Name: Autor im Rampenlicht: Verständnis des Mikrotubuli-Netzwerks in neuromuskulären Verbindungen von Drosophila
Uploaded: 2023-10-20T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Understanding Microtubule Network in Drosophila Neuromuscular Junctions at JoVE.com

Wir danken Dr. Ying Xiong für die Diskussionen und Kommentare zum Manuskript. Diese Arbeit wird durch ein Stipendium der National Science Foundation of China (NSFC) an C. M. (31500839) unterstützt.

1. Sektion der Larven
HINWEIS: Die Präparierlösung Hämolymph-ähnliche Kochsalzlösung (HL3.1)18 und die Fixierlösung 4% Paraformaldehyd (PFA)19,20 werden bei Raumtemperatur verwendet, da die Mikrotubuli bei zu niedriger Temperatur depolymerisieren.
<ol><li>Suchen Sie sich eine wandernde Larve des 3. Instars mit einer langen, stumpfen Zange aus. Waschen Sie es mit HL3.1 und lege...

Betrachtung von Mikrotubuli-Netzwerken in neuromuskulären Verbindungen und Muskelzellen von Drosophila

<ol>
	<li>Halpain, S., Dehmelt, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+MAP1+family+of+microtubule-associated+proteins.">The MAP1 family of microtubule-associated proteins.</a> Genome biology. 7 (6), 224 (2006).</li><li>S&#225;nchez, C., D&#237;az-Nido, J., Avila, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phosphorylation+of+microtubule-associated+protein+2+(MAP2)+and+its+relevance+for+the+regulation+of+the+neuronal+cytoskeleton+function.">Phosphorylation of microtubule-associated protein 2 (MAP2) and its relevance for the regulation of the neuronal cytoskeleton function.</a> Progress in neurobiology. 61 (2), 133-168 (2000).</li><li>Dehmelt, L., Halpain, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+MAP2/Tau+family+of+microtubule-associated+proteins.">The MAP2/Tau family of microtubule-associated proteins.</a> Genome biology. 6 (1), 204 (2005).</li><li>Roll-Mecak, A., McNally, F. 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W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+essential+role+for+katanin+in+severing+microtubules+in+the+neuron.">An essential role for katanin in severing microtubules in the neuron.</a> The Journal of cell biology. 145 (2), 305-315 (1999).</li><li>Hu, Z., 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=Fidgetin+regulates+cultured+astrocyte+migration+by+severing+tyrosinated+microtubules+at+the+leading+edge.">Fidgetin regulates cultured astrocyte migration by severing tyrosinated microtubules at the leading edge.</a> Molecular biology of the cell. 28 (4), 545-553 (2017).</li><li>Feizabadi, M. S., Castillon, V. 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L., 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=Electron+tomography+reveals+a+flared+morphology+on+growing+microtubule+ends.">Electron tomography reveals a flared morphology on growing microtubule ends.</a> Journal of cell science. 124, 693-698 (2011).</li><li>Feng, Y., Ueda, A., Wu, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+modified+minimal+hemolymph-like+solution,+HL3.1,+for+physiological+recordings+at+the+neuromuscular+junctions+of+normal+and+mutant+Drosophila+larvae.">A modified minimal hemolymph-like solution, HL3.1, for physiological recordings at the neuromuscular junctions of normal and mutant Drosophila larvae.</a> Journal of neurogenetics. 18 (2), 377-402 (2004).</li><li>Broadie, K. 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X., 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=Microtubule-severing+protein+Katanin+regulates+neuromuscular+junction+development+and+dendritic+elaboration+in+Drosophila.">Microtubule-severing protein Katanin regulates neuromuscular junction development and dendritic elaboration in Drosophila.</a> Development. 141 (5), 1064-1074 (2014).</li><li>Jin, 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=Drosophila+Tubulin-specific+chaperone+E+functions+at+neuromuscular+synapses+and+is+required+for+microtubule+network+formation.">Drosophila Tubulin-specific chaperone E functions at neuromuscular synapses and is required for microtubule network formation.</a> Development. 136 (9), 1571-1581 (2009).</li><li>Sarthi, J., Elefant, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=dTip60+HAT+activity+controls+synaptic+bouton+expansion+at+the+Drosophila+neuromuscular+junction.">dTip60 HAT activity controls synaptic bouton expansion at the Drosophila neuromuscular junction.</a> PloS one. 6 (10), 26202 (2011).</li><li>Weingarten, M. D., Lockwood, A. H., Hwo, S. Y., Kirschner, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+protein+factor+essential+for+microtubule+assembly.">A protein factor essential for microtubule assembly.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 72 (5), 1858-1862 (1975).</li><li>Kadavath, H., 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=Tau+stabilizes+microtubules+by+binding+at+the+interface+between+tubulin+heterodimers.">Tau stabilizes microtubules by binding at the interface between tubulin heterodimers.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (24), 7501-7506 (2015).</li><li>Trotta, N., Orso, G., Rossetto, M. G., Daga, A., Broadie, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+hereditary+spastic+paraplegia+gene,+spastin,+regulates+microtubule+stability+to+modulate+synaptic+structure+and+function.">The hereditary spastic paraplegia gene, spastin, regulates microtubule stability to modulate synaptic structure and function.</a> Current biology: CB. 14 (13), 1135-1147 (2004).</li></ol>

Hier wird ein Protokoll für die Dissektion und Immunfärbung von neuromuskulären Verbindungen und Muskelzellen von Drosophila-Larven beschrieben. Es gibt mehrere wesentliche Punkte zu beachten. Erstens ist es entscheidend, Verletzungen der beobachteten Muskeln während des Sezierprozesses zu vermeiden. Es kann sich lohnen, das Filet vor der Entfernung der inneren Organe zu fixieren, um einen direkten Kontakt zwischen der Zange und den Muskeln zu verhindern. Um Muskelschäden oder eine Trennung von der Epidermi...

Mikrotubuli (MTs) spielen als einer der strukturellen Bestandteile des Zytoskeletts eine wichtige Rolle bei verschiedenen biologischen Prozessen, darunter Zellteilung, Zellwachstum und -motilität, intrazellulärer Transport und die Aufrechterhaltung der Zellform. Die Dynamik und Funktion der Mikrotubuli wird durch Wechselwirkungen mit anderen Proteinen wie MAP1, MAP2, Tau, Katanin und Kinesin 1,2,3,4,5 moduliert.
In Neuronen sind Mikrotubuli essentiell für die Entwicklung und Aufrechterhaltung von Axonen und Dendriten. Anomalien in den Mikrotubuli führen zu Funktionsstörungen und sogar zum Absterben von Neuronen. Im Gehirn von Alzheimer-Patienten verringert beispielsweise die Hyperphosphorylierung des Tau-Proteins die Stabilität des Mikrotubuli-Netzwerks, was zu neurologischen Unregelmäßigkeiten führt6. Die Untersuchung von Mikrotubuli-Netzwerken wird somit zum Verständnis der neuronalen Entwicklung und der Pathogenese neurologischer Erkrankungen beitragen.
Die neuromuskuläre Verbindung (NMJ) ist die periphere Synapse, die zwischen einem Axonterminal des Motoneurons und einer Muskelfaser gebildet wird, was ein hervorragendes und leistungsfähiges Modellsystem für die Untersuchung der synaptischen Struktur und Funktionen darstellt7. Futsch ist ein Protein in Drosophila, das homolog zum Mikrotubuli-bindenden Protein MAP1B ist, das in Säugetieren vorkommt8. Es wird nur in Neuronen exprimiert und spielt eine Rolle bei der Entwicklung der synaptischen Knöpfe des NMJ 8,9. Im Wildtyp werden filamentöse Bündel, die entlang des Zentrums von NMJ-Prozessen verlaufen, durch Immunfärbung mit Anti-Futsch sichtbar gemacht. Wenn dieses Bündel das Ende von NMJ erreicht, hat es die Fähigkeit, entweder eine Schleife aus Mikrotubuli zu bilden oder seine filamentöse Struktur zu verlieren, was zu einem diffusen und punktförmigen Erscheinungsbild führt10. Mikrotubuli-Schleifen sind mit pausierten Wachstumskegeln assoziiert, was darauf hindeutet, dass das Mikrotubuli-Array stabil ist11. Daher können wir indirekt die stabile Mikrotubuli-Entwicklung im NMJ durch Futsch-Färbung bestimmen. Die Größe der Muskelzellen in der Drosophila-Larve ermöglicht eine klare Visualisierung des Mikrotubuli-Netzwerks. Die Faktoren, die die Stabilität des Mikrotubuli-Netzwerks beeinflussen, können durch die Analyse der Dichte und Form der Mikrotubuli ermittelt werden. Gleichzeitig kann der Status des Mikrotubuli-Netzwerks von Muskelzellen mit dem Ergebnis der NMJ abgeglichen werden, um umfassendere Schlussfolgerungen zu erhalten.
Viele Protokolle wurden verwendet, um das Netzwerk und die Dynamik von Mikrotubuli zu untersuchen. Diese Forschungen konzentrierten sich jedoch häufig auf In-vitro-Studien 12,13,14,15,16. Alternativ wurden in einigen In-vivo-Experimenten Elektronenmikroskopie eingesetzt, um das Zytoskelett zu detektieren17. Entsprechend der spezifischen Bindung von fluoreszenzmarkierten Antikörpern oder chemischen Farbstoffen an Proteine oder DNA erlauben die hier vorgestellten Methoden den Nachweis von Mikrotubuli-Netzwerken im NMJ auf der Ebene einzelner Neuronen in vivo, wobei die Ergebnisse durch Beobachtungen in Muskelzellen bestätigt werden. Dieses Protokoll ist einfach, stabil und wiederholbar, wenn es mit den leistungsstarken genetischen Werkzeugen kombiniert wird, die in Drosophila melanogaster verfügbar sind, und ermöglicht eine Vielzahl von phänotypischen Untersuchungen und genetischen Screenings für die Rolle von Mikrotubuli-Netzwerk-regulatorischen Proteinen im Nervensystem in vivo.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor Plus 405 phalloidin</td>
			<td>invitrogen</td>
			<td>A30104</td>
			<td>dilute 1:200</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Enhanced Antifade Mounting Medium</td>
			<td>Beyotime</td>
			<td>P0128M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FV10-ASW confocal microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-Mouse antibody, Alexa Fluor 488 conjugated</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>A-11001</td>
			<td>dilute 1:1,000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser confocal microscope LSM 710</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro Scissors</td>
			<td>66vision</td>
			<td>54138B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse anti-Futsch antibody</td>
			<td>Developmental Studies Hybridoma Bank&#160;&#160;</td>
			<td>22C10</td>
			<td>dilute 1:50</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse anti-&#945;-tubulin antibody</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T5168</td>
			<td>dilute 1:1,000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraformaldehyde</td>
			<td>Wako</td>
			<td>168-20955</td>
			<td>Final concentration: 4% in PB Buffer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless Steel Minutien Pins</td>
			<td>Entomoravia</td>
			<td></td>
			<td>0.1mm Diam</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereomicroscope SMZ161</td>
			<td>Motic</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>stereoscopic fluorescence microscope BX41</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Texas Red-conjugated goat anti-HRP</td>
			<td>Jackson ImmunoResearch</td>
			<td></td>
			<td>dilute 1:100</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TO-PRO(R) 3 iodide</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>T3605</td>
			<td>dilute 1:1,000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transfer decoloring shaker TS-8</td>
			<td>Kylin-Bell lab instruments</td>
			<td>E0018</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TritonX-100</td>
			<td>BioFroxx</td>
			<td>1139</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tweezers&#160;</td>
			<td>dumont</td>
			<td>500342</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using drosophila larval neuromuscular junction and muscle cells to visualize microtubule network

Das Mikrotubuli-Netzwerk ist ein wesentlicher Bestandteil des Nervensystems. Mutationen in vielen Mikrotubuli-regulatorischen Proteinen werden mit neurologischen Entwicklungsstörungen und neurologischen Erkrankungen in Verbindung gebracht, wie z. B. das Mikrotubuli-assoziierte Protein Tau zu neurodegenerativen Erkrankungen, Mikrotubuli-durchtrennende Proteine Spastin und Katanin 60 verursachen erbliche spastische Querschnittslähmung bzw. neurologische Entwicklungsstörungen. Der Nachweis von Mikrotubuli-Netzwerken in Neuronen ist vorteilhaft für die Aufklärung der Pathogenese neurologischer Erkrankungen. Die geringe Größe der Neuronen und die dichte Anordnung der axonalen Mikrotubuli-Bündel machen die Visualisierung der Mikrotubuli-Netzwerke jedoch schwierig. In dieser Arbeit beschreiben wir eine Methode zur Dissektion der neuromuskulären Verbindungen und Muskelzellen der Larve sowie zur Immunfärbung von α-Tubulin und dem Mikrotubuli-assoziierten Protein Futsch zur Visualisierung von Mikrotubuli-Netzwerken in Drosophila melanogaster. Die neuromuskuläre Verbindung ermöglicht es uns, sowohl prä- als auch postsynaptische Mikrotubuli zu beobachten, und die Größe der Muskelzellen in der Drosophila-Larve ermöglicht eine klare Visualisierung des Mikrotubuli-Netzwerks. Durch die Mutation und Überexpression von Katanin 60 in Drosophila melanogaster und die anschließende Untersuchung der Mikrotubuli-Netzwerke in der neuromuskulären Verbindung und den Muskelzellen zeigen wir die regulatorische Rolle von Katanin 60 in der Neuroentwicklung genau auf. In Kombination mit den leistungsstarken genetischen Werkzeugen von Drosophila melanogaster erleichtert dieses Protokoll daher das genetische Screening und die Analyse der Mikrotubuli-Dynamik für die Rolle von Mikrotubuli-Netzwerk-regulatorischen Proteinen im Nervensystem erheblich.

Microtubules (MTs), as one of the structural components of the cytoskeleton, play an important role in diverse biological processes, including cell division, cell growth and motility, intracellular transport, and the maintenance of cell shape. Microtubule dynamics and function are modulated by interactions with other proteins, such as MAP1, MAP2, Tau, Katanin, and Kinesin1,2,3,4,5.
In neurons, microtubules are essential for the development and maintenance of axons and dendrites. Abnormalities in microtubules lead to dysfunction and even the death of neurons. For instance, in the brain of Alzheimer&#39;s patients, Tau protein hyperphosphorylation reduces the stability of the microtubule network, causing neurological irregularities6. Thus, examining microtubule networks will contribute to a comprehension of neurodevelopment and the pathogenesis of neurological diseases.
The neuromuscular junction (NMJ) is the peripheral synapse formed between a motor neuron axon terminal and a muscle fiber, which is an excellent and powerful model system for studying synaptic structure and functions7. Futsch is a protein in Drosophila that is homologous to the microtubule-binding protein MAP1B found in mammals8. It is expressed only in neurons and plays a role in the development of the NMJ&#39;s synaptic buttons8,9. In wild-type, filamentous bundles that run along the center of NMJ processes are visualized by immunostaining with anti-Futsch. When reaching NMJ&#39;s end, this bundle has the ability to either form a loop consisting of microtubules or to lose its filamentous structure, resulting in a diffuse and punctate appearance10. Microtubule loops are associated with paused growth cones, which suggests the microtubule array is stable11. Therefore, we can indirectly determine the stable microtubule development in NMJ by Futsch staining. The large size of muscle cells in Drosophila larva allows for clear visualization of the microtubule network. The factors affecting the stability of the microtubule network can be found by analyzing the density and shape of microtubules. Simultaneously, the microtubule network status of muscle cells can be cross-verified with the result of NMJ to obtain more comprehensive conclusions.
Many protocols have been employed for investigating the network and dynamics of microtubules. However, these researches have often focused on in vitro studies12,13,14,15,16. Alternatively, some in vivo experiments have employed electron microscopy to detect the cytoskeleton17. According to the specific binding of fluorescently labeled antibodies or chemical dyes to proteins or DNA, the methods presented here allow the detection of microtubule networks in NMJ at the level of individual neurons in vivo, with results corroborated by observations in muscle cells. This protocol is simple, stable, and repeatable when combined with the powerful genetic tools available in Drosophila melanogaster, enabling a diverse range of phenotypic examinations and genetic screenings for the role of microtubule network regulatory proteins in the nervous system in vivo.

Autor im Rampenlicht: Verständnis des Mikrotubuli-Netzwerks in neuromuskulären Verbindungen von Drosophila 

Verwendung von neuromuskulären Verbindungen und Muskelzellen von Drosophila-Larven zur Visualisierung des Mikrotubuli-Netzwerks

Currently, microtubule dynamics are observed indirectly through microtubule-binding proteins such as EB1. Since alphabeta tubulin heterodimers are abundant in the cytoplasm, fold directly, neighboring tubulin heterodimers are lacking the dynamics of microtubule networks in vivo. Our protocol visualizes microtubules in neuromuscular synapses and muscle cells.When combined with the powerful genetic tools available in Drosophila melanogaster, enabling a diverse range of phenotypic examinations and the genetic screening for the role of microtubule network regulatory proteins in the nervous system in vivo. Our research focuses on the relationship between the cytoskeleton and the neurodevelopment, as well as its implications for neurological diseases. We hope to discover the mechanism of neurodevelopment and the parthenogenesis for neurological diseases by highlighting the effect of cytoskeletal regulatory proteins on neurons.

Wir demonstrierten ein Schritt-für-Schritt-Verfahren zur Visualisierung des Mikrotubuli-Netzwerks sowohl in neuromuskulären Verbindungen (NMJs) als auch in Muskelzellen. Nach der Dissektion gemäß dem schematischen Diagramm (Abbildung 1A-E) wird eine Immunfärbung durchgeführt, und anschließend werden die Bilder unter einem konfokalen Lasermikroskop oder einem stereoskopischen Fluoreszenzmikroskop beobachtet und gesammelt (Abbildung 1F,G).<strong class=...

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Hier stellen wir ein detailliertes Protokoll zur Visualisierung der Mikrotubuli-Netzwerke in neuromuskulären Verbindungen und Muskelzellen vor. In Kombination mit den leistungsstarken genetischen Werkzeugen von Drosophila melanogaster erleichtert dieses Protokoll das genetische Screening und die Analyse der Mikrotubuli-Dynamik für die Rolle von Mikrotubuli-Netzwerk-regulatorischen Proteinen im Nervensystem erheblich.

The microtubule network is an essential component of the nervous system. Mutations in many microtubules regulatory proteins are associated with ...

Derzeit wird die Dynamik der Mikrotubuli indirekt durch Mikrotubuli-bindende Proteine wie EB1 beobachtet. Da Alphabeta-Tubulin-Heterodimere im Zytoplasma reichlich vorhanden sind und sich direkt falten, fehlt benachbarten Tubulin-Heterodimeren die Dynamik von Mikrotubuli-Netzwerken in vivo. Unser Protokoll visualisiert Mikrotubuli in neuromuskulären Synapsen und Muskelzellen.In Kombination mit den leistungsstarken genetischen Werkzeugen, die in Drosophila melanogaster verfügbar sind, ermöglicht dies eine Vielzahl von phänotypischen Untersuchungen und das genetische Screening auf die Rolle von Mikrotubuli-Netzwerk-regulatorischen Proteinen im Nervensystem in vivo. Unsere Forschung konzentriert sich auf die Beziehung zwischen dem Zytoskelett und der neuronalen Entwicklung sowie deren Auswirkungen auf neurologische Erkrankungen. Wir hoffen, den Mechanismus der Neuroentwicklung und der Parthenogenese für neurologische Erkrankungen zu entschlüsseln, indem wir die Wirkung von regulatorischen Proteinen des Zytoskeletts auf Neuronen hervorheben.

using-drosophila-larval-neuromuscular-junction-muscle-cells-to

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Using Drosophila Larval Neuromuscular Junction and Muscle Cells to Visualize Microtubule Network

The microtubule network is an essential component of the nervous system. Mutations in many microtubules regulatory proteins are associated with neurodevelopmental disorders and neurological diseases, such as microtubule-associated protein Tau to neurodegenerative diseases, microtubule severing protein Spastin and Katanin 60 cause hereditary spastic paraplegia and neurodevelopmental abnormalities, respectively. Detection of microtubule networks in neurons is advantageous for elucidating the pathogenesis of neurological disorders. However, the small size of neurons and the dense arrangement of axonal microtubule bundles make visualizing the microtubule networks challenging. In this study, we describe a method for dissection of the larval neuromuscular junction and muscle cells, as well as immunostaining of &#945;-tubulin and microtubule-associated protein Futsch to visualize microtubule networks in Drosophila melanogaster. The neuromuscular junction permits us to observe both pre-and post-synaptic microtubules, and the large size of muscle cells in Drosophila larva allows for clear visualization of the microtubule network. Here, by mutating and overexpressing Katanin 60 in Drosophila melanogaster,&#160;and then examining the microtubule networks in the neuromuscular junction and muscle cells, we&#160;accurately reveal the regulatory role of Katanin 60 in neurodevelopment. Therefore, combined with the powerful genetic tools of Drosophila&#160;melanogaster, this protocol greatly facilitates genetic screening and microtubule dynamics analysis for the role of microtubule network regulatory proteins in the nervous system.

Here, we present a detailed protocol to visualize the microtubule networks in neuromuscular junctions and muscle cells. Combined with the powerful genetic tools of Drosophila melanogaster, this protocol greatly facilitates genetic screening and microtubule-dynamics analysis for the role of microtubule network regulatory proteins in the nervous system.

Forschung

Neurowissenschaften

Drosophila Larval Dissection and Fixation for Microtubule Visualization

Begin by picking out a wandering Drosophila third instar larva using long blunt forceps. Wash the larva with hemolymph-like saline, then dry it with a wipe. Next, position the larva dorsally or ventrally on a dissection dish under the stereo microscope.Depending on the tissue to be observed, opt for dorsal or ventral dissection. Pin the larva's mouth hooks and tail to maintain extended positioning. Next, add a drop of the hemolymph-like saline to prevent the larva from drying.Using dissection scissors, make a small transverse incision close to the posterior end without severing it completely. Proceed to cut along the ventral midline, moving toward the anterior end. Now insert four insect pins each into the corners of the larva.Make necessary adjustments to the insect pins to maximize the stretching of the larva. Use forceps to gently remove the internal organs while avoiding harm to the muscles. To fix the larva, immerse the carcasses in 100 L of 4%paraformaldehyde, while still affixed to the dissecting dish.After this, dismount the pins. Then transfer the sample into a 2 mL microcentrifuge tube filled with 0.2%PBST. Place the tube on a shaker for 10 minutes at 15 RPM.

Drosophila Larvendissektion und -fixation zur Visualisierung von Mikrotubuli

Immunohistochemistry of Drosophila Larva for Microtubule Visualization

Remove the PBST and immerse the paraformaldehyde-fixed drosophila larval carcasses in a blocking agent for 40 minutes at room temperature. Replace the blocking agent with 200 microliters of the primary antibody diluted with 0.2%PBST. Leave the larvae to incubate at four degrees Celsius overnight.The next day, wash the larvae with 0.2%PBST for 10 minutes. Next, remove the PBST from the tube and add 200 microliters of diluted secondary antibody. Incubate it at ambient temperature for 1.5 hours in the dark.Introduce a nuclear dye such as TO-PRO R 3 iodide into the incubating tube for 30 minutes while staining the microtubules in the dark. Finally, rinse off the secondary antibody and the nuclear dye with 0.2%PBST for 10 minutes.

Immunhistochemie von Drosophila-Larven zur Visualisierung von Mikrotubuli

Mounting and Image Acquisition of Drosophila Larval Microtubules

Begin by placing the antibody labeled drosophila larval carcasses in 0.2%PBST on a glass slide. Adjusted under the stereo microscope, ensuring that the inner surface of the larval carcass is facing up. Absorb the excess PBST solution using a wipe.Then delicately add a drop of Anti-Fade mounting medium. Next place a cover slip on the slide covering the dissected larvae slowly and gently, avoiding bubble formation. Secure the cover slip in place by applying fingernail polish around its edges.Store the slide in a dark location to minimize fluorescent attenuation. For image acquisition, use the laser scanning confocal microscope with the 63x Oil immersion objective. Then adjust the wavelength and laser power to fit the requirements of the experiment best.To identify the neuromuscular junctions and capture images of muscle four in segment A three, select a 488 nanometer laser to activate alpha tubulin or Futsch, and 546 nanometers to activate the HRP imaging track. Modify the parameters to achieve a frame size of 1, 024 by 1, 024 pixels, a digital zoom of 1.0, and an imaging interval of 0.8 micrometers. To visualize microtubules in the muscle, capture images of muscle two in the segments A three to A five as it has fewer tracheal branches.Choose a 488 nanometer laser for activating alpha tubulin and a 633 nanometer laser for activating the T3605 imaging track. Adjust the imaging parameters to a frame size of 1, 024 by 1, 024 pixels, a digital zoom of 2.0, and an imaging interval of 0.4 micrometers. Both pre-and post-synaptic microtubule organizations of the neuromuscular junction were labeled with anti-alpha tubulin.Futsch staining reflected the abundance of stable microtubules in the pre-synaptic neurons. Decreased signal intensity of anti-Futsch was observed when microtubules severing protein Katanin 60 was overexpressed in the presynaptic neurons. The staining intensity of the axon trunk was stronger than that of the branches.Katanin 60 mutations resulted in increased microtubule loops. Overexpression of Katanin 60 caused short microtubule fragments within the terminal buttons. Alpha tubulin staining demonstrated a clear network of microtubules around the nucleus.Muscle cells had a significantly increased perinuclear microtubular intensity and exhibited stronger bundles in the Katanin 60 mutant. Overexpression resulted in fragmentation of the microtubule fibers.