Functionele analyse van de larvenvraat Circuit in Drosophila</i
Summary
De voeding circuit in Drosophila melanogaster larven serveert een eenvoudige maar krachtige model waarmee veranderingen in de voeding koers die moet worden gecorreleerd met veranderingen in de stomatogastric neurale circuits. Dit circuit bestaat uit centrale serotonerge neuronen die uitsteeksels aan de mond haken en de voordarm sturen.
Abstract
De serotonerge voedingscircuit in Drosophila melanogaster larven kan worden gebruikt om neuronale substraten van cruciaal belang te onderzoeken gedurende de ontwikkeling van de schakeling. De functionele uitgang van de schakeling, voeding, veranderingen in de neuronale architectuur van het stomatogastric systeem kan worden gevisualiseerd. Eetgedrag kan worden opgenomen door het observeren van de snelheid van het terugtrekken van de mond haken, die innervatie ontvangen van de hersenen. Locomotorisch gedrag wordt gebruikt als fysiologische controle van voeding, omdat larven gebruiken hun mond haken over doorkruisen een agar substraat. Veranderingen in eetgedrag kan worden gecorreleerd met de axonalestructuur van de neurites innerveren de darm. Middels immunohistochemie het mogelijk te visualiseren en kwantificeren deze veranderingen. Onjuiste behandeling van de larven tijdens gedrag paradigma kan gegevens veranderen, ze zijn erg gevoelig voor manipulaties. Goede beeldvorming van de neuriet architectuur innerverendede darm is essentieel voor nauwkeurige kwantificering van het aantal en de grootte van spataderen en de omvang van vertakkingsknooppunten. Analyse meeste circuits staan alleen voor visualisatie van neurieten architectuur of gedragseffecten, maar dit model kan men de functionele uitgang van de schakeling met de beperkingen in neuronale architectuur correleren.
Introduction
Drosophila is een zeer krachtige modelsysteem voor het bestuderen neurale circuit ontwikkeling als gevolg van de snelle generatie tijd, lage experimentele kosten, en de mogelijkheid om genetische en omgevingsfactoren te manipuleren en te controleren. Neurogenese, neuronale pad vinden en synaptogenese zijn geconserveerd tussen mens en Drosophila, dus de mechanismen in het creëren, onderhouden en aanpassen van neurale circuits zijn zo goed geconserveerd.
Klassiek neurotransmitters, zoals serotonine (5-hydroxytryptamine of 5-HT) kan dienen als groeifactoren alvorens hun rol als signaalmoleculen in de mature neurale circuit 1-3 Eerdere studies hebben aangetoond dat de niveaus van 5-HT verstoord tijdens embryogenese de connectiviteit van rijpe neuronen 4 wijzigen. Anderen hebben aangetoond dat ectopische toepassing van 5-HT gekweekte Helisoma neuronen onderdrukken neuriet uitgroei en synaptogenese 5-7. In Drosophila zijn ontwikkelings 5-HT niveaus omgekeerd evenredig varicosity aantal en de grootte, alsmede de mate van aborization langs de lengte van neurieten projecteert de voordarm van het CZS 8.
Serotonerge neurotransmissie is aangetoond dat het voeden gedrag moduleren in diverse soorten, zoals Drosophila 8-9. Het voedingscircuit in Drosophila is een relatief eenvoudige schakeling die kan worden gebruikt als een model om de functionele uitgang (voeding) correleren met veranderingen in de ontwikkeling van de axonale uitsteeksels van de hersenen naar de voordarm. Schoofs et al.. hebben aangetoond dat Drosophila larven wordt geregeld door centrale patroon generatoren die de musculatuur 10 beïnvloeden. Hoewel de specifieke spier anatomie is niet volledig begrepen, is aangetoond dat de antennaal zenuw, maxillaire zenuw, en prothoracale accessoire zenuw zijn verantwoordelijk voor de spieren betrokken in devoedingsgedrag. De meeste gegevens die voortvloeien uit de spieren en zenuwen anatomie van ongewervelde voeding is beperkt tot Calliphora larven.
Het rantsoen van larven tweede instar kan worden beoordeeld door het terugtrekken van de cephalopharyngeal sklerieten (mond haken), en is reproduceerbaar en high-throughput. De cephalopharyngeal platen worden geïnnerveerd door vezels van de centrale 5-HT neuronen via de frontale zenuw. De bijmaag of foregut, geïnnerveerd door serotonerge vezels (recurrensparese zenuw) dat fasciculate in de middendarm en zijn verantwoordelijk voor contracties van de voordarm (figuur 1) 11-12. Veranderingen in axonale vertakkingen, en het aantal en de grootte van varicosities langs de neuriet lengte, kan worden gekwantificeerd met behulp van immunohistochemische technieken. Manipuleren neuronale 5-HT gedurende de ontwikkeling, direct of indirect, de functionele output van dit voedingscircuit, die mogelijk is en gecorreleerd met veranderingen in de morpholo wijzigengy van de neurieten architectuur.
Protocol
Representative Results
Discussion
Afwijkende ontwikkeling van het serotonerge stomatogastric circuit, die optreedt tijdens de late embryogenese, zal haar volwassen functie beïnvloeden. Veranderingen in de neurieten architectuur innerveert darm kan worden gecorreleerd met de functionele uitgang van de schakeling, die toevoersnelheid (gemeten via de mond haak contracties in een gist oplossing) (figuur 1). Het gebruik van de UAS-Gal4 bipartiete Drosophila systeem maakt het mogelijk om specifiek richten omhoog of omlaag-gereguleer…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs willen graag Fonds de president voor Onderzoek van Saint Louis University toegekend aan WSN erkennen
Materials
| Eclipse E-800 Microscope | Nikon Instruments | ||
| Neuroleucida | MBF Biosciences | NL-15 | Used to analyze gut fiber architecture, not necessary to have |
| Northern Eclipse | Empix Inc | Imaging software | |
| G-2E/C TRITC EX 528-553 | Nikon Instruments | 96312 | Filter for specific secondary antibody |
| N.A. 0.75; W.D. 0.72 mm; DIC Prism: 40xI, 40x I-C; Spring loaded | Nikon Instruments | MRH00400 | Objective used for imaging |
| Simple Neurite Tracer | NIH Image J | http://fiji.sc/Simple_Neurite_Tracer |
Referências
- Weiss, E., Maness, P., Lauder, J. Why do neurotransmitters act like growth factors?. Perspect Dev Neurobiol. 5, 323-335 .
- Herlenius, E., Lagercrantz, H. Neurotransmitters and neuromodulators during early human development. Early Hum. Dev. 65, 21-37 .
- Budnik, V., Wu, C., White, K. Altered branching of serotonin-containing neurons in Drosophila mutants unable to synthesize serotonin and dopamine. J. Neurosci. 9, 2866-2877 (1989).
- Sodhi, M., Sanders-Bush, E. Serotonin and brain development. International Review of Neurobiol. 59, 111-174 (2004).
- Goldberg, J., Kater, S. Expression and function of the neurotransmitter serotonin during development of the Helisoma nervous system. Dev. Biol. 131, 483-495 (1989).
- Goldberg, J. Serotonin regulation of neurite outgrowth in identified neurons from mature and embryonic Helisoma triyolvis. Perspect Dev Neurobiol. 5, 373-387 (1998).
- Haydon, P., McCobb, P., Kater, S. Serotonin selectively inhibits growth cone motility and synaptogenesis of specific identified neurons. Sci. 226, 561-564 (1984).
- Neckameyer, W. S. A trophic role for serotonin in the development of a simple feeding circuit. Dev. Neurosci. 32, 217-237 .
- De Vry, J., Schreiber, R. Effects of selected serotonin 5-HT 1 and 5-HT 2 receptor agonists on feeding behavior: possible mechanisms of action. Neurosci. Biobehav. Rev. 24, 341-353 (2000).
- Schoofs, A., Niederegger, S., van Ooyen, A., Heinzel, H., Spieß, R. The brain can eat: Establishing the existence of a central pattern generator for feeding in third instar larvae of Drosophila virilis and Drosophila melanogaster. J. Insect Physiol. 56, 695-705 (2010).
- Spieß, R., Schoofs, A., Heinzel, H. Anatomy of the stomatogastric nervous system associated with the foregut in Drosophila melanogaster and Calliphora vicin third instar larvae. J. Morphol. 269, 272-282 (2008).
- Neckameyer, W. S., Bhatt, P. Neurotrophic actions of dopamine on the development of a serotonergic feeding circuit in Drosophila melanogaster. Biomed Cent NeuroSci. 13, 26 (2012).
- Sewall, D., Burnet, B., Connolly, K. Genetic analysis of larval feeding behavior in Drosophila melanogaste. Genet. Res. 24, 163-173 (1975).
- Joshi, A., Mueller, L. Evolution of higher feeding rate in Drosophila due to density-dependent natural selection. Evolution. 42, 1090-1093 (1988).
- Budnik, V., Wu, C., White, K. Altered branching of serotonin-containing neurons in Drosophila mutants unable to synthesize serotonin and dopamine. J. Neurosci. 9, 2866-2877 (1989).
- Sykes, P., Condron, B. Development and sensitivity to serotonin of Drosophila varicosities in the central nervous system. Dev. Biol. 286, 207-216 (2005).
- Garrity, P. A., Goodman, M. B., Samuel, A. D., Sengupta, P. Running hot and cold: behavioral strategies, neural circuits, and the molecular machinery for thermotaxis inC. elegansand Drosophila. Genes Dev. 24, 2365-2382 (2010).
- McKemy, D. D. Temperature sensing across species. Pflugers Archives. 454, 777-791 (2007).
