ניתוח פונקציונלי של מעגל האכלת הזחל ב דרוזופילה</i
Summary
מעגל ההאכלה בזחלי melanogaster דרוזופילה משמש מודל פשוט אך רב עוצמה המאפשר שינויים בשער האכלה להיות מתואמים עם שינויים במעגלים העצביים stomatogastric. מעגל זה מורכב מתאי עצב סרוטונין המרכזיים ששולחים תחזיות לפי הווים כמו גם המעי הקדמי.
Abstract
מעגל האכלת serotonergic בזחלי melanogaster דרוזופילה יכול לשמש כדי לחקור מצעים עצביים חשיבות קריטית במהלך הפיתוח של המעגל. באמצעות הפלט הפונקציונלי של המעגל, האכלה, שינויים בארכיטקטורה העצבית של מערכת stomatogastric ניתן דמיינו. התנהגות האכלה יכולה להיות מוקלטת על ידי התבוננות בשיעור של הכחשה של קרסי הפה, אשר מקבלים עצבוב מהמוח. התנהגות של תנועה משמשת כביקורת פיזיולוגית להזנה, שכן זחלים להשתמש קרסי הפה שלהם כדי לעבור על פני מצע אגר. שינויים בהתנהגות אכילה יכולים להיות מתואמים עם ארכיטקטורת אקסון של neurites innervating המעיים. באמצעות אימונוהיסטוכימיה ניתן לחזות ולכמת את השינויים האלה. טיפול לא נכון של הזחלים בפרדיגמות התנהגות יכול לשנות את הנתונים כפי שהם רגישים מאוד למניפולציה. הדמיה תקינה של innervating ארכיטקטורת neuriteהבטן היא קריטית לכימות מדויק של מספר וגודל של ורידים, כמו גם את היקף צמתים סניף. ניתוח של רוב המעגלים רק לאפשר להדמיה של אדריכלות neurite או תופעות התנהגותיות, עם זאת, מודל זה מאפשר לתאם את הפלט הפונקציונלי של המעגל עם הליקויים באדריכלות עצבית.
Introduction
דרוזופילה היא מערכת מודל חזקה מאוד ללימוד פיתוח מעגלים עצבי בשל זמן דור מהיר, עלות ניסוי נמוכה, והיכולת לתפעל ולשלוט בגורמים גנטיים וסביבתיים. נוירוגנזה, ממצא נתיב עצבי וsynaptogenesis הם נשמרים בין בני האדם ודרוזופילה, ולכן המנגנונים ביצירה, שמירה ושינוי מעגלים עצביים הנשמרים גם כן.
נוירוטרנסמיטורים קלאסיים, כגון סרוטונין (5-hydroxytryptamine, או 5-HT) יכולים לשמש כגורמי גדילה לפני אימוץ תפקידיהם כמולקולות איתות במעגלים העצביים הבוגר 1-3 מחקרים קודמים הראו כי מוטרדים רמות של 5-HT בעובר לשנות את הקישוריות של נוירונים בוגרים 4. אחרים הראו כי יישום מחוץ לרחם של 5-HT לנוירונים בתרבית Helisoma להדחיק תולדת neurite כמו גם synaptogenesis 5-7. בDrosophila, רמות 5-HT התפתחותיים הם הפוך קשורים למספר דליות וגודל, כמו גם את מידת aborization, לאורכו של neurites מקרינה למעי הקדמי ממערכת העצבים המרכזית 8.
עצבית סרוטונין הוכח לווסת את התנהגויות האכלה במינים שונים, ובכלל זה דרוזופילה 8-9. מעגל ההאכלה בדרוזופילה הוא מעגל פשוט יחסית שיכול לשמש כמודל, כדי לקשר את הפלט הפונקציונלי (האכלה) עם שינויים בהתפתחות תחזיות axonal מהמוח אל המעי הקדמי. Schoofs et al. הראו כי האכלת זחל דרוזופילה מוסדרת על ידי גנרטורים דפוס מרכזיים המשפיעים על מערכת השרירים 10. בעוד האנטומיה שרירים הספציפית אינה מובנת לחלוטין, זה כבר הראה כי העצבים מחושים, עצב לסתי, ועצב אבזר prothoracic אחראים למטרות שרירים מעורבות בהתנהגות אכילה. רוב הנתונים מעורבים האנטומיה השרירים ועצבים של האכלה חסר חוליות מוגבלים לזחלי Calliphora.
שיעור ההאכלה של זחלי instar שני ניתן להעריך על ידי הכחשה של sclerites cephalopharyngeal (ווי פה), וניתן לשחזור ותפוקה גבוהה. צלחות cephalopharyngeal מעוצבבים על ידי סיבים מתא עצב 5-HT המרכזי דרך העצב חזיתית. Proventriculus, או המעי הקדמי, הוא מעוצבבים על ידי סיבי serotonergic (recurrens עצב) שfasciculate בmidgut ואחראים להתכווצויות של המעי הקדמי (איור 1) 11-12. שינויים בהסתעפות באקסון והמספר והגודל של ורידים לאורך neurite, ניתן ונרשמת תוך שימוש בטכניקות immunohistochemical. מניפולציה 5-HT העצבי במהלך פיתוח, במישרין או בעקיפין, יכול לשנות את הפלט הפונקציונלי של מעגל הזנה זו, שניתן להעריך ומתואם עם שינויים בmorpholoGY של ארכיטקטורת neurite.
Protocol
Representative Results
Discussion
התפתחות חריגה של מעגל stomatogastric serotonergic, אשר מתרחש במהלך עובר מאוחר, תשפיע על התפקוד הבוגר שלה. שינויים בארכיטקטורת neurite innervating הבטן יכולה להיות מתואמת עם הפלט הפונקציונלי של המעגל, שהוא הזנת שיעור (שנמדדה על ידי התכווצויות וו פה בשמרי פתרון) (איור 1). השימוש במער?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים רוצים להכיר קרן המחקר של הנשיא מאוניברסיטת סנט לואיס זכתה לWSN
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 |
References
- 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).
