimulation électrochimique dans un neurone de multiplication. Arborisation dendritique (da) est un processus par lequel les neurones forment de nouveaux arbres dendritiques et des branches pour créer de nouvelles synapses. Le développement et la morphologie des da, comme la densité de la branche et modes de regroupement, résultent de plusieurs étapes des processus biologiques et sont fortement corrélées à la fonction neuronale. Le but du présent protocole est de fournir une méthode d’analyse quantitative de la complexité de ces dendritric neuronale dans Drosophila.
La complexité des dendrites détermine les types synaptiques, la connectivité et apports des neurones de la partenaire. Patrons de ramification et la densité des dendrites sont impliqués dans le traitement des signaux qui convergent sur le champ dendritiques3,4. Dendrites ont la souplesse d’adaptation en développement. Par exemple, signalisation synaptique influe sur l’organisation de la dendrite dans le neurone somatosensoriel pendant la phase de développement et dans le système nerveux mature5. L’établissement de la connectivité neuronale s’appuie sur la morphogenèse et de la maturation des dendrites. Malformation des dendrites est liée à l’altération de la fonction neuronale. Des études ont montré que l’anomalie de la morphogénèse du neurone da pourrait contribuer aux étiologies de plusieurs maladies neurodégénératives, notamment la maladie d’Alzheimer (ma), maladie de Parkinson (MP), maladie de Huntington (MH) et la maladie de Gehrig / Sclérose latérale amyotrophique (SLA)6,7,8. Modifications synaptiques apparaissent dans les premiers stades de l’AD, de concert avec le déclin et l’altération de la fonction de neurone7,8. Toutefois, les détails de comment la pathologie dendrite contribue à la pathogenèse de ces maladies neurodégénératives reste insaisissable.
Le développement des dendrites est réglementé par les gènes qui codent pour un réseau complexe d’organismes de réglementation, comme la famille Wnt de ligands sur des récepteurs de surface cellulaire11,12, facteurs de transcription et protéines9,10 . Neurones dopaminergiques Drosophila consistent en quatre classes (classe I, II, III, IV), de quelle classe IV neurones dopaminergiques ont les patrons de ramification plus complexes et ont été employés comme un puissant système expérimental pour mieux comprendre la morphogenèse13, 14. Au cours de la morphogenèse au début, surexpression ou RNAi silencing des gènes dans les neurones dopaminergiques de classe IV provoquer des changements dans les patrons de ramification et dendrite élagage13. Il est important de développer une méthode pratique pour l’analyse quantitative de l’arborisation dendritique neuronale.
Nous avons déjà montré que faire taire des orthologues de drosophile de SOX5, Sox102F, a conduit à plus courts dendrites des neurones dopaminergiques et de complexité réduite en classe IV de neurones da15. Nous présentons ici la procédure d’analyse quantitative de la complexité de l’arborisation dendritique neuronale (NDAC) chez la drosophile. Ce protocole, adapté de la méthodologie décrite précédente, fournit une méthode brève pour analyser le développement des neurones sensoriels da. Elle illustre l’image robuste à l’étiquetage et le neurone de da dans le troisième stade larvaire paroi corporelle16,17,18,19. C’est un protocole précieux pour les chercheurs qui souhaitent étudier les NDAC et les différences de développement in vivo.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:949px;" width="948">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Phosphate buffered saline(PBS)</td>
			<td style="width:223px;">Gibco Life Sciences</td>
			<td style="width:197px;">10010-023</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">TritonX-100</td>
			<td style="width:223px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:197px;">9002-93-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:22px;width:363px;">Paraformaldehyde(PFA)</td>
			<td style="width:223px;">Electron Microscopy Sciences</td>
			<td style="width:197px;">15714-S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:29px;width:363px;">Sylgard 184 silicone elastomer base and curing agent</td>
			<td style="width:223px;">Dow Corning Corportation</td>
			<td style="width:197px;">3097366-0516;3097358-1004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:25px;width:363px;">ProLong Gold Antifade Mountant</td>
			<td style="width:223px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:197px;">P36931</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Fingernail polish&#160;</td>
			<td style="width:223px;">CVS</td>
			<td style="width:197px;">72180</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Stereo microscope</td>
			<td style="width:223px;">Nikon</td>
			<td style="width:197px;">SMZ800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Confocal microscope</td>
			<td style="width:223px;">Nikon</td>
			<td style="width:197px;">Eclipse Ti-E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Petri dish</td>
			<td style="width:223px;">Falcon</td>
			<td style="width:197px;">353001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Forceps</td>
			<td style="width:223px;">Dumont</td>
			<td style="width:197px;">11255-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Scissors&#160;</td>
			<td style="width:223px;">Roboz Surgical Instrument Co</td>
			<td style="width:197px;">RS-5611</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Insect Pins&#160;</td>
			<td style="width:223px;">Roboz Surgical Instrument Co</td>
			<td style="width:197px;">RS-6082-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="18">
			<td height="18" style="height:19px;width:363px;">Microscope slides and cover slips</td>
			<td style="width:223px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:197px;">15-188-52</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantitative analysis of neuronal dendritic arborization complexity in drosophila

Dendrites sont les projections ramifiées d’un neurone et morphologie dendritique reflète une organisation synaptique au cours du développement du système nerveux. Drosophila larvaire arborisation dendritique neuronale (da) est un modèle idéal pour l’étude de la morphogénèse des dendrites neurales et la fonction des gènes dans le développement du système nerveux. Il existe quatre classes de neurones dopaminergiques. Classe IV est la plus complexe avec une ramification qui couvre presque toute la surface de la paroi corporelle larvaire. Précédemment, nous avons caractérisé l’effet de faire taire les orthologues de drosophile de SOX5 sur la classe de complexité d’arborisation dendritique neuronale IV (NDAC) à l’aide de quatre paramètres : la longueur des dendrites, la superficie de la couverture de la dendrite, le nombre total de branches et la structure de ramification. Ce protocole présente le flux de travail de l’analyse quantitative NDAC, composée de larve dissection, microscopie confocale et procédures d’analyse image à l’aide de logiciels ImageJ. Autre aperçu da développement neuronal et ses mécanismes sous-jacents améliorera la compréhension de la fonction neuronale et fournir des indices sur les causes fondamentales de neurologiques et de troubles du développement neurologique.

Les dendrites des neurones dopaminergiques ont été marquées par la co-surexprimant GFP (SAMU-GFP ; ppk-GAL4) dans le da soma neuronaux et les arbres dendritiques pour l’analyse d’imagerie de fluorescence GFP. La morphologie des dendrites des neurones da a été photographiée par un microscope confocal inversé (Figure 2).
Les dendrites des neurones dopaminergiques ont été tracés à l’a...

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Quantitative Analysis of Neuronal Dendritic Arborization Complexity in Drosophila

Ce protocole met l’accent sur l’analyse quantitative de la complexité de l’arborisation dendritique neuronale (NDAC) chez la drosophile, qui peut être utilisé pour l’étude de la morphogenèse dendritique.

Analyse quantitative de la complexité d’arborisation dendritique neuronale chez la drosophile

Dendrites are the branched projections of a neuron, and dendritic morphology reflects synaptic organization during the development of the nervous system. ...

L’objectif global de cette procédure est d’observer l’impact du gène SOX5 sur la complexité des neurones d’arborisation dendritiques pendant le développement neuronal à Drosophila. Cette méthode peut aider à étudier la morphogenèse des neuro-dendrites, et la fonction génétique dans le développement du système nerveux, pour mieux comprendre les gènes des maladies neurodégénératives. En fin de compte, cette technique fournit une analyse quantitative de la complexité des dendrites, qui peut être utilisé dans de nombreux types différents de neuro-dendrites.Les implications de cette technique s’étendent au mécanisme génétique de la maladie neurodégénérative, parce que la mutation détient la clé pour comprendre la fonction de gène. Croix de mise en place de UAS-GFP;ppk-GAL4 avec les mouches de souche UAS-Sox102F-RNAi ou contrôles W118. Culture des mouches dans des conditions standard à 25 degrés Celsius.En cinq à six jours environ, utilisez des forceps pour recueillir soigneusement les larves du troisième stade pour la dissection. Placez une larve dans un plat de dissection fait de base d’élastomer de silicium, et une boîte de Pétri de culture tissulaire. Ensuite, placez le plat sous le microscope de dissection.Maintenant épingler la queue de la larve pour exposer la ligne médiane. Puis épinglez les crochets de bouche de larve ainsi le côté dorsal de la larve est vers le haut. Maintenant, ajoutez 200 microlitres de PBS au plat pour immerger la larve dans la solution.Ensuite, coupez la queue et la bouche de larve avec de petites incisions. Puis couper la larve ouverte le long de la ligne médiane dorsale et entre les deux trachées, allant de caudal à rostral. Ensuite, placez une épingle à chacun des quatre coins du corps de sorte que le corps se trouve à plat.Maintenant fixer la paroi du corps de larve en quatre pour cent PFA pendant 25 minutes à température ambiante. Lavez ensuite la larve avec du PBS trois fois pendant cinq minutes par lavage. Après les lavages, retirer les broches et transférer le tissu sur une lame de verre.Puis immerger le tissu dans un milieu de montage antifade, et le monter avec un glissement de couverture. Laisser sécher le tissu monté pendant une heure avant de sceller sur le bordereau de couverture avec du vernis à ongles. Stockez ces diapositives dans l’obscurité à quatre degrés Celsius.Capturez des images de la série Z à l’aide d’un microscope confocal à l’aide d’un objectif 20X. Tout d’abord, réglez la portée des z-steps pour inclure tous les neurones DA dans la paroi du corps de larve, et réglez la taille de l’étape à un demi-micromètre. Ensuite, stockez les images sous forme de fichiers TIF ou ND2 pour le traitement.Ensuite, évaluez le nombre et la morphologie des dendrites sur les neurones DA. Commencez par évaluer leurs longueurs. Tout d’abord, dans Fiji ImageJ, diviser les images en canaux distincts si nécessaire.Seul le canal GFP doit être évalué. Ensuite, faites une projection z. Dans la nouvelle fenêtre, sélectionnez l’intensité maximale pour le type de projection, et choisissez les tranches de démarrage et d’arrêt.Cliquez ensuite sur OK pour produire une image de projection z avec des projections claires de dendrite. Maintenant, tracez les neurites à l’aide de l’outil plug-in. Tout d’abord, aller au soma du neurone d’intérêt et cliquez là où un dendrite émerge du corps cellulaire.Cliquez ensuite à la pointe de ce dendrite. Si la ligne bleue qui relie les deux points s’étend sur toute la longueur du neurite, appuyez sur Y pour oui. Ensuite, si cette ligne s’adapte à la trajectoire complète du neurite, cliquez sur le chemin complet.Si la ligne ne correspond pas au chemin, cliquez sur les points plus loin le long de ce neurite pour plier le chemin en plusieurs segments de ligne qui s’adapteront à la longueur du neurite. Ensuite, cliquez sur le chemin complet et procéder à marquer le chemin pour le prochain neurite. Après avoir complété tous les chemins de traçage, sélectionnez l’option Analyse, Chemins de mesure pour exporter les chemins vers un fichier CSV.Utilisez ces données pour calculer et la valeur moyenne des longueurs de chemin pour l’analyse. Ensuite, calculez la surface du neurone. Tout d’abord, sélectionnez l’outil de dessin à main libre de la fenêtre Fiji ImageJ.Ensuite, connectez les points finaux du neurone d’intérêt. Ensuite, sélectionnez l’option Mesure à partir de la fenêtre Analyser. Le résultat apparaît dans une nouvelle boîte avec la valeur de la zone sélectionnée.Copiez cette valeur au logiciel d’analyse de données. Enfin, calculez le nombre total de branches à l’aide du plugin Analyze Skeletonized Paths. Les dendrites des neurones DA ont été étiquetés par GFP co-surexprimant dans leurs tonnelles de soma et dendrite pour l’analyse d’imagerie de florescence de GFP.La morphologie des dendrites a été photographiée à l’aide d’un microscope confocal inversé. Les dendrites des neurones de DA ont été tracés comme décrit. Le fichier a été utilisé pour estimer la longueur du dendrite.Le silence de Sox102F dans les neurones DA dans la troisième larve instar a conduit à une réduction significative du nombre total de dendrites avec environ la moitié de la longueur de la branche et avec une structure plus simple, montrant seulement la moitié du nombre de branches. Logiquement, cela a conduit à une réduction de la surface des tonnelles. Ce protocole fournit une méthode rapide pour évaluer le développement des neurones sensoriels DA.Tout en essayant cette procédure, assurez-vous de prendre un grand nombre d’images de chaque groupe de neurones DA pour obtenir une bonne couverture. Suite à cette procédure, d’autres méthodes comme l’analyse de dendrite peuvent être effectuées afin de répondre à d’autres questions sur le développement de dendrite. Depuis son développement, cette technique a aidé des chercheurs dans le domaine des neurosciences à faire des inférences sur les maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer à l’aide de systèmes modèles.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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Recherche

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