STAR Protocols︱秀丽线虫胚胎后发育过程的荧光活体成像方案
撰文︱李婷婷
责编︱王思珍
秀丽线虫（秀丽隐杆线虫，Caenorhabditis elegans）是以细菌为食的非寄生性线虫。20世纪60年代Sydney Brenner在线虫中进行发育生物学和神经科学的研究，建立了一套以秀丽线虫为模型来研究多细胞生物体发育的系统，开创了秀丽线虫模式生物研究的新时代。迄今为止，研究人员利用秀丽线虫进行的各方面研究，如神经系统发育、细胞自噬与凋亡、人类基因功能与疾病、衰老等方面，做出的贡献卓越。
胚胎后发育是多细胞生命体必经的过程。线虫发育过程中动态事件的实时成像，可以为生命体发育进程提供详细信息。例如，解析某一细胞的缺失是信号通路调控的细胞分裂还是细胞凋亡导致的，分析神经元突起的减少是神经元发育中突起生长、修剪或锚定的哪些缺陷导致，通过活体实时成像观察发育过程进行区分，从而为进一步遗传分析指明方向。
2022年4月19日，上海科技大学生命科学与技术学院的邹燕课题组在Cell旗下的STAR Protocols杂志在线发表了题为“Live imaging of postembryonic developmental processes in C. elegans”的研究方案论文，介绍了线虫胚胎后发育时期的神经元迁移和树突生长的荧光实时显微成像方法。邹燕研究团队利用这项技术在线虫中的研究，发现了调控神经元迁移和树突生长的重要因子P5A ATPase，该研究工作已发表于期刊Cell Reports[1,2]。
该方案首先对线虫进行同步化处理以获得特定发育时期的幼虫，而后将幼虫麻醉后固定在琼脂片上，盖玻片与载玻片中的空隙用石蜡和凡士林的混合物进行封闭（图1）。含有线虫的琼脂载玻片放置于共聚焦显微镜下进行长时程拍摄，获取的图像数据用软件ImageJ处理和分析。
图1 琼脂片的制作和线虫的固定
（图源：Li T, et al., STAR Protoc, 2022）
该研究结果展示了Q细胞发育中进行的不对称细胞分裂、细胞迁移和凋亡。Q细胞分裂得到子代细胞Q.a和Q.p，而后分别经历一次和二次细胞分裂，最终得到3个神经元（Q.ap、Q.paa和Q.pap）和两个凋亡细胞（Q.aa和Q.pp）。QL细胞及其子代细胞向后迁移最终产生神经元：PQR、SDQL和PVM，而QR细胞及其子代细胞向前迁移最终产生神经元：AQR、SDQR和AVM（图2）。
图2 Q细胞谱系示意图及其子代细胞的迁移过程
（图源：Li T, et al., STAR Protoc, 2022）
该方案还研究了神经元树突的生长发育过程。PVD神经元出生在L2幼虫阶段，胞体位于身体后侧，并沿着身体前后轴生长出1°树突，垂直于1°树突生长出2°，沿着2°水平方向生长出3°树突且相邻的树突留有间隙，最后在3°树突的垂直方向生长出4°树突，到L4后期PVD神经元树突发育完成（图3）。
图3 线虫PVD神经元的树突发育
（图源：Li T, et al., STAR Protoc, 2022）
图4 线虫胚胎后神经元发育的荧光活体成像方案模式图
（图源：Li T, et al., STAR Protoc, 2022）
原文链接： https://doi.org/10.1016/j.xpro.2022.101336
李婷婷（前排右一）、邹燕（前排左三）。
（照片提供自上海科技大学邹燕实验室）
上海科技大学生命科学与技术学院博士生李婷婷是论文的第一作者，邹燕研究员为通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金（No. 32170974）和上海市自然科学基金（No. 22ZR1442400）的资助，同时也感谢上海科技大学生命学院分子影像平台的大力支持。
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参考文献（上下滑动阅读）
1.Li, T., et al., P5A ATPase controls ER translocation of Wnt in neuronal migration. Cell Reports, 2021. 37(4): p. 109901.
2.Feng, Z., et al., CATP-8/P5A ATPase Regulates ER Processing of the DMA-1 Receptor for Dendritic Branching. Cell Reports, 2020. 32(10): p. 108101.
3.Chai, Y., et al., Live imaging of cellular dynamics during Caenorhabditis elegans postembryonic development. Nat Protoc, 2012. 7(12): p. 2090-102.
制版︱王思珍
本文完