염기 기록: 초파리에서 미각 뉴런의 반응을 분석하는 기법
Summary
드물게 사용되는 전기생리학적 기록 방법인 염기 기록은 기존의 기록 방법으로는 검사할 수 없는 맛 코딩의 특징을 분석할 수 있습니다. 또한 염기 기록을 통해 기존의 전기생리학적 방법으로는 연구할 수 없는 소수성 자극에 대한 맛 반응을 분석할 수 있습니다.
Abstract
곤충은 끝에 구멍이 있는 털 또는 센실라(sensilla)를 통해 외부 세계를 맛봅니다. 감각이 잠재적인 먹이 공급원과 접촉하면 먹이 공급원의 화합물이 기공을 통해 들어가 내부의 뉴런을 활성화합니다. 50년 이상 동안 이러한 응답은 팁 녹음이라는 기술을 사용하여 기록되어 왔습니다. 그러나 이 방법은 자극 접촉 전후에 신경 활동을 측정할 수 없고 타탄트가 수용액에 용해되어야 한다는 요구 사항을 포함하여 주요 제한 사항이 있습니다. 여기에서는 이러한 한계를 극복하는 기본 기록이라고 하는 기술에 대해 설명합니다. 기본 기록을 통해 자극 전, 도중, 후의 미각 뉴런 활동을 측정할 수 있습니다. 따라서 미각 자극 후에 발생하는 OFF 반응을 광범위하게 분석할 수 있습니다. 물에 대한 용해도가 매우 낮은 장쇄 페로몬과 같은 소수성 화합물을 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 요약하면, 염기 기록은 신경 활동을 측정하는 수단으로서 단일 감각 전기 생리학의 이점(유전 도구 없이도 높은 공간 및 시간 해상도)을 제공하고 기존 팁 기록 기술의 주요 한계를 극복합니다.
Introduction
초파리를 포함한 곤충은 주변 환경에서 복잡한 화학 정보를 추출할 수 있는 정교한 미각 시스템을 타고났습니다. 이 시스템을 통해 다양한 물질의 화학 조성을 식별할 수 있어 영양가가 있는 물질과 해로운 물질을 구별할 수 있습니다 1,2.
이 시스템의 핵심에는 다양한 신체 부위에 전략적으로 위치한 미모 또는 감각으로 알려진 특수 구조가 있습니다. 초파리에서 이 센실라는 파리 머리 1,2,3,4의 주요 미각 기관인 라벨럼과 다리와 날개 1,2,5,6에 있습니다. labellum은 주둥이의 끝에 위치하며 두 개의 엽(4,7,8)을 포함합니다. 각 로브는 짧은, 긴 및 중간 4,7,8로 분류된 31개의 미각 감각으로 덮여 있습니다. 이 센실라에는 각각 2-4개의 미각 뉴런 1,2,9,10이 있습니다. 이 미각 뉴런은 미각 수용체(Gustatory receptor, Gr), 이온성 수용체(Ionotropic receptor, Ir), 소매치기(Pickpocket, Ppk) 및 일시적 수용체 전위(Transient receptor potential, Trp) 유전자 1,2,11,12,13의 구성원을 발현합니다 . 이러한 수용체와 채널의 다양성은 곤충에게 비휘발성 및 휘발성 신호를 포함한 다양한 화학 화합물을 인식할 수 있는 능력을 부여합니다 1,2,14.
50년 이상 동안 과학자들은 팁 레코딩 3,4,6,8,13,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24라는 기술을 사용하여 미각 뉴런과 수용체의 반응을 정량화해 왔습니다 ,25,26,27,28,
29,30,31,32,33,34,35입니다. 그러나 이 방법에는 큰 제한 사항이 있습니다. 첫째, 신경 활동은 자극과 접촉하는 동안에만 측정할 수 있으며 접촉 전후에 측정할 수 없습니다. 이 제한은 자발적인 스파이킹 활동의 측정을 배제하고 OFF 응답의 측정을 방지합니다. 둘째, 수용액에 용해되는 타스트란트만 테스트할 수 있습니다.
이러한 한계는 거의 사용되지 않는 대체 전기생리학적 기법인 “염기 기록”으로 극복할 수 있습니다. 여기서 우리는 Marion-Poll과 동료들(24)이 사용한 방법에서 채택한 이 기술을 설명하고, 이제 편리하게 측정할 수 있는 중요한 맛 코딩 기능(14)을 보여준다.
Protocol
Representative Results
Discussion
일부 유형의 감각 세포의 녹음에서는 서로 다른 뉴런의 스파이크를 구별하는 것이 어려울 수 있습니다. 예를 들어, S 및 I sensilla의 당 뉴런과 기계 감각 뉴런은 유사한 진폭의 스파이크를 생성하여 구별하기 어렵게 만듭니다 4,14. 우리는 매우 날카로운 텅스텐 기록 전극을 사용하면 기록 전극의 신중한 배치와 마찬가지로 기계 감각 뉴런의 발화가 감소?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
도움을 주신 Zina Berman, 원고에 대한 의견을 주신 Lisa Baik, 그리고 토론에 참여해 주신 Carlson 연구소의 다른 분들께 감사드립니다. 이 작업은 H.K.M.D.에 대한 NIH 보조금 K01 DC020145 지원되었습니다. NIH는 J.R.C.에 R01 DC02174, R01 DC04729 및 R01 DC011697을 부여합니다.
Materials
| Microscope | Olympus | BX51WI | equipped with a 50X objective (LMPLFLN 50X, Olympus) and 10X eyepieces. |
| Antivibration Table | TMC | 63-7590E | |
| motorized Micromanipulators | Harvard Apparatus and Märzhäuser Micromanipulators | Micromanipulator PM 10 Piezo Micromanipulator | |
| manual Micromanipulators | Märzhäuser Micromanipulators | MM33 Micromanipulator | |
| Magnetic stands | ENCO | Model #625-0930 | |
| Reference and recording Electrode Holder | Ockenfels Syntech GmbH | ||
| Stimulus glass capillary Holder | Ockenfels Syntech GmbH | ||
| Universal Single Ended Probe | Ockenfels Syntech GmbH | ||
| 4-CHANNEL USB ACQUISITION CONTROLLER , IDAC-4 | Ockenfels Syntech GmbH | ||
| Stimulus Controllers | Ockenfels Syntech GmbH | Stimulus Controller CS 55 | |
| Personal Computer | Dell | Vostro | Check for compatibility with digital acquisition system and software |
| Tungsten Rod | A-M Systems | Cat#716000 | |
| Aluminum Foil and/or Faraday Cage | Electromagnetic noise shielding | ||
| Borosilicate Glass Capillaries | World Precision Instruments | 1B100F-4 | |
| Pipette Puller | Sutter Instrument Company | Model P-97 Flaming/Brown Micropipette Puller | |
| Stereomicroscope | Olympus | VMZ 1x-4x | For fly preparation |
| p200 Pipette Tips | Generic | ||
| Microloader tips | Eppendorf | E5242956003 | |
| 1 ml Syringe | Generic | ||
| Crocodile clips | |||
| Power Transformers | STACO ENERGY PRODUCTS | STACO 3PN221B | Assembled from P1000 pipette tips, flexible plastic tubing, and mesh |
| Modeling Clay | Generic | ||
| Forceps | Generic | ||
| Plastic Tubing | Saint Gobain | Tygon S3™ E-3603 | |
| Standard culture vials | Archon Scientific | Narrow 1-oz polystyrene vails, each with 10 mL of glucose medium, preloaded with cellulose acetate plugs | |
| Berberine chloride (BER) | Sigma-Aldrich | Cat# Y0001149 | |
| Denatonium benzoate (DEN) | Sigma-Aldrich | Cat# D5765 | |
| N,N-Diethyl-m- toluamide (DEET) | Sigma-Aldrich | Cat# 36542 |
References
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