Summary

Elektrofysiologiske Optagelse fra<em> Drosophila</em> Labellar Smag sensilla

Published: February 26, 2014
doi:

Summary

Denne protokol beskriver ekstracellulær registrering af action potentielle reaktioner affyret af labellar smag neuroner i Drosophila.

Abstract

Den perifere smag reaktion insekter kan kraftigt undersøgt med elektrofysiologiske teknikker. Den her beskrevne metode tillader forskeren at måle gustatory svar direkte og kvantitativt, hvilket afspejler den sanseindtryk at insektet nervesystem modtager fra smag stimuli i omgivelserne. Denne protokol beskriver alle vigtige trin i udførelsen af ​​denne teknik. De kritiske trin i at samle en elektrofysiologi rig, såsom udvælgelse af nødvendigt udstyr og et passende miljø til optagelse, der er afgrænset. Vi beskriver også, hvordan man kan forberede sig til optagelse ved at foretage relevante reference-og registreringselektroder, og tastant løsninger. Vi beskriver i detaljer den anvendte metode til at forberede insekt ved indsættelse af et glas referenceelektrode i fluen for at immobilisere snabel. Vi viser spor af de elektriske impulser, som opvarmes med smag neuroner som reaktion på en sukker-og en bitter forbindelse. Aspekter ved protokollen er technically udfordrende og vi inkluderer en omfattende beskrivelse af nogle fælles tekniske udfordringer, der kan opstå, såsom manglende signal eller overdreven støj i systemet, og mulige løsninger. Teknikken har begrænsninger, såsom manglende evne til at levere tidsligt komplekse stimuli, observere baggrund fyring umiddelbart før stimulus levering, eller brug vanduopløselige smag forbindelser bekvemt. På trods af disse begrænsninger, denne teknik (herunder mindre variationer der henvises til i protokollen) er en standard, bredt accepteret procedure for registrering af Drosophila neuronale reaktioner at smage forbindelser.

Introduction

Smagssansen giver et insekt for at opdage en bred vifte af opløselige kemikalier og spiller en vigtig rolle for accepten af ​​en nærende substans, eller afvisning af et farligt eller giftigt én. Taste menes også at spille en rolle i mate udvælgelse, gennem påvisning af feromoner 1-5. Disse vigtige og forskelligartede funktioner har gjort det insekt smag systemet en overbevisende mål for undersøgelse af, hvordan sansesystemer oversætte miljømæssige signaler i relevante adfærdsmæssige udgange.

Den primære enhed i Drosophila melanogaster smag system er smagen hår, eller sensillum. Molekyler indtaste sensillum via en pore på spidsen 2,6. Sensilla findes på labellum, benene, vingen margen og svælget 6.. På labellum, er antallet og placeringen af ​​sensilla stereotype. Der er tre morfologiske klasser af sensilla baseret på længde: Den lange (L), mellemprodukt (I) og korte (S ) Sensilla 7,8. Hver sensillum indeholder enten to (I-type) eller fire (L-og S-type) gustatory receptor neuroner (GRNs) 9. Forskellige GRNs reagere på forskellige kategorier af smags stimuli: bitter, sukker, salt og osmolaritet 7,10 og udtrykke forskellige delgrupper i gustatoriske receptorer 8,11-13. Kun jeg og S-typen sensilla indeholde bitter-reagerende GRNs 8,10. Den GRNs projektet til subesophageal ganglion (SOG) og deres aktivering af smag molekyler videresendes til den højere centralnervesystemet til dekodning, hvilket resulterer i en adfærdsmæssig reaktion 6. Det relativt lille antal neuroner og modtagelighed for molekylære og adfærdsmæssige analyse gør Drosophila smag systemet en fremragende model til undersøgelse af gustatory i almindelighed. Den relative lethed, hvormed systemet kan manipuleres via genetisk mutation eller GAL4-UAS ekspressionssystem fungerer også som et værdifuldt redskab 14,15.

NDHOLDET "> Fordi disse sensilla stikker ud fra overfladen af ​​labellum, de gør glimrende mål for elektrofysiologi. kan overvåges affyring af GRNs hjælp ekstracellulære optagelse. Historisk set sidevæg optagelse metode, som bruger et glas elektrode indsat i sensillum at optage neuronal aktivitet, 26 er blevet anvendt. denne metode er imidlertid teknisk udfordrende at udføre, og det er vanskeligt at optage langt fra hvert præparat. Spidsen-optagelse metode, der måler responsen af neuroner med en elektrode, samtidig leverer en tastant, da er blevet den foretrukne metode 9,16. Det er blevet anvendt til at undersøge smagen system Drosophila melanogaster 8,10,17,18 samt en række andre insektarter 19-23. Det har blevet lettet betydeligt af udviklingen af ​​tastePROBE forstærker, der overvandt en af ​​de store ulemper ved tip-optagelse metode ved at kompensere forden store potentielle forskel mellem reference elektrode og insekt sensillum, tillade GRN virkningspotentialer skal registreres uden overdreven forstærkning eller filtrering 24. En anden vigtig udvikling var brugen af tricholine citrat som optagelsen elektrolyt 25. TCC undertrykker svar fra osmolariteten-følsomme GRN og stimulerer ikke salt-følsomme GRN, hvilket gør svarene genereret af bitter og sukker tastants meget lettere at analysere 25.

Her beskriver vi, hvordan spids indspilning af Drosophila labellar sensilla øjeblikket udføres i Carlson laboratoriet. Denne protokol vil forklare, hvordan man etablerer en passende elektrofysiologi rig, hvordan man forbereder fluen, og hvordan man udfører smag optagelser. Vi præsenterer også nogle repræsentative data opnået ved at optage fra delmængder af Drosophila sensilla, samt nogle almindelige problemer og mulige løsninger, der kan opstå ved brug af denneteknik.

Protocol

Følgende protokol overholder alle retningslinjerne i Yale University dyrepleje. 1.. Reagenser og udstyr Forberedelse Optagelse udstyr setup (figur 1A). Vælg en plads til rig setup, der er fri for store udsving i temperatur og fugtighed, og også isoleret fra kilder til elektrisk og mekanisk støj, såsom køleskabe og centrifuger. <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51355/51355f…

Representative Results

Figur 5A viser responset af en L sensillum til sukker, saccharose. Det samme sensillum reagerer ikke på en bitter stof, berberine. 5B viser, at en I typen sensillum, som indeholder en bitter lydhør neuron, viser større amplitude spidser i respons på berberine, og mindre amplitude spidser i respons på saccharose. L sensilla vise en minimal baggrund reaktion på solvent kontrol, TCC, mens jeg sensilla vise næsten ingen respons på TCC (figur 5). For mere information…

Discussion

Labellar sensilla varierer i den lette optagelse på grund af forskelle i morfologi og anatomiske organisation. Nogle gange kan en sensillum ikke reagerer på nogen tastants, endda en, der er kendt for at fremkalde en positiv reaktion. Den hyppighed, hvormed dette sker, varierer afhængigt af sensillum type. L sensilla er mest konsekvent lydhøre og er relativt nemt at få adgang på grund af deres længde. Generelt S sensilla konsekvent lydhør, men deres korte længde og placering på labellum god kontakt udfordrende….

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbejde blev støttet af en NRSA predoctoral tilskud 1F31DC012985 (til RD) og NIH tilskud til JC

Vi vil gerne takke Dr. Linnea Weiss for nyttige kommentarer til manuskriptet, Dr. Ryan Joseph for hjælp kompilering figurer og Dr. Frederic Marion-Poll for hjælpsomme teknisk rådgivning. Vi vil også gerne anerkende de nyttige kommentarer fra fire anmeldere.

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