Summary

Электрофизиологические Запись с<em> Дрозофилы</em> Labellar Вкус сенсилл

Published: February 26, 2014
doi:

Summary

Этот протокол описывает внеклеточный запись потенциала действия ответов, выпущенных labellar вкусовых нейронов у дрозофилы.

Abstract

Периферийное вкус реакция насекомых может быть мощно исследованы с электрофизиологических методов. Описанный здесь метод позволяет исследователю измерять вкусовые ответов непосредственно и количественно, отражая сенсорной информации, что насекомое нервная система получает от вкусовых раздражителей в окружающей среде. Этот протокол описывает все основные этапы выполнения этой техники. Критические шаги в сборке в электрофизиологии буровой установки, такие как выделение необходимого оборудования и подходящей среды для записи, очерчены. Мы также описать, как для подготовки к записи путем внесения соответствующих справочных и записи электроды, и tastant решения. Мы подробно описать метод, используемый для приготовления насекомое путем вставки стекла электрода в лету, чтобы обездвижить хоботок. Мы покажем, следы электрических импульсов, выпущенных вкусовых нейронов в ответ на сахар и горькой соединения. Аспекты протокола являются тechnically сложным, и мы включают широкий описание некоторых общих технических проблем, которые могут возникнуть, например, отсутствия сигнала или чрезмерного шума в системе, и потенциальных решений. Метод имеет ограничения, такие как неспособность доставить временно сложные стимулы, наблюдать фон обжига непосредственно перед стимул доставки, или использовать нерастворимые в воде вкусовые соединения удобно. Несмотря на эти ограничения, этот метод (в том числе небольшими вариациями упомянутых в протоколе) является стандартным, широко распространенная операция для записи Drosophila нейронные ответы на вкус соединений.

Introduction

Чувство вкуса позволяет насекомое, чтобы обнаружить широкий спектр растворимых химикатов и играет важную роль в принятии питательного вещества, или отказ от вредных или токсичных один. Вкус также полагают, играет роль в выборе партнера, через обнаружение феромонов 1-5. Эти важные и разнообразные функции сделали насекомое вкус система убедительным цель расследования, как сенсорные системы перевести экологические сигналы в соответствующие поведенческие выходов.

Основной единицей MELANOGASTER вкус системе Drosophila это вкус волосы, или сенсиллы. Молекулы введите сенсиллы через поры на ее наконечника 2,6. Сенсиллы находятся на labellum, ног, края крыла и глотки 6. На labellum, количество и расположение сенсилл стереотипно. Есть три морфологические классы сенсилл на основе длины: длинные (L), промежуточный (Я) и короткие (S ) Сенсилл 7,8. Каждый сенсиллы содержит либо два (I типа) или четыре (L-и S-тип) нейроны вкусовые рецепторов (GRNs) 9. Различные GRNs реагировать на различные категории вкусовых раздражителей: горький, сахар, соль и осмолярность 7,10 и выразить различные подмножества вкусовых рецепторов 8,11-13. Только я и S-типа сенсиллы содержат горькие проблематику GRNs 8,10. Проект GRNs к subesophageal ганглия (SOG) и их активации вкусовых молекул передается с более высокой центральной нервной системы для декодирования, в результате чего поведенческой реакции 6. Относительно небольшое число нейронов и податливость к молекулярному и поведенческого анализа делают вкус система дрозофилы отличная модель для исследования вкусовых систем в целом. Относительная легкость, с которой система может управляться с помощью генетической мутации или системы экспрессии GAL4-UAS также служит в качестве ценного инструмента 14,15.

ontent "> Поскольку эти сенсиллы выступают из поверхности labellum, они делают отличные цели для электрофизиологических. стрельба из GRNs можно контролировать с помощью внеклеточной записи. Исторически сложилось, что способ записи боковой стенки, в которой используется стеклянный электрод, вставленный в сенсиллы записывать нейронную активность, 26 был использован. Однако этот способ технически сложно выполнить, и трудно записать надолго от каждого препарата. Способ зонд-записи, который измеряет реакцию нейронов с электродом, который одновременно обеспечивает tastant, с тех пор стала методом выбора 9,16. Она была использована для исследования вкусовой системы дрозофилы 8,10,17,18 а также ряд других видов насекомых 19-23. Он имеет значительно способствовало развитие усилителя tastePROBE, который преодолел один из главных недостатков метода зонд-записи, компенсируябольшой разности потенциалов между электродом и насекомых сенсиллы, позволяя потенциалы GRN действий должны быть записаны без чрезмерного усиления или фильтрации 24. Другим важным событием стало использование tricholine цитрата в качестве записывающего электролита 25. TCC подавляет ответы от осмолярности чувствительных GRN и не стимулирует чувствительные к соли GRN, что делает ответов, сгенерированные горьких и сахара Tastants гораздо легче анализировать 25.

Здесь мы опишем, как наконечник запись Drosophila labellar сенсилл в настоящее время осуществляется в лаборатории Карлсон. Этот протокол будет объяснить, как установить подходящую электрофизиологии Рог, как подготовить муху, и как выполнить вкусовые записи. Мы также представляем некоторые репрезентативные данные, полученные записи с подмножеств Drosophila сенсилл, а также некоторых общих вопросов и потенциальных решений, которые могут возникнуть при использовании этоготехника.

Protocol

Следующий протокол соответствует всем руководящих принципов по уходу за животными в Йельском университете. 1. Реагенты и Подготовка оборудования Запись установки оборудования (рис. 1А). Выберите место для установки буровой, котор…

Representative Results

5А показывает ответ на L сенсиллы к сахар, сахароза. То же сенсиллы не реагирует на горький соединения, берберин. 5В показывает, что тип я сенсиллы, который содержит горький отзывчивый нейрон, отображает большие шипы амплитуды в ответ на берберин и меньшие шипы амплитуд?…

Discussion

Labellar сенсиллы различаются по легкости регистрации из-за различий в морфологии и анатомической организации. Иногда сенсиллы не реагировать на любые Tastants, даже тот, который, как известно, вызывают положительную реакцию. Частота, с которой это происходит, зависит от типа сенсиллы. L сенсил…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана НРСА predoctoral гранта 1F31DC012985 (в РД) и за счет грантов НИЗ в JC

Мы хотели бы поблагодарить д-ра Linnea Вайс за полезные замечания по рукописи, доктор Райан Иосифа за помощью составления фигур, и д-р Фредерик Марион-Опрос для полезной технических консультаций. Мы также хотели бы отметить полезные комментарии четырех авторам.

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

Referencias

  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/es/51355?article_type=t

Play Video

Citar este artículo
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