Analisi funzionale del circuito di alimentazione larvale in Drosophila</i
Summary
Il circuito di alimentazione in Drosophila melanogaster larve propone un modello semplice ma potente che consente modifiche del tasso di alimentazione per essere correlati con alterazioni della circuiti neurali stomatogastric. Questo circuito è composto di neuroni serotoninergici centrali che inviano proiezioni ai ganci bocca e foregut.
Abstract
Il circuito di alimentazione serotoninergico in Drosophila melanogaster larve può essere usato per studiare substrati neuronali di importanza critica durante lo sviluppo del circuito. Utilizzando l'uscita funzionale del circuito di alimentazione, modifiche della struttura neuronale del sistema stomatogastric può essere visualizzata. Comportamento alimentare può essere registrato osservando il tasso di retrazione dei ganci bocca, che ricevono innervazione dal cervello. Comportamento locomotorio viene utilizzato come controllo fisiologico per l'alimentazione, poiché larve utilizzare loro bocca ganci attraversare le un substrato di agar. Cambiamenti nel comportamento alimentare possono essere correlati con l'architettura assonale dei neuriti innervano l'intestino. Usando immunoistochimica è possibile visualizzare e quantificare questi cambiamenti. L'uso improprio delle larve durante paradigmi di comportamento in grado di alterare i dati in quanto sono molto sensibili alle manipolazioni. La corretta rappresentazione dell'architettura neurite innervanol'intestino è critico per la quantificazione precisa del numero e delle dimensioni delle varici nonché l'entità di nodi ramo. Analisi della maggior parte dei circuiti consentono solo per la visualizzazione di architettura neurite o effetti comportamentali, tuttavia, questo modello permette di correlare l'uscita funzionale del circuito con menomazioni dell'architettura neuronale.
Introduction
Drosophila è estremamente potente sistema modello per lo studio dello sviluppo del circuito neurale a causa di tempi rapidi generazione, a basso costo sperimentale, e la capacità di manipolare e controllare i fattori genetici e ambientali. Neurogenesi, constatazione percorso neuronale e la sinaptogenesi sono conservati tra l'uomo e Drosophila, quindi i meccanismi di creazione, il mantenimento e la modifica dei circuiti neurali sono conservati pure.
Neurotrasmettitori, come la serotonina (5-idrossitriptamina, o 5-HT) possono servire come fattori di crescita prima di adottare il loro ruolo di molecole di segnalazione nel maturo circuito neurale 1-3 Studi precedenti hanno dimostrato che perturbato livelli di 5-HT durante l'embriogenesi alterare la connettività dei neuroni maturi 4. Altri hanno dimostrato che l'applicazione ectopica di 5-HT a neuroni in coltura Helisoma reprimere neuriti e sinaptogenesi 5-7. In Drosophila, sviluppo livelli di 5-HT sono inversamente proporzionali al numero di varici e dimensione, nonché il grado di aborization, lungo la lunghezza dei neuriti sporgenti al foregut dal CNS 8.
Neurotrasmissione serotoninergica ha dimostrato di modulare i comportamenti alimentari di specie diverse, tra cui Drosophila 8-9. Il circuito di alimentazione in Drosophila è relativamente semplice circuito che può essere utilizzato come modello per correlare l'uscita funzionale (alimentazione) con alterazioni nello sviluppo delle proiezioni assonale dal cervello foregut. Schoofs et al. hanno dimostrato che larvale Drosophila è regolata da generatori di pattern centrali che influenzano la muscolatura 10. Mentre l'anatomia muscolare specifico non è completamente compreso, è stato dimostrato che il nervo antenne, nervo mascellare, e prothoracic nervo accessorio sono responsabili dei bersagli muscolari coinvolte nellacomportamento alimentare. La maggior parte dei dati che coinvolgono la muscolatura e del nervo anatomia di alimentazione invertebrato è limitata a Calliphora larve.
Il tasso di alimentazione del secondo larve instar può essere valutato retrazione delle scleriti cephalopharyngeal (ganci bocca), ed è riproducibile e high-throughput. Le piastre cephalopharyngeal sono innervati da fibre di centrali neuroni 5-HT attraverso il nervo frontale. Il proventricolo, o foregut, è innervato da fibre serotoninergici (Recurrens del nervo) che fasciculate nel midgut e sono responsabili per la contrazione del foregut (Figura 1), 11-12. Cambiamenti nella ramificazione assonale, e il numero e le dimensioni delle varici lungo la lunghezza dei neuriti, possono essere quantizzati utilizzando tecniche immunoistochimiche. Manipolazione neuronale 5-HT durante lo sviluppo, direttamente o indirettamente, può modificare la potenza funzionale di questo circuito di alimentazione, che può essere valutato e correlata con i cambiamenti nel morphology dell'architettura neurite.
Protocol
Representative Results
Discussion
Sviluppo aberrante del circuito stomatogastric serotoninergico, che si verifica durante la tarda embriogenesi, influenzerà la sua funzione maturo. Modifiche della struttura neurite innervano l'intestino può essere correlato con l'uscita funzionale del circuito, che sta alimentando tasso (misurato dalla bocca contrazioni gancio in una soluzione di lievito) (Figura 1). L'utilizzo del sistema bipartito UAS-GAL4 in Drosophila permette di indirizzare specificamente up-o down-regolato e…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori desiderano ringraziare Research Fund del Presidente da Saint Louis University assegnato a WSN
Materials
| Eclipse E-800 Microscope | Nikon Instruments | ||
| Neuroleucida | MBF Biosciences | NL-15 | Used to analyze gut fiber architecture, not necessary to have |
| Northern Eclipse | Empix Inc | Imaging software | |
| G-2E/C TRITC EX 528-553 | Nikon Instruments | 96312 | Filter for specific secondary antibody |
| N.A. 0.75; W.D. 0.72 mm; DIC Prism: 40xI, 40x I-C; Spring loaded | Nikon Instruments | MRH00400 | Objective used for imaging |
| Simple Neurite Tracer | NIH Image J | http://fiji.sc/Simple_Neurite_Tracer |
Referenzen
- Weiss, E., Maness, P., Lauder, J. Why do neurotransmitters act like growth factors?. Perspect Dev Neurobiol. 5, 323-335 .
- Herlenius, E., Lagercrantz, H. Neurotransmitters and neuromodulators during early human development. Early Hum. Dev. 65, 21-37 .
- Budnik, V., Wu, C., White, K. Altered branching of serotonin-containing neurons in Drosophila mutants unable to synthesize serotonin and dopamine. J. Neurosci. 9, 2866-2877 (1989).
- Sodhi, M., Sanders-Bush, E. Serotonin and brain development. International Review of Neurobiol. 59, 111-174 (2004).
- Goldberg, J., Kater, S. Expression and function of the neurotransmitter serotonin during development of the Helisoma nervous system. Dev. Biol. 131, 483-495 (1989).
- Goldberg, J. Serotonin regulation of neurite outgrowth in identified neurons from mature and embryonic Helisoma triyolvis. Perspect Dev Neurobiol. 5, 373-387 (1998).
- Haydon, P., McCobb, P., Kater, S. Serotonin selectively inhibits growth cone motility and synaptogenesis of specific identified neurons. Sci. 226, 561-564 (1984).
- Neckameyer, W. S. A trophic role for serotonin in the development of a simple feeding circuit. Dev. Neurosci. 32, 217-237 .
- De Vry, J., Schreiber, R. Effects of selected serotonin 5-HT 1 and 5-HT 2 receptor agonists on feeding behavior: possible mechanisms of action. Neurosci. Biobehav. Rev. 24, 341-353 (2000).
- Schoofs, A., Niederegger, S., van Ooyen, A., Heinzel, H., Spieß, R. The brain can eat: Establishing the existence of a central pattern generator for feeding in third instar larvae of Drosophila virilis and Drosophila melanogaster. J. Insect Physiol. 56, 695-705 (2010).
- Spieß, R., Schoofs, A., Heinzel, H. Anatomy of the stomatogastric nervous system associated with the foregut in Drosophila melanogaster and Calliphora vicin third instar larvae. J. Morphol. 269, 272-282 (2008).
- Neckameyer, W. S., Bhatt, P. Neurotrophic actions of dopamine on the development of a serotonergic feeding circuit in Drosophila melanogaster. Biomed Cent NeuroSci. 13, 26 (2012).
- Sewall, D., Burnet, B., Connolly, K. Genetic analysis of larval feeding behavior in Drosophila melanogaste. Genet. Res. 24, 163-173 (1975).
- Joshi, A., Mueller, L. Evolution of higher feeding rate in Drosophila due to density-dependent natural selection. Evolution. 42, 1090-1093 (1988).
- Budnik, V., Wu, C., White, K. Altered branching of serotonin-containing neurons in Drosophila mutants unable to synthesize serotonin and dopamine. J. Neurosci. 9, 2866-2877 (1989).
- Sykes, P., Condron, B. Development and sensitivity to serotonin of Drosophila varicosities in the central nervous system. Dev. Biol. 286, 207-216 (2005).
- Garrity, P. A., Goodman, M. B., Samuel, A. D., Sengupta, P. Running hot and cold: behavioral strategies, neural circuits, and the molecular machinery for thermotaxis inC. elegansand Drosophila. Genes Dev. 24, 2365-2382 (2010).
- McKemy, D. D. Temperature sensing across species. Pflugers Archives. 454, 777-791 (2007).
