Summary

Elektro Opptak fra<em> Drosophila</em> Labellar Smak sensilla

Published: February 26, 2014
doi:

Summary

Denne protokollen beskriver ekstracellulære opptak av handlings potensielle responser avfyrt av labellar smaks nevroner i Drosophila.

Abstract

Det perifere smak respons av insekter kan være kraftfullt undersøkt med elektrofysiologiske teknikker. Metoden som beskrives her tillater forskeren å måle gustatory svar direkte og kvantitativt, som gjenspeiler den sanseinntrykk at insektet nervesystemet mottar fra smaks stimuli i omgivelsene. Denne protokollen skisserer alle viktige skritt i å utføre denne teknikken. De kritiske trinnene i å sette sammen en elektrofysiologi rigg, som for eksempel valg av nødvendig utstyr og et egnet miljø for opptak, er avgrenset. Vi beskriver også hvordan å forberede for opptak ved å gjøre riktige referanse og opptak elektroder, og smaksmiddel løsninger. Vi beskriver i detalj den metode som brukes for fremstilling av insekt ved innsetting av en glassreferanseelektrode i fly for å immobilisere snabel. Vi viser spor av de elektriske impulser avfyrt av smaksnerveceller i respons til et sukker og en bitter forbindelse. Aspekter ved protokollen er technically utfordrende og vi har en omfattende beskrivelse av noen vanlige tekniske utfordringer som kan oppstå, for eksempel manglende signal eller støy i systemet, og mulige løsninger. Teknikken har begrensninger, slik som manglende evne til å levere timelig komplekse stimuli, observerer bakgrunn avfyring umiddelbart før stimulus levering, eller bruke vannuløselige smaksforbindelser beleilig. Til tross for disse begrensningene, er denne teknikken (inkludert mindre variasjoner referert i protokollen) en standard, bredt akseptert prosedyre for opptak Drosophila nevrale responser å smake forbindelser.

Introduction

Smakssansen gjør at et insekt å oppdage et stort spekter av løselige kjemikalier og spiller en viktig rolle i aksept av et næringsrikt stoff, eller avvisning av en skadelig eller giftig ett. Smak er også antatt å spille en rolle i mate valg, gjennom påvisning av feromoner 1-5. Disse viktige og ulike funksjoner har gjort insekt smak systemet en overbevisende målet for etterforskningen i hvordan sansesystemer sette miljømessige signaler i relevante atferds utganger.

Den primære enhet av Drosophila melanogaster smak system er smaken hår, eller sensillum. Molekyler angi sensillum via en pore på spissen sin 2,6. Sensilla er funnet på labellum, bena, vingen margin, og svelget seks. På labellum, er antallet og plasseringen av sensilla stereotyp. Det er tre klasser av morfologiske sensilla basert på lengde: den lange (L), middels (I) og korte (S ) Sensilla 7,8. Hver sensillum inneholder enten to (I-type) eller fire (L-og S-type) gustatory reseptor nevroner (GRNs) 9. Ulike GRNs svare på ulike kategorier av smaks stimuli: bitter, sukker, salt og osmolaritet 7,10 og uttrykke ulike undergrupper av gustatory reseptorer 8,11-13. Bare jeg og S-type sensilla inneholde bitre-responsive GRNs 8,10. Den GRNs prosjektet til subesophageal ganglion (SOG) og deres aktivering ved smaks molekyler blir videresendt til høyere sentralnervesystemet for dekoding, noe som resulterer i en atferdsmessig respons 6.. Den relativt lite antall nerveceller og amenability til molekylær og atferdsanalyse gjør Drosophila smak systemet en utmerket modell for etterforskningen av gustatory systemer generelt. Den relative enkle som systemet kan manipuleres via genetisk mutasjon eller Gal4-UAS uttrykk systemet fungerer også som et verdifullt verktøy 14,15.

ontent "> Fordi disse sensilla stikker ut fra overflaten av labellum, de er utmerkede mål for elektrofysiologi. avfyring av GRNs kan overvåkes ved bruk av ekstracellulære opptak. Historisk sett har side-veggen opptaksmetode, som bruker en glasselektrode innsatt i sensillum å ta opp neuronal aktivitet, 26 har vært i bruk. Imidlertid er denne fremgangsmåte er teknisk vanskelig å utføre, og det er vanskelig å ta for lang tid fra hvert preparat. Spissen-opptaksmetoden, som måler responsen av nervecellene med en elektrode som samtidig leverer et smaksmiddel, siden blitt metoden for valg 9,16. det har blitt anvendt for å undersøke smak system av Drosophila melanogaster 8,10,17,18, samt en rekke andre insektarter 19-23. har blitt betydelig lettere ved utviklingen av tastePROBE forsterkeren, som overvant én av de store ulempene ved tip-opptaksmetoden ved å kompensere forden store potensialforskjell mellom referanseelektroden og den insekt sensillum, slik at grn aksjonspotensialer som skal tas opp uten overdreven forsterkning eller filtrering 24. En annen viktig utvikling var bruken av tricholine citrate ettersom opptakselektrolytt 25. TCC undertrykker svar fra osmolariteten følsomme GRN og stimulerer ikke salt-følsomme GRN, gjør responser generert av bitter og sukker Tastants mye lettere å analysere 25.

Her beskriver vi hvordan tips innspillingen av Drosophila labellar sensilla er for tiden utføres i Carlson laboratoriet. Denne protokollen vil forklare hvordan å etablere en egnet elektrofysiologi rigg, hvordan å forberede fly, og hvordan du utfører smaks innspillinger. Vi presenterer også noen representative data innhentet ved opptak fra undergrupper av Drosophila sensilla, samt noen vanlige problemer og mulige løsninger som kan oppstå ved bruk av denneteknikk.

Protocol

Følgende protokoll i samsvar med alle retningslinjene i Yale University dyr omsorg. En. Reagenser og utstyr Forberedelse Opptaksutstyr oppsett (figur 1A). Velg et rom for riggoppsettet som er fritt for store variasjoner i temperatur eller luftfuktighet, og også isolert fra kilder av elektrisk og mekanisk støy, som for eksempel kjøleskap og sentrifuger. <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files…

Representative Results

Figur 5A viser responsen av en L sensillum til et sukker, sukrose. Det samme sensillum ikke svare på en bitter sammensatte, viser berberin. Figur 5B at en jeg typen sensillum, som inneholder en bitter responsive nevron, viser større amplitude toppene i respons til berberine, og mindre amplitude toppene i respons til sukrose. L sensilla viser en minimal bakgrunns respons til det løsningsmiddel-kontroll, TCC, mens jeg sensilla viser praktisk talt ingen reaksjon TCC (figur 5).</…

Discussion

Labellar sensilla varierer i den enkle opptak på grunn av forskjeller i morfologi og anatomisk organisasjon. Noen ganger kan en sensillum ikke svare på eventuelle Tastants, selv en som er kjent for å lokke fram en positiv respons. Hvor ofte dette skjer varierer avhengig sensillum type. L sensilla er mest konsistent følsomme og er relativt lett å åpne på grunn av deres lengde. Generelt, S sensilla er konsekvent responsive, men deres korte lengde og posisjon på labellum får god kontakt utfordrende. I sensilla kan…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbeidet ble støttet av en NRSA predoctoral stipend 1F31DC012985 (til RD) og ved NIH tilskudd til JC

Vi ønsker å takke dr. Linnea Weiss for nyttige kommentarer til manuskriptet, Dr. Ryan Joseph for hjelp kompilere tall, og Dr. Frederic Marion-Poll for nyttig teknisk rådgivning. Vi ønsker også å erkjenne de nyttige kommentarer av fire anmeldelser.

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