הקלטת אלקטרו מ<em> דרוזופילה</em> Labellar טעם Sensilla
Özet
פרוטוקול זה מתאר הקלטה תאית מתגובות פוטנציאל הפעולה שנורו על ידי נוירונים טעם labellar בדרוזופילה.
Abstract
תגובת הטעם ההיקפית של חרקים יכולה להיחקר בעוצמה עם טכניקות אלקטרו. השיטה המתוארת כאן מאפשרת לחוקר כדי למדוד את תגובות התעוררו אצלם באופן ישיר וכמותית, המשקף את הקלט החושי שמערכת העצבים של החרקים מקבלת מגירויי טעם בסביבתו. פרוטוקול זה מתאר את כל השלבים העיקריים בביצוע טכניקה זו. השלבים הקריטיים בהרכבת מתקן אלקטרופיזיולוגיה, כגון מבחר של ציוד דרוש וסביבה מתאימה להקלטה, מסומנים. אנו גם מתארים כיצד להתכונן להקלטה על ידי ביצוע אלקטרודות התייחסות והקלטה מתאימות, ופתרונות tastant. אנו מתארים בפירוט את השיטה המשמשת להכנת החרקים על ידי החדרת אלקטרודה התייחסות זכוכית לתוך הזבוב על מנת לשתק את חוטם. אנחנו מראים עקבות של הדחפים החשמליים שנורו על ידי נוירונים טעם בתגובה לסוכר ומתחם מרים. היבטים של הפרוטוקול הם לאechnically מאתגר וכוללים תיאור נרחב של כמה אתגרים משותפים טכניים שעשויים להיות נתקלו, כגון חוסר אות או רעש מוגזם במערכת, ופתרונות אפשריים. הטכניקה יש מגבלות, כגון חוסר היכולת לספק גירויי temporally מורכבים, להתבונן ברקע הירי מייד לפני גירוי משלוח, או להשתמש בתרכובות טעם לא מסיסים במים בנוחות. למרות מגבלות אלה, בטכניקה זו (כולל שינויים קלים בהפניה בפרוטוקול) היא תקן, הליך מקובל באופן רחב להקלטת תגובות עצביות דרוזופילה לטעום תרכובות.
Introduction
חוש הטעם מאפשר חרקים כדי לזהות מגוון רחב של כימיקלים מסיסים וממלא תפקיד חשוב בקבלה של חומר מזין, או הדחייה של אחד מזיק או רעיל. טעם הוא חשב גם לשחק תפקיד בבחירת בן זוג, באמצעות זיהוי של פרומונים 1-5. תפקידים חשובים ומגוונים אלה הפכו את מערכת טעם החרקים יעד משכנע של חקירה כיצד מערכות חושיות לתרגם אותות סביבתיים לתפוקות התנהגותי רלוונטיות.
היחידה העיקרית של מערכת טעם melanogaster דרוזופילה היא שיער הטעם, או Sensillum. מולקולות להיכנס Sensillum דרך נקבובית ב2,6 קצהו. Sensilla נמצא על labellum, הרגליים, מרווח הכנף, והלוע 6. על labellum, המספר והמיקום של sensilla הוא סטריאוטיפי. ישנם שלושה סוגים מורפולוגיים של sensilla מבוססים על אורך: הארוך (L), בינוני (אני), וקצר (S ) Sensilla 7,8. כל Sensillum מכיל או שניים (אני מסוג) או ארבעה (L-ו-S-type) נוירונים קולט התעורר אצלם (GRNs) 9. GRNs שונה מגיב לסוגים שונים של גירויי טעם: מריר, סוכר, מלח וosmolarity 7,10 ולהביע תת שונה של קולטנים התעוררו אצל 8,11-13. רק אני וsensilla S-הסוג להכיל GRNs המר מגיב 8,10. פרויקט GRNs לגנגליון subesophageal (SOG) וההפעלה שלהם על ידי מולקולות טעם מועבר למערכת העצבים המרכזית גבוהה יותר לפענוח, וכתוצאה מכך תגובה התנהגותית 6. המספר הקטן יחסית של תאי עצב ורמת המוכנות לניתוח מולקולרי והתנהגותיות להפוך את המערכת לטעם דרוזופילה מודל מצוין לחקירה של מערכות התעוררו אצלם באופן כללי. קלות היחסית שבי המערכת ניתן להשפיע באמצעות מערכת ביטוי GAL4-כטב"מ מוטציה גנטית או משמשת גם ככלי רב ערך 14,15.
ontent "> בגלל sensilla אלה בולטים מפני שטח של labellum, הם עושים מטרות מעולים לאלקטרופיזיולוגיה. ירי GRNs ניתן לנטר באמצעות הקלטה תאית. מבחינה היסטורית, שיטת ההקלטה בצד הקיר, אשר משתמשת באלקטרודת זכוכית מוכנסת לתוך Sensillum להקליט פעילות עצבית, 26 כבר בשימוש. עם זאת, שיטה זו היא מאתגרת מבחינה טכנית לביצוע, וקשה להקליט במשך זמן רב מהכנה. שיטת טיפ ההקלטה, המודדת את התגובה של נוירונים עם אלקטרודה ש בו זמנית מספק tastant, הפכה מאז את שיטת הבחירה 9,16. זה נוצל כדי לחקור את מערכת הטעם של melanogaster דרוזופילה 8,10,17,18 כמו גם מספר מיני חרקים האחרים 19-23. יש לו כבר הקל באופן משמעותי על ידי הפיתוח של מגבר tastePROBE, שהתגבר על אחד החסרונות העיקריים של שיטת טיפ ההקלטה ידי פיצוי עבורההבדל הגדול בין פוטנציאל אלקטרודה ההשוואתית וSensillum החרקים, המאפשר לפוטנציאל פעולת GRN שיירשם בלי הגברה או סינון 24 מוגזמות. התפתחות חשובה נוספת הייתה השימוש בציטרט tricholine כאלקטרוליט הקלטת 25. TCC מדכא תגובות מGRN osmolarity רגיש ולא לעורר את GRN מלח רגיש, מה שהופך את תגובות שנוצרו על ידי tastants המר וסוכר הרבה יותר קל לנתח 25.כאן אנו מתארים כיצד הקלטת קצה sensilla labellar דרוזופילה מתבצעת כיום במעבדה קרלסון. פרוטוקול זה יסביר כיצד להקים מתקן מתאים אלקטרופיזיולוגיה, כיצד להכין את הזבוב, וכיצד לבצע הקלטות טעם. אנו מציגים גם כמה נתונים נציג מתקבלים על ידי הקלטה מתת קבוצות של sensilla דרוזופילה, כמו גם כמה מבעיות נפוצות ופתרונות אפשריים שעשויים להיות נתקלו בעת שימוש זהטכניקה.
Protocol
Representative Results
Discussion
sensilla Labellar להשתנות בקלות ההקלטה, בשל הבדלים במורפולוגיה וארגון אנטומיים. לפעמים Sensillum אינו מגיב לכל tastants, אפילו אחד, כי ידוע כדי לעורר תגובה חיובית. התדירות שבה זה קורה משתנה בהתאם לסוג Sensillum. sensilla L הם הכי מגיב באופן עקבי וקלים יחסית לגשת בשל אורכם. באופן כללי, sensilla S מגי?…
Açıklamalar
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי 1F31DC012985 NRSA predoctoral מענק (לRD) ועל ידי מענקי NIH כדי JC
ברצוננו להודות לד"ר Linnea וייס על הערות מועילות על כתב היד, ד"ר יוסף ריאן לדמויות לעזרה באיסוף, וד"ר פרדריק מריון-סקר לייעוץ טכני מועיל. אנחנו רוצים גם להכיר בהערות מועילות של ארבע ביקורות.
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 |
Referanslar
- 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).
- Yarmolinsky, D. A., Zuker, C. S., Ryba, N. J. Common sense about taste: from mammals to insects. Cell. 139, 234-244 (2009).
- 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).
- 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).
- 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).
- Stocker, R. F. The organization of the chemosensory system in Drosophila melanogaster: a review. Cell and tissue research. 275, 3-26 (1994).
- Hiroi, M., Marion-Poll, F., Tanimura, T. Differentiated response to sugars among labellar chemosensilla in Drosophila. Zoological Science. 19, 1009-1018 (2002).
- 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).
- Falk, R., Bleiser-Avivi, N., Atidia, J. Labellar taste organs of Drosophila melanogaster. Journal of Morphology. 150, 327-341 (1976).
- 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).
- Clyne, P. J., Warr, C. G., Carlson, J. R. Candidate taste receptors in Drosophila. Science (New York, N.Y.). 287, 1830-1834 (2000).
- Cameron, P., Hiroi, M., Ngai, J., Scott, K. The molecular basis for water taste in Drosophila. Nature. 465, 91-95 (2010).
- 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).
- 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).
- Parks, A. L., et al. Systematic generation of high-resolution deletion coverage of the Drosophila melanogaster genome. Nature genetics. 36, 288-292 (2004).
- Hodgson, E. S., Lettvin, J. Y., Roeder, K. D. Physiology of a primary chemoreceptor unit. Science (New York, N.Y.). 122, 417-418 (1955).
- Dahanukar, A., Lei, Y. T., Kwon, J. Y., Carlson, J. R. Two Gr genes underlie sugar reception in Drosophila. Neuron. 56, 503-516 (2007).
- Lee, Y., Kim, S. H., Montell, C. Avoiding DEET through insect gustatory receptors. Neuron. 67, 555-561 (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Marion-Poll, F., Der Pers, J. V. a. n. Un-filtered recordings from insect taste sensilla. Entomologia Experimentalis et Applicata. 80, 113-115 (1996).
- Wieczorek, H., Wolff, G. The labellar sugar receptor of Drosophila. J. Comp. Physiol. A. Neuroethol Sens. Neural Behav. Physiol. 164, 825-834 (1989).
- 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).
- Lacaille, F., et al. An inhibitory sex pheromone tastes bitter for Drosophila males. PLoS One. 2, e661 (2007).
- Benton, R., Dahanukar, A. Electrophysiological recording from Drosophila taste sensilla. Cold Spring Harbor protocols. 2011, 839-850 (2011).
- Pellegrino, M., Nakagawa, T., Vosshall, L. B. Single sensillum recordings in the insects Drosophila melanogaster and Anopheles gambiae. J. Vis. Exp. , e1725 (2010).
- Axon Instruments. . The Axon Guide for Electrophysiology & Biophysics Laboratory Techniques. , (1993).
- 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).
- Marion-Poll, F., Tobin, T. R. Software filter for detecting spikes superimposed on a fluctuating baseline. Journal of neuroscience. 37, 1-6 (1991).
- 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).
- Meunier, N., Marion-Poll, F., Rospars, J. P., Tanimura, T. Peripheral coding of bitter taste in Drosophila. Journal of neurobiology. 56, 139-152 (2003).
