Optogenetic Stimulering av Escape Beteende i<em> Drosophila melanogaster</em

En växande arsenal av genetiskt kodade verktyg har tagits fram för att manipulera neural aktivitet i specifika celler i Drosophila melanogaster ^1. Dessa verktyg möjliggör den icke-invasiv aktivering eller tysta specifika nervceller i den intakta och fritt rörliga djur. Bland dessa finns Channelrhodopsin2 (ChR2), en ljusaktiverat katjon kanal, viktiga fördelar, eftersom den kan temporärt kontrolleras och snabbt induceras. När nervceller som uttrycker ChR2 utsätts för klarblå (470 nm) ljus de snabbt depolarisera och uppvisar förhöjda bränning priser ^3-5. Sådan riktad aktivering av specifika nervceller i fritt rörliga djur har visat tillräcklig särskilda nervceller för beteenden som CO ₂ undvikande ^3, snabel förlängning ^2,4, och jätte-fiber förmedlade svar skrämmer ^4. Men eftersom de intensiva ljuskällor som behövs för att stimulera ChR2 också stimulera fotoreceptorer, tillämpa optogenetic tekniker till det visuella systemet har varit begränsade. Genom att kombinera en optogenetic förhållningssätt med en mutation som försämrar ljusöverledningen har vi visat att aktivering av en specifik grupp av nervceller i flugans optiska loben kan driva fly beteende används för att undvika kollision ^6.

De flesta, om inte alla, visuella djur uppvisar en flykt beteende för att undvika kollisioner med mötande objekt. Promenader eller stillastående flugor, när du presenteras med en hotande kollision, start i flykt, bort från mötande kollisionen ^7-9. Dessa starter kännetecknas av upphöjda vingar före start och en instabil flygning bana ^10,11. Detta svar skiljer sig från jätte-fiber-medierad reaktion vid oväntade yttre, hopp som inte föregås av upphöjda vingar, och oftast resultera i en fritt fallande tumla ^4,9. Efter att ha identifierat en specifik grupp av vävstol känsliga nervceller i den optiska lob, Foma-1 neuroner, som är uniquely inställd att koda närmar föremål, försökte vi att undersöka deras deltagande i flugans Loom fly beteende. Här visar vi att använda optogenetics att selektivt aktivera dessa nervceller och framkallar flugan flykt beteende.

Vi använder Gal4-UAS transkriptionsaktivator systemet för att driva expressionen av ChR2 i Foma-1 neuroner. ChR2 kräver kofaktor all-trans-retinal och eftersom detta finns i låga nivåer i Drosophila centrala nervsystemet måste den kompletteras flugorna "kost. ^3,4 Som starkt ljus används för att aktivera ChR2 och flugor uppvisar starka phototactic beteenden ^12, försökte vi att eliminera möjligheten av en visuell respons till stimulansen. För att göra detta använde vi djur som var homozygot mutant för en noll-allel av norpA genen, som kodar för en kritisk komponent i ljusöverledningen kaskaden, fosfolipas C-β. Fotoreceptorer i sådana muterade flugor kan inte ansvad för ljus ^13. För att testa optogenetic stimulering av flykt svar, måste vi isolera en enda fluga och bada den i starkt blått ljus. För att göra detta lägger vi individuella flugor i pipettspetsar. Ett pipettspetsen placeras i en anpassad hållare, så att flugan geotactically kommer att gå upp spetsen och ut på en rektangulär plattform. Flugan kan fritt gå runt på toppen av denna plattform. Plattformen är omgiven av fyra LED blå arrayer, vardera innehållande 3 lysdioder, fokuserade på toppen av plattformen. Efter fluga är på plattformen är lysdioderna lyser, och flugan svar registreras med hjälp av en höghastighetskamera ^6.