Nuovo metodo di analisi per Cold nocicezione in<em> Drosophila</em> Le larve
Summary
Qui mostriamo un nuovo metodo di analisi per studiare nocicezione freddo in Drosophila larve. Questo dosaggio utilizza una sonda custom-built Peltier in grado di applicare una focale stimolo freddo nociva e si traduce in comportamenti specifici a freddo quantificabili. Questa tecnica consentirà un'ulteriore dissezione cellulari e molecolari della nocicezione freddo.
Abstract
Come gli organismi di percepire e reagire a temperature nocivi è ancora poco conosciuta. Inoltre, i meccanismi sottostanti sensibilizzazione della macchina sensoriale, come nei pazienti con neuropatia periferica o sensibilizzazione lesioni indotte, non sono ben caratterizzati. Il modello Drosophila geneticamente trattabili è stato utilizzato per studiare le cellule e geni necessari per il rilevamento calore nocive, che ha dato più geni conservati di interesse. Poco si sa tuttavia sulle cellule e recettori importanti per il rilevamento freddo nocivi. Anche se, Drosophila non sopravvive l'esposizione prolungata a temperature fredde (≤10 ° C), ed eviterà fresco, preferendo le temperature più calde in saggi preferenze comportamentali, come essi percepiscono e possibilmente evitare stimoli freddi nocivi è stato recentemente indagato solo.
Qui si descrive e caratterizzare i primi freddi nocive (≤10 ° C) del test comportamentaleDrosophila. Con questo strumento e il dosaggio, mostriamo un investigatore come valutare qualitativamente e quantitativamente i comportamenti nocicettivi freddi. Questo può essere fatto in condizioni di coltura normali / sane, o presumibilmente nel contesto della malattia, infortunio o sensibilizzazione. Inoltre, questo test può essere applicato a larve selezionato per genotipi desiderati, che potrebbero avere un impatto thermosensation, dolore, o sensibilizzazione nocicettiva. Dato che il dolore è un processo altamente conservato, da questo test per studiare ulteriormente nocicezione termica sarà probabilmente raccogliere importanti comprensione dei processi di dolore in altre specie, tra cui vertebrati.
Introduction
Drosophila ha dimostrato di essere molto utile per l'identificazione di nuovi geni conservati e circuiti neuronali che sottendono comportamenti complessi. Mosche forniscono un sofisticato toolkit genetico e un sistema nervoso semplificato che permettono precisa manipolazione genetica e neuronale 1, 2, 3, 4 per sezionare le basi cellulari e molecolari della nocicezione 5, 6, 7. Larve sono particolarmente utili per queste analisi, dato che saggi comportamentali per tocco delicato 8, 9, 10, 11 calore nocive, 12, 13 e sensazione meccanica di stimoli nocivi 4, </sup> 11 sono già stati stabiliti, e la cuticola larvale trasparente permette l'imaging dal vivo o fisso dell'epidermide e neuroni sensoriali sottostanti. Recentemente, un saggio per freddo nocivo è stato anche sviluppato 7, che descriveremo in maggior dettaglio qui.
Utilizzando una multa sonda fredda, conico-punta, mostriamo che Drosophila larve presentano un insieme di comportamenti reattivi specifici a freddo, distinto da comportamenti osservati durante la locomozione normale, seguito tocco delicato, o dopo duro stimolo meccanico temperatura o alta 7, 8, 11 . I comportamenti specifici a freddo includono un robusto contrazione tutto il corpo (CT), una 45-90º aumento dei segmenti posteriori (PR) e un aumento simultaneo del segmenti anteriore e posteriore in una forma ad U (US). La prevalenza di questi comportamenti aumenta con temperature decrescenti ma ciascuno picchi sleggermente diverse temperature fredde. Lavori recenti suggeriscono che le risposte CT sono mediati da diversi neuroni sensoriali periferici rispetto a quelle che rispondono a calore nocive o dura stimoli meccanici 7.
Proprio come nocicettori vertebrati, Drosophila dendritiche multipla (md) neuroni sensoriali periferici hanno strutture dendritiche complesse che arborize oltre l'epidermide 1. neuroni md sono presenti in ogni segmento corporeo larvale, proiettando loro assoni al cordone nervoso ventrale 14. neuroni sensoriali md sono suddivisi in quattro classi differenti (I-IV) basati sulla morfologia dendritica e hanno diverse funzioni sensoriali 4, 9, 10, 15, 16, 17. Mentre i neuroni classe IV sono necessari per larvali risposte rollio lateralea temperature elevate o rigide stimoli meccanici 4, classe III neuroni sono necessari per delicato tocco risposte 9, 10 e non solo sono attivati dal freddo, ma sono necessarie anche per le risposte comportamentali evocati freddo 7. Entrambi i neuroni classe III e IV utilizzano potenziali canali discreti transient receptor (TRP) per facilitare risposte comportamentali ai nociva 7, 11, 18 e stimoli 9, 10, 17, 19 non-nocivo. Inoltre, nocicezione larvale è sensibilizzato infortunio seguito, a livello cellulare 20 e comportamentali 12, 21.
Il saggio descritto qui consente la quantification di una normale o potenzialmente alterato risposte comportamentali a basse temperature che variano da nocivi freddo (≤ 10 ° C), freschi innocui (11-17 ° C), a temperatura ambiente (18-22 ° C). Le temperature fredde utilizzati in questo test è in grado di attivare direttamente classe III neuroni sensoriali, suscitando robusti, aumenta calcio riproducibili e risposte comportamentali evocati freddo, che possono essere qualitativamente e quantitativamente analizzati 7. Questo test può essere applicato a larve di qualsiasi genotipo nonché di larve esposto a diverse condizioni ambientali (alimentazione alterato, lesioni, agenti farmacologici) per determinare i fattori sia genetici e ambientali che hanno un impatto nocicezione freddo, la sensibilizzazione nocicettiva e la plasticità nocicettivo. Dato che thermosensation è onnipresente in molte specie, questo test fornisce un valido strumento per lo studio della nocicezione e può scoprire bersagli gene nuovi o interazioni neuronali che migliorerannola nostra comprensione della nocicezione vertebrati.
La sonda a freddo su misura (vedi sonda fredda, Table of Materials) utilizza una temperatura controllata ad anello chiuso dispositivo Peltier, che raffredda l'albero alluminio e punta conica per conduzione termica. Un termistore è incorporato all'interno della punta conica alluminio riporta la temperatura in tempo reale sulla centralina. Un dissipatore di calore e la ventola sono fissati al modulo termoelettrico per regolare il carico del effetto Peltier calore (Qc) e quindi l'intervallo di temperatura desiderato (22-0 ° C) può essere realizzato (vedi Unità di controllo termico, Table of Materials). Lo stimolo nocivo freddo della punta della sonda freddo viene applicato a mano alla linea mediana dorsale, a segmento (s) equidistante dalle estremità anteriori e posteriori (circa segmento A4, vedere Figura 1A) della larva. In risposta a stimoli freddi, larve generalmente producono uno dei tre comportamenti evocati freddo a 10 s cut-off: un corpo pienocontrazione (CT), un aumento di 45-90º segmento anteriore e posteriore in una forma ad U (USA), oppure un aumento dei segmenti posteriori (PR) (descritto in Risultati). Nessuno di questi comportamenti vengono eseguite durante la normale locomozione peristaltica o comportamento di foraggiamento. Questi comportamenti sono anche distinti da risposte tocco delicato e la risposta di laminazione avversione ad alte temperature o nocivi stimoli meccanici.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il test qui descritto può essere utilizzato per valutare qualitativamente e quantitativamente nocicezione o sensibilizzazione nocicettiva in larve di diversi background genetici, influenze ambientali, e / o le condizioni di danno-indotta. Poiché questo test consente di applicare focale di uno stimolo freddo, con questo strumento si può valutare la funzione di un sottoinsieme di neuroni sensoriali periferici specificamente in risposta alle basse temperature. È interessante notare che questi comportamenti evocati fred…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo Sarah Wu e Camille Graham per lo sviluppo di prime fasi del saggio freddo della sonda, il Bloomington Drosophila Stock Center per gli stock Fly, ed i membri del laboratorio Galko per la lettura critica del manoscritto. Questo lavoro è stato sostenuto da NIH NRSA (NIH F31NS083306) per HNT, e dal NIH R01NS069828, R21NS087360 e Università del Texas MD Anderson Clark Fellowship nella ricerca di base a MJG.
Materials
| Cold Probe | Pro-Dev Engineering | Custom-built on demand | Part numbers and construction details can be provided on request |
| Thermal Control Unit | TE Technology | Custom Built enclosure | Part numbers and construction details can be provided on request |
| Zeiss Stemi 2000 microscope | Zeiss | NT55-605 | |
| Fiber-Lite MI-150 High Intensity Illuminator | Dolan-Jenner Industries. | A20500 | |
| Schott Dual Gooseneck 23 inch Fiber Optic Light Guide | Schott North America, Inc. | Schott A08575 | |
| Forceps | FST | FS-1670 | Used to sort and handle larvae. Be sure to smooth and blunt forceps tips slightly to lower the risk of accidently puncturing or injuring the larvae |
| Paintbrush | Dick Blick Art Materials | 06762-1002 | Used to sort and handle larvae. It is helpful if the paintbrush is damp during use. |
| 35 X 10 mm Polystyrene Petri Dish | Falcon | 351008 | |
| 60 X 10 mm Polystyrene Petri Dish | Falcon | 351007 | |
| Piece of black vinyl (at least 2 x 2 inches) | Used to provide contrast and orient larvae to the cold probe | ||
| Fisherbrand Scoopula Spatula | Fisher Scientific | 14-357Q | Used to move food |
| Kimtech Science Kimwipes | Fisher Scientific | 06-666A | Used to dry the larvae and cold probe if there is excess moisture |
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