Summary

Elektrofysiologiska inspelning Från<em> Drosophila</em> Labellar Taste sensilla

Published: February 26, 2014
doi:

Summary

Detta protokoll beskriver cellulära inspelning av aktionspotentialen svar eldas med labellar smak nervceller i Drosophila.

Abstract

Den perifera smaksvar insekter kan kraftfullt undersökas med elektrofysiologiska metoder. Den metod som beskrivs här gör det möjligt för forskare att mäta smak svar direkt och kvantitativt, vilket speglar den sinnesintryck att insekten nervsystemet får från smak stimuli i sin omgivning. Detta protokoll beskriver alla viktiga steg i att utföra denna teknik. De kritiska stegen i montering ett elektrofysiologi riggen, till exempel val av nödvändig utrustning och en lämplig miljö för inspelning, avgränsas. Vi beskriver också hur man förbereder för inspelning genom lämpliga referens-och registreringselektroderna, och tastant lösningar. Vi beskriver i detalj den metod som används för att framställa insekten genom införande av en glasreferenselektrod i farten för att immobilisera snabel. Vi visar spår av de elektriska impulserna som eldas med smak neuroner som svar på ett socker och en bitter föreningen. Aspekterna av protokollet är ttekniskt sett utmanande och vi inkluderar en omfattande beskrivning av några vanliga tekniska problem som kan uppstå, till exempel brist på signal eller mycket brus i systemet, och möjliga lösningar. Tekniken har begränsningar, såsom en oförmåga att leverera tidsmässigt komplexa stimuli, observera bakgrunds bränning omedelbart före stimulans leverans, eller använda vattenolösliga smak föreningarna enkelt. Trots dessa begränsningar, denna teknik (inklusive mindre variationer som refereras i protokollet) är en standard, allmänt accepterat förfarande för registrering av Drosophila neuronala svar att smaka föreningar.

Introduction

Den smaks gör en insekt att upptäcka ett stort utbud av lösliga kemikalier och spelar en viktig roll i mottagandet av en näringsrik substans, eller ett avslag på en skadlig eller giftig en. Smaken är också tänkt att spela en roll i mate urval, genom detektion av feromoner 1-5. Dessa viktiga och olika funktioner har gjort det insekts smaken systemet ett övertygande mål för utredning av hur sensoriska system översätter miljö ledtrådar till relevanta beteende utgångar.

Den primära enhet av Drosophila melanogaster smak systemet är smaken hår, eller sensillum. Molekyler in i sensillum via en por på sin spets 2,6. Sensilla påträffas på labellum, benen, vingmarginal och svalget 6. På labellum är antalet och placeringen av sensilla stereotypa. Det finns tre morfologiska klasser av sensilla baserat på längd: den långa (L), mellan (I) och korta (S ) Sensilla 7,8. Varje sensillum innehåller antingen två (I-typ) eller fyra (L-och S-typ) smakreceptor neuroner (GRNs) 9. Olika GRNs svarar på olika typer av smak stimuli: bitter, socker, salt och osmolaritet 7,10 och uttrycka olika undergrupper av smakreceptorer 8,11-13. Bara jag och S-typ sensilla innehåller bitter-lyhörd GRNs 8,10. Den GRNs projektet till subesophageal ganglion (SOG) och deras aktivering av smakmolekyler förmedlas till högre centrala nervsystemet för avkodning, vilket resulterar i ett beteende svar 6. Det relativt lilla antalet nervceller och mottaglighet för molekylär och beteendeanalys gör Drosophila smaken systemet en utmärkt modell för utredning av smak system i allmänhet. Den relativa lätthet med vilken systemet kan manipuleras via genetisk mutation eller GAL4-UAS expressionssystem fungerar också som ett värdefullt verktyg 14,15.

ontent "> Eftersom dessa sensilla skjuta ut från ytan av den labellum, gör de utmärkta mål för elektrofysiologi. Bränningen av de GRNs kan övervakas med användning av extracellulära inspelning. Historiskt sidoväggen registreringsmetod, som använder en glaselektrod införd i sensillum att spela in neuronal aktivitet, 26 som har använts. Det är dock tekniskt krävande att utföra denna metod, och det är svårt att spela in under längre från varje preparat. Spetsen-inspelningsmetod, som mäter svaret av neuroner med en elektrod som samtidigt levererar en tastant, har sedan dess blivit den metod som före 9,16. Det har använts för att undersöka smaken systemet Drosophila melanogaster 8,10,17,18 samt ett antal andra insektsarter 19-23. Den har i hög grad underlättats genom utvecklingen av tastePROBE förstärkare, som övervann en av de stora nackdelarna med spets-inspelningsmetod genom att kompensera förden stora potentialskillnad mellan referenselektrod och insekts sensillum, vilket gör att GRN aktionspotentialer som skall spelas utan överdriven förstärkning eller filtrering 24. En annan viktig utveckling var användningen av trikolincitrat som inspelnings elektrolyt 25. TCC trycker svaren från osmolariteten känsliga GRN och stimulerar inte saltkänslig referensnumret, vilket svar som genereras av bittra och socker tastants mycket lättare att analysera 25.

Här beskriver vi hur spets inspelning av Drosophila labellar sensilla för närvarande utförs i Carlson laboratoriet. Detta protokoll kommer att förklara hur man kan skapa en lämplig elektrofysiologi rigg, hur man förbereder i farten, och hur man utför smak inspelningar. Vi presenterar även några representativa uppgifter som erhållits genom att spela in från delmängder av Drosophila sensilla, samt några vanliga problem och möjliga lösningar som kan uppstå vid användning av dennateknik.

Protocol

Följande protokoll uppfyller alla riktlinjer djurvård av Yale University. 1. Reagens och utrustning Förberedelse Inspelningsutrustning installation (Figur 1A). Välj ett rum för rigg inställning som är fri från stora variationer i temperatur eller luftfuktighet och även isolerats från källor av elektrisk och maskinbuller, till exempel kylskåp och centrifuger. <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" …

Representative Results

Figur 5A visar responsen hos en L sensillum till ett socker, sackaros. Samma sensillum reagerar inte en bitter förening visar berberin. Figur 5B som en I-typ sensillum, som innehåller en bitter mottaglig neuron, visar större amplitud spikar som svar på berberin och mindre amplitud spikar som svar på sackaros. L sensilla visa en minimal bakgrundsresponsen till lösningsmedelskontroll, TCC, medan jag sensilla visa praktiskt taget inget svar på TCC (Figur 5). För me…

Discussion

Labellar sensilla varierar i lättheten att inspelning beroende på skillnader i morfologi och anatomisk organisation. Ibland kan en sensillum inte svarar på några tastants, även en som är känd för att framkalla en positiv respons. Den frekvens med vilken detta sker beror på sensillum typen. L sensilla är mest konsekvent lyhörda och är relativt lätta att komma åt på grund av sin längd. I allmänhet S sensilla är genomgående reagerar, men deras korta längd och position på labellum får god kontakt utman…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Detta arbete stöddes av en NRSA predoctoral bidrag 1F31DC012985 (till RD) och NIH bidrag till JC

Vi vill tacka Dr Linnea Weiss för värdefulla kommentarer på manuskriptet, Dr Ryan Joseph för att få hjälp att sammanställa siffror, och Dr Frederic Marion-Poll för bra teknisk rådgivning. Vi vill också tacka för de hjälpsamma kommentarer från fyra granskare.

Materials

Stereo Zoom Microscope Olympus  SZX12 DFPLFL1.6x PF eyepieces: WHN10x-H/22 capable of ~150x magnification with long working distance table mount stand
Anti-vibration Table Kinetic Systems BenchMate2210
Micromanipulators Narishige NMN-21
Magnetic stands ENCO Model #625-0930
Reference Electrode Holder Harvard Apparatus ESP/W-F10N Can be mounted on 5ml serological pipette for extended range
 Silver Wire World Precision Instruments AGW1510 0.3-0.5mm diameter
Retort Stand generic
Outlet Plastic Tube generic, 1cm diameter
Flexible Plastic Tubing Nalgene  8000-0060 VI grade 1/4 in internal diameter 
500 ml Conical Flask generic,  with side arm
Aquarium Pump Aquatic Gardens Airpump 2000
Fiber Optic Light Source Dolan-Jenner Industries Fiber-Lite 2100
White Card/Paper Whatman 1001-110
Digital Acquisition System Syntech IDAC-4 Alternative: National Instruments NI-6251  
Headstage Syntech DTP-1 Tasteprobe
Tasteprobe Amplifier Syntech DTP-1 Tasteprobe
Alligator Clips Grainger 1XWN7 Any brand is fine
Insulated Electrical Wire Generic
Gold Connector Pins World Precision Instruments 5482
Personal Computer Dell  Vostro Check for compatibility with digital acquisition system and software
Acquisition Software Syntech Autospike Autospike works with IDAC-4; alternatively, use Labview with NI-6251
Aluminum Foil and/or Faraday Cage Electro-magnetic noise shielding
Borosilicate Glass Capillaries World Precision Instruments 1B100F-4
Pipette Puller Sutter Instrument Company Model P-87 Flaming/Brown Micropipette Puller
Beadle and Ephrussi Ringer Solution See recipe in protocol section
Tricholine citrate, 65%  Sigma T0252-100G
Stereo Microscope Olympus VMZ 1x-4x Capable of 10x-40x magnification
Ice Bucket Generic
p200 Pipette Tips Generic
Spinal Needle Terumo SN*2590
1ml Syringe Beckton-Dickenson 301025
Fly Aspirator Assembled from P1000 pipette tips, flexible plastic tubing, and mesh
Modeling Clay Generic
Forceps Fine Science Tools By Dumont 11252-00 #5SF (super-fine tips)
10ml Syringe  Beckton-Dickinson 301029
Plastic Tubing Tygon R-3603

Referenzen

  1. Glendinning, J. I., Jerud, A., Reinherz, A. T. The hungry caterpillar: an analysis of how carbohydrates stimulate feeding in Manduca sexta. The Journal of experimental biology. 210, 3054-3067 (2007).
  2. Yarmolinsky, D. A., Zuker, C. S., Ryba, N. J. Common sense about taste: from mammals to insects. Cell. 139, 234-244 (2009).
  3. Thistle, R., Cameron, P., Ghorayshi, A., Dennison, L., Scott, K. Contact chemoreceptors mediate male-male repulsion and male-female attraction during Drosophila courtship. Cell. 149, 1140-1151 (2012).
  4. Toda, H., Zhao, X., Dickson, B. J. The Drosophila female aphrodisiac pheromone activates ppk23(+) sensory neurons to elicit male courtship behavior. Cell reports. 1, 599-607 (2012).
  5. Lu, B., LaMora, A., Sun, Y., Welsh, M. J., Ben-Shahar, Y. ppk23-Dependent chemosensory functions contribute to courtship behavior in Drosophila melanogaster. PLoS Genet. 8, e1002587 (2012).
  6. Stocker, R. F. The organization of the chemosensory system in Drosophila melanogaster: a review. Cell and tissue research. 275, 3-26 (1994).
  7. Hiroi, M., Marion-Poll, F., Tanimura, T. Differentiated response to sugars among labellar chemosensilla in Drosophila. Zoological Science. 19, 1009-1018 (2002).
  8. Weiss, L. A., Dahanukar, A., Kwon, J. Y., Banerjee, D., Carlson, J. R. The Molecular and Cellular Basis of Bitter Taste in Drosophila. Neuron. 69, 258-272 (2011).
  9. Falk, R., Bleiser-Avivi, N., Atidia, J. Labellar taste organs of Drosophila melanogaster. Journal of Morphology. 150, 327-341 (1976).
  10. Hiroi, M., Meunier, N., Marion-Poll, F., Tanimura, T. Two antagonistic gustatory receptor neurons responding to sweet-salty and bitter taste in Drosophila. Journal of neurobiology. 61, 333-342 (2004).
  11. Clyne, P. J., Warr, C. G., Carlson, J. R. Candidate taste receptors in Drosophila. Science (New York, N.Y.). 287, 1830-1834 (2000).
  12. Cameron, P., Hiroi, M., Ngai, J., Scott, K. The molecular basis for water taste in Drosophila. Nature. 465, 91-95 (2010).
  13. Croset, V., et al. Ancient protostome origin of chemosensory ionotropic glutamate receptors and the evolution of insect taste and olfaction. PLoS Genet. 6, e1001064 (2010).
  14. Brand, A. H., Perrimon, N. Targeted gene expression as a means of altering cell fates and generating dominant phenotypes. Development (Cambridge, England). 118, 401-415 (1993).
  15. Parks, A. L., et al. Systematic generation of high-resolution deletion coverage of the Drosophila melanogaster genome. Nature genetics. 36, 288-292 (2004).
  16. Hodgson, E. S., Lettvin, J. Y., Roeder, K. D. Physiology of a primary chemoreceptor unit. Science (New York, N.Y.). 122, 417-418 (1955).
  17. Dahanukar, A., Lei, Y. T., Kwon, J. Y., Carlson, J. R. Two Gr genes underlie sugar reception in Drosophila. Neuron. 56, 503-516 (2007).
  18. Lee, Y., Kim, S. H., Montell, C. Avoiding DEET through insect gustatory receptors. Neuron. 67, 555-561 (2010).
  19. Descoins, C., Marion-Poll, F. Electrophysiological responses of gustatory sensilla of Mamestra brassicae (Lepidoptera, Noctuidae) larvae to three ecdysteroids: ecdysone, 20-hydroxyecdysone and ponasterone. A. J Insect Physiol. 45, 871-876 (1999).
  20. Glendinning, J. I., Davis, A., Ramaswamy, S. Contribution of different taste cells and signaling pathways to the discrimination of “bitter” taste stimuli by an insect. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 22, 7281-7287 (2002).
  21. Sanford, J. L., Shields, V. D., Dickens, J. C. Gustatory receptor neuron responds to DEET and other insect repellents in the yellow-fever mosquito, Aedes aegypti. Die Naturwissenschaften. 100, 269-273 (2013).
  22. Merivee, E., Must, A., Milius, M., Luik, A. Electrophysiological identification of the sugar cell in antennal taste sensilla of the predatory ground beetle Pterostichus aethiops. J Insect Physiol. 53, 377-384 (2007).
  23. Popescu, A., et al. Function and central projections of gustatory receptor neurons on the antenna of the noctuid moth Spodoptera littoralis. Journal of comparative physiology. A, Neuroethology. 199, 403-416 (2013).
  24. Marion-Poll, F., Der Pers, J. V. a. n. Un-filtered recordings from insect taste sensilla. Entomologia Experimentalis et Applicata. 80, 113-115 (1996).
  25. Wieczorek, H., Wolff, G. The labellar sugar receptor of Drosophila. J. Comp. Physiol. A. Neuroethol Sens. Neural Behav. Physiol. 164, 825-834 (1989).
  26. Morita, H. Initiation of spike potentials in contact chemosensory hairs of insects. III. D.C. stimulation and generator potential of labellar chemoreceptor of calliphora. Journal of cellular and comparative physiology. 54, 189-204 (1959).
  27. Lacaille, F., et al. An inhibitory sex pheromone tastes bitter for Drosophila males. PLoS One. 2, e661 (2007).
  28. Benton, R., Dahanukar, A. Electrophysiological recording from Drosophila taste sensilla. Cold Spring Harbor protocols. 2011, 839-850 (2011).
  29. Pellegrino, M., Nakagawa, T., Vosshall, L. B. Single sensillum recordings in the insects Drosophila melanogaster and Anopheles gambiae. J. Vis. Exp. , e1725 (2010).
  30. Axon Instruments. . The Axon Guide for Electrophysiology & Biophysics Laboratory Techniques. , (1993).
  31. Fujishiro, N., Kijima, H., Morita, H. Impulse frequency and action potential amplitude in labellar chemosensory neurones of Drosophila melanogaster. Journal of insect physiology. 30, 317-325 (1984).
  32. Marion-Poll, F., Tobin, T. R. Software filter for detecting spikes superimposed on a fluctuating baseline. Journal of neuroscience. 37, 1-6 (1991).
  33. Meunier, N., Marion-Poll, F., Lansky, P., Rospars, J. P. Estimation of the individual firing frequencies of two neurons recorded with a single electrode. Chem Senses. 28, 671-679 (2003).
  34. Meunier, N., Marion-Poll, F., Rospars, J. P., Tanimura, T. Peripheral coding of bitter taste in Drosophila. Journal of neurobiology. 56, 139-152 (2003).
check_url/de/51355?article_type=t

Play Video

Diesen Artikel zitieren
Delventhal, R., Kiely, A., Carlson, J. R. Electrophysiological Recording From Drosophila Labellar Taste Sensilla. J. Vis. Exp. (84), e51355, doi:10.3791/51355 (2014).

View Video