Summary

Elektrofysiologische Opnemen vanaf<em> Drosophila</em> Labellar Proef sensilla

Published: February 26, 2014
doi:

Summary

Dit protocol beschrijft extracellulaire van de actiepotentiaal reacties afgevuurd door labellar smaak neuronen in Drosophila.

Abstract

De perifere smaak respons van insecten kan krachtig worden onderzocht met elektrofysiologische technieken. De hier beschreven methode kan de onderzoeker naar smaak reacties en kwantitatief te meten, als gevolg van de zintuiglijke input dat het zenuwstelsel van een insect ontvangt van smaak prikkels in zijn omgeving. Dit protocol beschrijft alle belangrijke stappen in het uitvoeren van deze techniek. De kritische stappen in het samenstellen van een elektrofysiologie rig, zoals de keuze van de benodigde apparatuur en een geschikte omgeving voor het opnemen, worden afgebakend. We beschrijven ook hoe voor te bereiden voor het opnemen door het maken van de juiste referentie en registrerende elektroden en tastant oplossingen. We beschrijven in detail de werkwijze voor het bereiden van de insecten door insertie van een glazen referentie-elektrode in de vlieg om de slurf immobiliseren. We tonen sporen van de elektrische impulsen afgevuurd door smaak neuronen in reactie op een suiker en een bittere stof. Aspecten van het protocol zijn tp technisch uitdagend en we hebben een uitgebreide beschrijving van een aantal gemeenschappelijke technische problemen die zich kunnen voordoen, zoals het ontbreken van signaal of overmatige ruis in het systeem en mogelijke oplossingen. De techniek heeft beperkingen, zoals het onvermogen om tijdelijk complexe stimuli leveren observeren achtergrond vuren onmiddellijk voorafgaand aan levering stimulus of gebruikt water oplosbare smaak verbindingen gemakkelijk. Ondanks deze beperkingen, deze techniek (inclusief kleine variaties waarnaar in het protocol) is een standaard, algemeen aanvaard voor het opnemen van Drosophila neuronale reacties op verbindingen proeven.

Introduction

Het gevoel van smaak laat een insect tot een breed spectrum van oplosbare stoffen te detecteren en speelt een belangrijke rol in de acceptatie van een voedzame stof, of de afwijzing van een schadelijke of giftige een. Smaak is ook gedacht aan een rol spelen bij partnerkeuze, door de detectie van feromonen 1-5. Deze belangrijke en diverse functies hebben het insect smaak systeem een ​​dwingende doelstelling van onderzoek naar hoe sensorische systemen vertalen omgevingsfactoren in relevante gedrags-uitgangen gemaakt.

De primaire eenheid van de Drosophila melanogaster smaak systeem is de smaak haar of sensillum. Moleculen voer de sensillum via een porie in de punt 2,6. Sensilla zijn te vinden op de lip, de benen, de vleugel marge, en de keelholte 6. Op de lip, is het aantal en de locatie van sensilla stereotiep. Er zijn drie klassen van morfologische sensilla basis van lengte: lange (L), tussenproduct (I) en korte (S ) Sensilla 7,8. Elke sensillum bevat ofwel twee (I-type) of vier (L-en S-type) gustatory receptor neuronen (GRNs) 9. Verschillende GRNs reageren op de verschillende categorieën van de smaak stimuli: bitter, suiker, zout en osmolariteit 7,10 en express verschillende subgroepen van smaak receptoren 8,11-13. Alleen I en S-type sensilla bevatten bitter-responsieve GRNs 8,10. De GRNs project om de subesophageal ganglion (SOG) en hun activering door smaakmoleculen wordt doorgegeven aan de hogere centrale zenuwstelsel voor het decoderen, waardoor een gedragsreactie 6. Het relatief kleine aantal neuronen en de ontvankelijkheid voor moleculaire en gedragsanalyse maken het Drosophila smaak systeem een uitstekend model voor het onderzoek naar smaak in het algemeen. Het relatieve gemak waarmee het systeem kan worden gemanipuleerd via genetische mutatie of de GAL4-UAS expressiesysteem dient ook als een waardevol instrument 14,15.

NHOUD "> Omdat deze sensilla uitsteken uit het oppervlak van de lip, zij zijn uitstekende doelwitten voor elektrofysiologie. het afvuren van de GRNs kan gevolgd worden met extracellulaire. Historisch de zijwand opnamemethode met een glazen elektrode ingebracht in de gebruik sensillum neuronale activiteit opnemen, 26 is gebruikt. Deze methode is technisch moeilijk uit te voeren, en het is lastig om vele van elk preparaat. Het uiteinde-opnamemethode, waarbij de reactie van de neuronen meet met een elektrode die tegelijkertijd levert tastant, sinds de voorkeursmethode 9,16 geworden. Het is gebruikt om de smaak stelsel van Drosophila melanogaster 8,10,17,18 en een aantal andere insectensoorten 19-23 onderzoeken. Het is sterk vergemakkelijkt door de ontwikkeling van de tastePROBE versterker, die een van de belangrijkste nadelen van de tip-opnamemethode overwonnen door te compenseren voorhet grote potentiaalverschil tussen de referentie-elektrode en het insect sensillum, waardoor de GRN actiepotentialen op te nemen zonder al te veel versterking of filtering 24. Een andere belangrijke ontwikkeling was het gebruik van tricholine citraat als de opname elektrolyt 25. TCC onderdrukt reacties van de osmolariteit-gevoelige GRN en niet het stimuleren van het zout-gevoelige GRN, waardoor reacties gegenereerd door bittere en suiker tastants veel gemakkelijker te analyseren 25.

Hier beschrijven we hoe tip opname van Drosophila labellar sensilla momenteel wordt uitgevoerd in de Carlson laboratorium. Dit protocol zal uitleggen hoe je een geschikte elektrofysiologie rig, hoe de vlieg te bereiden, en hoe je smaak opnamen uit te voeren vast te stellen. Presenteren we ook enkele representatieve gegevens verkregen door het opnemen van deelverzamelingen van Drosophila sensilla, evenals enkele veelvoorkomende problemen en mogelijke oplossingen die zich kunnen voordoen bij het ​​gebruik van dezetechniek.

Protocol

Het volgende protocol voldoet aan alle dierlijke zorg richtlijnen van de Yale University. 1. Reagentia en apparatuur voorbereiding Opname-apparatuur setup (Figuur 1A). Kies een kamer voor rig setup die vrij is van grote schommelingen in temperatuur en vochtigheid en ook geïsoleerd van bronnen van elektrische en mechanische geluiden, zoals koelkasten en centrifuges. <img alt="Figuur 1" fo:content-width="5in" fo:…

Representative Results

Figuur 5A toont de respons van een L sensillum een suiker, sucrose. Dezelfde sensillum reageert niet op een bittere stof, berberine. Figuur 5B toont dat een type I sensillum, die een bittere responsieve neuron bevat, geeft grotere amplitude pieken in reactie op berberine en kleinere amplitude pieken in reactie op sucrose. L sensilla een minimale achtergrondniveau op de oplosmiddelcontrole, TCC geven, terwijl ik vrijwel geen reactie op TCC (figuur 5) sensilla weergegeven…

Discussion

Labellar sensilla verschillen in het gemak van opname door verschillen in morfologie en anatomische structuur. Soms is een sensillum niet reageert op elke tastants, zelfs een die bekend staat om een ​​positieve reactie uit te lokken. De frequentie waarmee dit gebeurt is afhankelijk sensillum type. L sensilla meest consistent reageren en zijn relatief gemakkelijk te bereiken vanwege hun lengte. In het algemeen, S sensilla consequent reageren, maar hun korte lengte en de positie op de lip goed contact maken uitdagend….

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd ondersteund door een NRSA predoctoral subsidie ​​1F31DC012985 (RD) en door NIH subsidies aan JC

We willen graag Dr Linnea Weiss bedanken voor nuttig commentaar op het manuscript, dr. Ryan Joseph om hulp samenstellen cijfers, en Dr Frederic Marion-Poll voor nuttig technisch advies. We willen ook graag de behulpzame reacties van vier beoordelaars erkennen.

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

Referências

  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/pt/51355?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
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