遺伝的にコードされoptogeneticツール内の特定の神経細胞の非侵襲的な操作を可能に<em>ショウジョウバエ</em>脳。このようなツールは、そのアクティベーション、特定の行動を誘発または抑制するのに十分である神経細胞を識別することができます。ここでは、自由に歩いてハエの標的ニューロンに発現しているChannelrhodopsin2を活性化するための方法を提案する。
遺伝的にコードされたツールの数が増えてキイロショウジョウバエ 1における特定のニューロンの神経活動の非侵襲的な操作を可能にすることを利用可能になっています。これらの中で最も重要なのはそのままで特定のニューロンの活性化またはサイレンシングを有効にして、自由に明るい光を用いて動物を移動optogeneticツールです。 Channelrhodopsin(ChR2)は青色光によって活性化されると、それを表現するニューロンの脱分極を引き起こし、光活性化陽イオンチャネルである。 ChR2は、CO 2の回避、口先拡張と巨大な繊維媒介驚愕反応2月4日などの特定の行動のための重要な神経細胞を同定するために有効であった。しかしながら、また、ChR2を刺激する光受容体を刺激するために使用される強烈な光源として、これらoptogenetic技術は以前に視覚システムで使用されていない。ここで、我々はデモに光情報伝達を阻害する変異を有するoptogeneticアプローチを組み合わせるハエの視葉は、FOMA-1ニューロンにおける織機敏感なニューロンのクラスターの活性化をnstrate、衝突を回避するために使用されるエスケープ動作を駆動することができます。我々は盲目の飛んでもフォマ-1にChR2の発現を駆動するためにGAL4-UASは転写活性化システムを使用してレンダリングするnorpA遺伝子によってコードされたホスホリパーゼC-β、、、光情報伝達カスケードの重要なコンポーネントのヌル対立遺伝子を用いニューロン。個々のハエは、青色LEDに囲まれた小さなプラットフォーム上に配置されています。 LEDが点灯しているときに、視覚的に駆動織機逃避行動と同様に、飛行中に素早く離陸飛ぶ。我々は、この技術が簡単に自由に飛んで移動中に他の行動を調べるように適合させることができると信じています。
遺伝的にコードされたツールの成長武器は、 キイロショウジョウバエの 1で、特定の細胞の神経活動を操作するために開発されてきた。これらのツールは、無傷で自由に移動する動物の特定の神経細胞の非侵襲的な活性化またはサイレンシングを有効にしてください。それは時間的に制御し、迅速に誘導することができるので、これらのうち、Channelrhodopsin2(ChR2)、光活性化陽イオンチャネルは、重要な利点を提供しています。時急行ChR2それらが急速に脱分極および3-5高架発射速度を示す明るい青色(470 nm)の光にさらされていることをニューロン。自由に移動する動物における特定のニューロンのような標的と活性化は、CO 2の回避3、口吻伸展2,4、および巨大な繊維媒介驚愕応答4などの行動のための特定のニューロンの十分性を明らかにした。しかし、ChR2を刺激するために必要な強烈な光源としてもオペアンプを適用し、光受容体を刺激する視覚系にtogenetic技術が限られていました。光情報伝達を阻害する変異を有するoptogeneticアプローチを組み合わせることで、我々はハエの視葉のニューロンの特定のクラスターの活性化が衝突6を避けるために使用されるエスケープ動作を駆動することができることを実証した。
ほとんどが、すべてではありませんが、視覚的な動物が近づいてくるオブジェクトとの衝突を避けるために逃避行動を示す。迫り来る衝突が表示されたときに、ハエを歩いたり、静止した、離れて対向衝突7月9日から、飛行中に離陸。これらの離陸は離陸と不安定な飛行軌道10,11の前に隆起した翼によって特徴付けられる。この応答は、巨大な繊維媒介驚愕反応、隆起した翼が付いていませんジャンプとは区別され、通常は自由落下転倒4,9になる。 uniquアール視葉、FOMA-1ニューロンで織機感受性ニューロンの特定のクラスタを特定したエリーが近づいてオブジェクトをエンコードするように調整され、我々はハエの織機の逃避行動への関与を調べるためにしようとした。ここでは、選択的に、これらのニューロンを活性化し、ハエの逃避行動を誘発するoptogeneticsの使用例を示します。
我々は、FOMA-1ニューロンでChR2の発現を駆動するためにGAL4-UASの転写活性化システムを使用しています。 ChR2は補因子は全トランスレチナールが必要であり、これはショウジョウバエ中枢神経系における低レベルで検出されたとしてそれはハエの食事で補わなければなりません。明るい光がChR2を活性化するために使用し、ハエが強い走光の挙動を示すされている3,4のように12、我々は、刺激に対する視覚反応の可能性を排除するように努めた。これを行うには、我々は、光情報伝達カスケードの重要なコンポーネントで、ホスホリパーゼC-βをコードしてnorpA遺伝子のヌル対立遺伝子のホモ接合体変異た動物を使用していました。このような変異ハエにおける光受容体は責任することができませんdは13を点灯させる。エスケープ応答のoptogenetic刺激をテストするために、我々は1つのフライを隔離し、明るい青い光でそれを入浴する必要があります。これを行うには、我々は、ピペットチップ内の個々のハエを配置します。一つのピペットチップは、フライがgeotactically長方形のプラットフォーム上にチップと外を歩いていくようなカスタムホルダーに置かれます。ハエが自由にこのプラットフォームの上に歩くことができる。プラットフォームは、そのプラットフォームの上に焦点を当てた4つの青いLEDアレイ、それぞれ含む3つのLEDに囲まれています。ハエがプラットフォーム上に準備したら、LEDが点灯していると、フライの応答は、高速度カメラ6を使用して記録されます。
私達は明るい青い光でハエを歩いて自由に入浴することによってエスケープ行動のoptogenetic刺激を実証している。このアプローチは、簡単に自由に歩くハエに他の行動を調べるために適合させることができ、単純に我々はより大きな面積で使用されるLEDアレイをタイリングすることにより、より広いプラットフォームにスケーリングすることができます。私たちが説明する安価なカメラ?…
The authors have nothing to disclose.
この作品は、スタンフォード·ディーンのフェローシップ(SEJdV)、健康ディレクターズパイオニア賞(TRC DP0035350)、マクナイト財団奨学生賞(TRC)とR01 EY022638(TRC)の国立研究所によって資金を供給された。
Reagent | |||
All-trans Retinal | Advance Scientific & Chemical Inc | R3041 | |
Equipment | |||
Heat Sink 9.2 C/W | Luxeonstar | LPD30-30B | 30 mm square X 30 mm high |
Carclo 18 ° Tri-Lens | Luxeonstar | 10507 | |
Blue Rebel LED on Tri-Star Base | Luxeonstar | MR-B0030-20T | 470 nm, 174 lm @ 700 mA. |
700 mA BuckPuck DC Driver | Luxeonstar | 3021-D-E-700 | |
Wiring Harness for BuckPuck Driver | Luxeonstar | 3021-HE | |
Pre-cut thermal adhesive tape | Luxeonstar | LXT-S-12 | 20 mm Hex Base |
Snap-Loc Coolant Hose, ¼” ID | McMaster-Carr | 5307K49 | |
Snap-Loc Coolant Hose Connector | McMaster-Carr | 5307K39 | ¼” NPT Male |
Laboratory Grade Switching Mode Programmable DC Power Supply | BK Precision | 1698 | |
Exilim camera | Casio | EX-FH20 |