Experiment med 2-fotonmikroskopet utfördes vid FAU Stiles-Nicholson Brain Institute Advanced Cell Imaging Core. Vi vill tacka Jupiter Life Science Initiative för ekonomiskt stöd.

Alla djur som användes i protokollet var av arten Drosophila melanogaster. Det finns inga etiska frågor kring användningen av denna art. Etiskt godkännande var inte nödvändigt för att utföra detta arbete. Detaljerna om Drosophila-arten , reagenser och utrustning som användes i studien listas i materialtabellen.
1. Odla Drosophila och välja rätt larvstadium
<ol><li>Välj en Gal4-drivrutinslinje som driver uttryck i celler...

Single-neuron ablation i Drosophila för studier av nervsystemets anpassning

<ol>
	<li>Chung, S. H., Mazur, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Femtosecond+laser+ablation+of+neurons+in+C.+elegans+for+behavioral+studies.">Femtosecond laser ablation of neurons in C. elegans for behavioral studies.</a> Appl Phys A Mater Sci Process. 96 (2), 335-341 (2009).</li><li>Bower, D. V., 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=Airway+branching+has+conserved+needs+for+local+parasympathetic+innervation+but+not+neurotransmission.">Airway branching has conserved needs for local parasympathetic innervation but not neurotransmission.</a> BMC Biol. 12, 92 (2014).</li><li>Angelo, J. R., Tremblay, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser-mediated+cell+ablation+during+post-implantation+mouse+development.">Laser-mediated cell ablation during post-implantation mouse development.</a> Dev Dyn. 242 (10), 1202-1209 (2013).</li><li>Allen, M. J., Godenschwege, T. A., Tanouye, M. A., Phelan, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Making+an+escape:+Development+and+function+of+the+Drosophila+giant+fibre+system.">Making an escape: Development and function of the Drosophila giant fibre system.</a> Semin Cell Dev Biol. 17 (1), 31-41 (2006).</li><li>Hubel, D. H., Wiesel, T. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Binocular+interaction+in+striate+cortex+of+kittens+reared+with+artificial+squint.">Binocular interaction in striate cortex of kittens reared with artificial squint.</a> J Neurophysiol. 28 (6), 1041-1059 (1965).</li><li>Wiesel, T. N., Hubel, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+the+effects+of+unilateral+and+bilateral+eye+closure+on+cortical+unit+responses+in+kittens.">Comparison of the effects of unilateral and bilateral eye closure on cortical unit responses in kittens.</a> J Neurophysiol. 28 (6), 1029-1040 (1965).</li><li>Brand, A. H., Perrimon, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+gene+expression+as+a+means+of+altering+cell+fates+and+generating+dominant+phenotypes.">Targeted gene expression as a means of altering cell fates and generating dominant phenotypes.</a> Development. 118 (2), 401-415 (1993).</li><li>Allen, M. J., Drummond, J. A., Moffat, K. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+the+giant+fiber+neuron+of+Drosophila+melanogaster.">Development of the giant fiber neuron of Drosophila melanogaster.</a> J Comp Neurol. 397 (4), 519-531 (1998).</li><li>Burra, S., Wang, Y., Brock, A. R., Galko, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+Drosophila+larvae+to+study+epidermal+wound+closure+and+inflammation.">Using Drosophila larvae to study epidermal wound closure and inflammation.</a> Methods Mol Biol. 1037, 449-461 (2013).</li><li>Kakanj, P., Eming, S. A., Partridge, L., Leptin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+in+vivo+imaging+of+Drosophila+larvae.">Long-term in vivo imaging of Drosophila larvae.</a> Nat Protoc. 15 (3), 1158-1187 (2020).</li><li>Bainbridge, S. P., Bownes, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Staging+the+metamorphosis+of+Drosophila+melanogaster.">Staging the metamorphosis of Drosophila melanogaster.</a> J Embryol Exp Morphol. 66, 57-80 (1981).</li><li>Allen, M. J., Godenschwege, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophysiological+recordings+from+the+Drosophila+giant+fiber+system+(GFs).">Electrophysiological recordings from the Drosophila giant fiber system (GFs).</a> Cold Spring Harb Protoc. 2010 (7), 5453 (2010).</li><li>Augustin, H., Allen, M. J., Partridge, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophysiological+recordings+from+the+giant+fiber+pathway+of+d.+Melanogaster.">Electrophysiological recordings from the giant fiber pathway of d. Melanogaster.</a> J Vis Exp. (47), e2412 (2011).</li><li>Boerner, J., Godenschwege, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whole+mount+preparation+of+the+adult+Drosophila+ventral+nerve+cord+for+giant+fiber+dye+injection.">Whole mount preparation of the adult Drosophila ventral nerve cord for giant fiber dye injection.</a> J Vis Exp. (52), e3080 (2011).</li><li>Blagburn, J. M., Alexopoulos, H., Davies, J. A., Bacon, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Null+mutation+in+shaking-b+eliminates+electrical,+but+not+chemical,+synapses+in+the+Drosophila+giant+fiber+system:+A+structural+study.">Null mutation in shaking-b eliminates electrical, but not chemical, synapses in the Drosophila giant fiber system: A structural study.</a> J Comp Neurol. 404 (4), 449-458 (1999).</li><li>Kennedy, T., 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=Newly+identified+electrically+coupled+neurons+support+development+of+the+Drosophila+giant+fiber+model+circuit.">Newly identified electrically coupled neurons support development of the Drosophila giant fiber model circuit.</a> eNeuro. 5 (6), 0346 (2018).</li><li>Mcfarland, B. W., 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=Axon+arrival+times+and+physical+occupancy+establish+visual+projection+neuron+integration+on+developing+dendrites+in+the+Drosophila+optic+glomeruli.">Axon arrival times and physical occupancy establish visual projection neuron integration on developing dendrites in the Drosophila optic glomeruli.</a> bioRxiv. , (2024).</li></ol>

Författarna har inget att avslöja.

Cellablation med ett 2-fotonmikroskop visade sig vara en mycket framgångsrik metod för att manipulera utvecklingen av neuronala kretsar hos Drosophila. Eftersom denna metod är icke-invasiv orsakar den minimal skada på djuret. Data stöder användbarheten av denna cellspecifika manipulation av kända kretsar.
Avgörande för att ablationen skulle lyckas var att välja den lämpligaste Gal4-drivrutinen. Eftersom GFS är väl studerat har många specifika Gal4-drivrutinslinjer beskri...

Laserablation är ett föredraget verktyg för att dissekera neurala kretsar i en mängd olika organismer. Den har utvecklats i modellgenetiska system som maskar och flugor och har tillämpats i hela djurriket för att studeranervsystemets struktur, funktion och utveckling 1,2,3. Här användes single-neuron ablation för att undersöka hur neuroner interagerar under kretsmontering i Drosophila. Flugans flyktsystem är en favoritkrets för analys eftersom den innehåller de största neuronerna och de största synapserna hos den vuxna flugan, och kretsen har karakteriserats väl under de senaste decennierna4. Den roll neuron-neuroninteraktioner spelar i sammansättningen av Giant Fiber-kretsen är en fokuspunkt för denna forskning.
En typ av interaktion som har varit i fokus inom neurovetenskapen sedan Hubels och Wiesels arbete på 1960-talet är "synaptisk konkurrens"5,6. I detta protokoll användes laserablation för att se över konkurrensens roll genom encellsablation i det gigantiska fibersystemet (GFS) i Drosophila, där de molekylära grunderna för fenomenet kunde upptäckas.
Ablation av nervceller hos den växande flugan har varit svår av olika anledningar, bland annat för att visualisera målnervcellerna, precisionen i ablationsmetoden och provets överlevnad. För att övervinna dessa problem i GFS användes UAS/Gal4-systemet7 för att märka neuroner av intresse, och ett tvåfotonmikroskop användes för att ta bort den presynaptiska jättefibern eller den postsynaptiska hoppmotorneuronen (TTMn).
I denna studie, för att bestämma den roll som närliggande bilaterala neuroner spelar för att justera synaptisk konnektivitet och synaptisk styrka i GFS, raderades ett av de bilaterala paren av neuroner (antingen presynaptisk GF eller postsynaptisk motorneuron) strax före pupputveckling. I detta utvecklingsskede har GF-axonogenesen inte slutförts8. GF-strukturen och funktionen av den synaptiska kretsen hos den vuxna undersöktes sedan, med särskild uppmärksamhet på utsignalen från den återstående GF.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 488 AffiniPure Goat Anti-Rabbit IgG (H+L)</td>
			<td>Jaxkson ImmunoResearch</td>
			<td>111-545-003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-green fluorescent protein, rabbit</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A11122</td>
			<td>1:500 concentration</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Apo LWD 25x/1.10W Objective</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>MRD77220</td>
			<td>water immersion long working distance</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Serum Albumin (BSA)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>B4287-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chameleon Ti:Sapphire Vision II Laser</td>
			<td>Coherent</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton Ball</td>
			<td>Genesee Scientific</td>
			<td>51-101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dextra, Tetramethylrhodamine, 10,000 MW, Lysine Fixable (fluoro-Ruby)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>D1817</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drosophila saline</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>recipe from Gu and O&#39;Dowd, 2006</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl Ether</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>E134-1</td>
			<td>Danger, Flammable liquid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fly food B (Bloomington recipe)</td>
			<td>LabExpress</td>
			<td>7001-NV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methyl salicylate</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>O3695-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge tube 1.5 mL</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>22363204</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope cover-slip 18x18 #1.5</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>12-541A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neurobiotin Tracer</td>
			<td>Vector Laboratories</td>
			<td>SP-1120</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikon A1R multi-photon microscope</td>
			<td>Nikon</td>
			<td></td>
			<td>on an upright FN1 microsope stand</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NIS Elements Advanced Research</td>
			<td>Nikon</td>
			<td></td>
			<td>Acquisition and data analysis software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraformaldehyde (PFA)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>T353-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS (Phosphate Buffered Salin)</td>
			<td>Fisher BioReagents</td>
			<td>BP2944-100</td>
			<td>Tablets</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>R91H05-Gal4</td>
			<td>Bloomington Drosophila Stock Center</td>
			<td>40594</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>shakB(lethal)-GAl4</td>
			<td>Bloomington Drosophila Stock Center</td>
			<td>51633</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Superfrost microscope glass slide</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>12-550-143</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>422355000</td>
			<td>detergent solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UAS-10xGFP</td>
			<td>Bloomington Drosophila Stock Center</td>
			<td>32185</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

laser cell ablation in intact drosophila larvae reveals synaptic competition

Protokollet beskriver ablation med en neuron med ett 2-fotonlasersystem i centrala nervsystemet (CNS) hos intakta Drosophila melanogaster-larver . Med hjälp av denna icke-invasiva metod kan det utvecklande nervsystemet manipuleras på ett cellspecifikt sätt. Att störa utvecklingen av enskilda nervceller i ett nätverk kan användas för att studera hur nervsystemet kan kompensera för förlusten av synaptisk input. Enskilda neuroner ablerades specifikt i det gigantiska fibersystemet hos Drosophila, med fokus på två neuroner: den presynaptiska jättefibern (GF) och den postsynaptiska tergotrochanteral motorneuron (TTMn). GF synapser med den ipsilaterala TTMn, vilket är avgörande för flyktresponsen. Att ablat en av GFs i den 3: e instar hjärnan, strax efter att GF startar axonal tillväxt, tar permanent bort cellen under utvecklingen av CNS. Den återstående GF reagerar på den frånvarande grannen och bildar en ektopisk synaptisk terminal till den kontralaterala TTMn. Denna atypiska, bilateralt symmetriska terminal innerverar båda TTMn, vilket demonstreras genom färgkoppling, och driver båda motorneuronerna, vilket demonstreras genom elektrofysiologiska analyser. Sammanfattningsvis visar ablationen av en enda interneuron synaptisk konkurrens mellan ett bilateralt par av neuroner som kan kompensera för förlusten av en neuron och återställa normala svar på flyktkretsen.

Laser ablation is a preferred tool for dissecting neural circuits in a wide variety of organisms. Developed in model genetic systems like worms and flies, it has been applied across the animal kingdom to study the structure, function, and development of the nervous system1,2,3. Here, single-neuron ablation was employed to investigate how neurons interact during circuit assembly in Drosophila. The escape system of the fly is a favorite circuit for analysis because it contains the largest neurons and the largest synapses in the adult fly, and the circuit has been well-characterized in the past decades4. The role neuron-neuron interactions play in the assembly of the Giant Fiber circuit is a focal point of this research.
One type of interaction that has been a focal point in neuroscience since the work of Hubel and Wiesel in the 1960s is &#34;synaptic competition&#34;5,6. In this protocol, laser ablation was used to revisit the role of competition through single-cell ablation in the giant fiber system (GFS) of Drosophila, where the molecular underpinnings of the phenomena might be discovered.
Ablation of neurons in the developing fly has been difficult for a variety of reasons, including visualizing the target neurons, the precision of the ablation method, and the survival of the specimen. To overcome these problems in the GFS, the UAS/Gal4 system7 was used to label neurons of interest, and a two-photon microscope was used to remove the presynaptic giant fiber or the postsynaptic jump motor neuron (TTMn).
In this study, to determine the role that neighboring bilateral neurons play in adjusting synaptic connectivity and synaptic strength in the GFS, one of the bilateral pairs of neurons (either presynaptic GF or postsynaptic motor neuron) was deleted just before pupal development. At this developmental stage, GF axonogenesis has not been completed8. The GF structure and function of the synaptic circuit in the adult were then examined, with particular attention given to the output of the remaining GF.

Författare i fokus: Undersöker mekanismerna för montering av neurala kretsar och synapsbildning hos Drosophila

Lasercellsablation i intakta Drosophila-larver avslöjar synaptisk konkurrens

We are trying to understand the mechanisms underlying neural circuit assembly during development, and we use simple nervous systems like drosophila to study this question. One of these mechanisms is the role of synaptic competition in circuit assembly, and the present paper is focused on this issue. One exciting new technology in neuroscience is called optogenetics.It uses light sensitive ion channels to turn neurons on or off using light pulses. These new methods allow us to control neural circuitry in new ways and link the circuits to behavior. Ablation of a single neuron in the living animal has allowed us to characterize the role of competition in the assembly of simple neural circuits.Now we can screen for the molecular machinery that underlies this widespread phenomenon. We demonstrate a competitive interaction between the two giant neurons for synaptic contact with their target motor neurons. This result has paralleled throughout the animal kingdom, especially in the vertebrate visual system where it was first discovered.This paves the way for investigating the molecules that regulate this competition in a genetically tractable organism like drosophila. We will use this new method of optogenetics to enhance our understanding of the neural circuit underlying the escape behavior. We will also use our understanding of the neural circuit to better understand how these new optogenetic tools work.

Denna metod kan användas för att manipulera utvecklingen av specifika neuronala nätverk i nervsystemet hos Drosophila. Den primära forskningsfrågan här var bildandet av synaptiska kopplingar. Genom att ta bort antingen den presynaptiska GF eller den postsynaptiska TTMn kunde man undersöka den reaktiva synaptogenesen vid denna centrala synaps och de molekylära mekanismer som är avgörande för synaptisk funktion och utveckling. Som beskrivet i protokollet utfördes lasercellsablation av en av GF:erna ell...

Detta protokoll demonstrerar lasercellsablation av enskilda neuroner i intakta Drosophila-larver . Metoden gör det möjligt att studera effekten av att minska konkurrensen mellan nervceller i det nervsystem som håller på att utvecklas.

The protocol describes single-neuron ablation with a 2-photon laser system in the central nervous system (CNS) of intact Drosophila melanogaster larvae. ...

laser-cell-ablation-intact-drosophila-larvae-reveals-synaptic

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Laser Cell Ablation in Intact Drosophila Larvae Reveals Synaptic Competition

204 Views.  Florida Atlantic University. We are trying to understand the mechanisms underlying neural circuit assembly during development, and we use simple nervous systems like drosophila to study this question. One of these mechanisms is the role of synaptic competition in circuit assembly, and the present paper is focused on this issue. One exciting new technology in neuroscience is called optogenetics.It uses light sensitive ion channels to turn neurons on or off using light pulses. These new methods allow us to control n...