Análisis funcional del circuito de alimentación de las larvas en Drosophila</i
Summary
El circuito de alimentación en larvas de Drosophila melanogaster sirve un modelo simple pero potente que permite a los cambios en la tasa de alimentación que se correlacionan con las alteraciones en los circuitos neurales stomatogastric. Este circuito se compone de las neuronas serotoninérgicas centrales que envían proyecciones a los ganchos de la boca así como el intestino anterior.
Abstract
El circuito de alimentación serotonérgica en larvas de Drosophila melanogaster se puede utilizar para investigar los sustratos neuronales de importancia crítica durante el desarrollo del circuito. Uso de la salida funcional del circuito, la alimentación, los cambios en la arquitectura neuronal del sistema stomatogastric puede ser visualizado. El comportamiento de alimentación se puede grabar mediante la observación de la tasa de retracción de los ganchos de la boca, que reciben inervación desde el cerebro. El comportamiento locomotor se utiliza como un control fisiológico de la alimentación, ya que las larvas utilizar sus ganchos de la boca para atravesar a través de un sustrato de agar. Los cambios en el comportamiento de alimentación se pueden correlacionar con la arquitectura axonal de las neuritas que inervan el intestino. El uso de inmunohistoquímica es posible visualizar y cuantificar estos cambios. Un manejo inadecuado de las larvas durante los paradigmas de comportamiento puede alterar los datos, ya que son muy sensibles a las manipulaciones. Imagen adecuada de la arquitectura de axones inervanel intestino es crítico para la cuantificación precisa de número y tamaño de las varices, así como el grado de los nodos de ramificación. El análisis de la mayoría de los circuitos permite sólo para la visualización de la arquitectura de axones o efectos en el comportamiento, sin embargo, este modelo permite correlacionar la salida funcional del circuito con las deficiencias en la arquitectura neuronal.
Introduction
Drosophila es un sistema de modelo muy potente para estudiar el desarrollo de circuitos neuronales debido a un rápido tiempo de generación, coste experimental bajo, y la capacidad para manipular y controlar los factores genéticos y ambientales. La neurogénesis, hallazgo camino neuronal y la sinaptogénesis se conservan entre los humanos y Drosophila, por lo que los mecanismos de la creación, mantenimiento y modificación de los circuitos neuronales se conservan también.
Neurotransmisores clásicos, como la serotonina (5-hidroxitriptamina o 5-HT) pueden servir como factores de crecimiento, antes de adoptar su papel como moléculas de señalización en el circuito neural madura 1-3 Estudios anteriores han demostrado que perturbado niveles de 5-HT durante la embriogénesis alterar la conectividad de las neuronas maduras 4. Otros han demostrado que la aplicación ectópica de 5-HT a las neuronas cultivadas Helisoma reprimir el crecimiento de neuritas, así como la sinaptogénesis 5-7. En Drosophila, de desarrollo los niveles de 5-HT están inversamente relacionada con el número de varicosidades y tamaño, así como el grado de aborization, a lo largo de la longitud de las neuritas que se proyectan hacia el intestino anterior del SNC 8.
La neurotransmisión serotonérgica se ha demostrado que modulan los comportamientos de alimentación en diversas especies, incluyendo Drosophila 8-9. El circuito de alimentación en Drosophila es un circuito relativamente simple que se puede utilizar como un modelo para correlacionar la salida funcional (alimentación) con alteraciones en el desarrollo de las proyecciones axonales desde el cerebro hasta el intestino anterior. Schoofs et al. han demostrado que la alimentación de las larvas de Drosophila está regulado por generadores de patrones centrales que influyen en la musculatura 10. Mientras que la anatomía muscular específico no se comprende completamente, se ha demostrado que el nervio antenal, nervio maxilar, y el nervio accesorio protorácica son responsables de los objetivos musculares implicados en lael comportamiento de alimentación. La mayoría de los datos relacionados con la musculatura y nervios Anatomía de la alimentación de invertebrados se limita a las larvas Calliphora.
La tasa de alimentación de larvas de segundo instar se puede evaluar por la retracción de las Escleritos cefalofaríngeos (ganchos de la boca), y es reproducible y de alto rendimiento. Las placas cefalofaríngeos están inervadas por fibras de las neuronas centrales 5-HT a través del nervio frontal. El proventrículo o intestino anterior, está inervado por fibras serotoninérgicos (Recurrens nervio) que fasciculada en el intestino medio y son responsables de las contracciones del intestino anterior (Figura 1) 11-12. Los cambios en la ramificación axonal, y el número y tamaño de las varices a lo largo de la longitud de las neuritas, se pueden cuantificar utilizando técnicas inmunohistoquímicas. Manipulación de 5-HT neuronal durante el desarrollo, ya sea directamente o indirectamente, puede cambiar la salida funcional de este circuito de alimentación, que puede ser evaluado y se correlacionó con los cambios en la morfologíasGy de la arquitectura de las neuritas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Desarrollo aberrante del circuito stomatogastric serotoninérgico, que ocurre durante la embriogénesis tardía, afectará a su función maduro. Los cambios en la arquitectura de neuritas que inervan el intestino puede ser correlacionada con la salida funcional del circuito, que es la tasa de alimentación (medido por contracciones de gancho de la boca en una solución de levadura) (Figura 1). El uso del sistema bipartito UAS-Gal4 en Drosophila hace que sea posible se dirigen específicamente h…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean agradecer Fondo de Investigación del Presidente de Saint Louis University adjudicado 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 |
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).
