הקלטה אלקטרופיזיולוגית מ<em> תסיסנית</em> Trichoid Sensilla בתגובה ריחות של תנודתיות נמוכה
Summary
המטרה הכוללת של פרוטוקול זה היא להדגים כיצד להציג odorants של התנודתיות נמוכה להקלטת single-sensillum מ נוירונים קולטן תסיסנית חוש הריח המגיבים שרשרת פרומונים ארוכים שרשרת.
Abstract
חרקים מסתמכים על חוש הריח שלהם כדי להנחות מגוון רחב של התנהגויות קריטי להישרדות שלהם, כגון חיפוש מזון, הימנעות טורף, oviposition, והזדווגות. כימיקלים רבים של תנודות משתנות זוהו כמו ריחות טבעיים המפעילים חרק חוש הריח נוירונים קולטן (ORNs). עם זאת, לימוד תגובות חוש הריח כדי odorants התנודתיות נמוכה כבר הקשו על ידי חוסר היכולת להציג ביעילות גירויים כאלה באמצעות שיטות קונבנציונאלי משלוח ריח. כאן, אנו מתארים הליך המאפשר את ההצגה האפקטיבית של odorants נמוך התנודות עבור vivo יחיד Sensillum הקלטה (SSR). על ידי מזעור המרחק בין מקור הריח לבין רקמת המטרה, שיטה זו מאפשרת יישום של ריחות ביולוגיים בולטים אך לא נגישים עד כה, כולל חומצה palmitoleic, פרומון גירוי עם אפקט הפגינו על ORNs המעורבים חיזור התנהגות ההזדווגות 1 .ההליך שלנו ובכך מציע שדרה חדשה assay שורה של ריח odorants נמוכה לחקר olfaction חרקים תקשורת pheromone.
Introduction
תסיסנית ORNs מגיבים למספר עצום של odorants, עם מגוון רחב של שרשרת פחמן אורכים מגוון רחב של קבוצות פונקציונליות, כולל אסטרים, אלכוהול, קטונים, lactones, aldehydes, terpenes, חומצות אורגניות, אמינים, תרכובות גופרית, heterocyclics, ארומטיים 2 , 3 . ריחנים שונים התכונות הפיסיקוכימיות שלהם יכול להיות שונים volatilities שונים, המצוין על ידי לחץ אדי של המתחם. יש לציין כי ריחות ביולוגיים רלוונטיים עבור תסיסנית melanogaster שונים מאוד בתנודתיות שלהם. לדוגמה, Ir92a ORNs מגיבים לאמוניה 4 , שהיא תנודתית מאוד, עם לחץ אדי של 6,432 מ"מ כספית ב 20 ° C. לעומת זאת, OR67d ORNs מגיבים על פרומון זכר, cis- acenate אצטט ( c VA) 5 , 6 , לחץ אדים של אשר 43 מ"מ כספית ב 20 ° C.
"Ove_content"> בדיקת תגובת הריח ל odorants של תנודתיות נמוכה היא מאתגרת במיוחד עם שיטות קונבנציונאלי משלוח ריח, שבו odorants מועברים באמצעות זרם האוויר המוביל על מרחק ארוך יחסית ( כלומר כמה סנטימטרים ).ככזה, דיווחים חוש הריח דיווח אל odorant נמוך התנודתיות נתונה יכול להשתנות במידה רבה, בהתאם לעיצוב של המערכת-המסירה ריח לדוגמא, התגובה המדווחת של Or67d ORNs למינון גבוה של ג VA נע בין ~ 40 7 -.> 200 קוצים / s 6 . יתר על כן, המשלוח היעיל של VA ג עם שיטות משלוח קונבנציונליות מיוחס צפוי תוצאות false-negative, מוביל לפרשנות כי ג VA כשלעצמו אינו מספיק כדי להפעיל Or67d ORNs 8. פרשנות זו נתערערה מאוחר יותר על ידי מחקר אחר באמצעות לטווח קצר שיטת הריח משלוח 9. זה אימפרה ולכןTive לפתח מערכת ריח ריאה חזקה להצגת יעיל של odorants של תנודתיות נמוכה.לאחרונה, זיהינו כמה שרשרת ארוכה של חומצות שומן קורטיקולרי כמו ligands עבור OR47s ORNs. הם שוכנו סוג 4 Antennal Trichoid Sensillum (ב 4). בין שרשרת ארוכה של חומצות ריח odorants, מצאנו כי חומצה palmitoleic פונקציות כמו fheromone אפרודיזיאק כי מקדם החיזור הגברי על ידי הפעלת OR47b ORNs 1 . עם זאת, במחקר אחר המשתמש בשיטה של מתן ריחות קונבנציונאלי, מתיל לוראטי הוצג כדי לעורר תגובות של ORNs OR47, בעוד חומצה palmitoleic עורר שום תגובה כאשר הוצגו מאותו המרחק 10 . בהשוואה ג VA, חומצות שומן ארוכות-שרשרת הן אפילו פחות תנודתי, עם לחצים אדי פחות מ 0.001 מ"מ כספית על 25 מעלות צלזיוס 11. התנודתיות הנמוכה מטבען של ריחות חומצות שומן ארוכות שרשרת, המונעת הצגה יעילה לאנטנה דרךקונבנציונאלי משלוח מערכות ריח, סביר להניח את התוצאות שליליות שווא 10 . חוסר עקביות זה מדגיש את חוסר הקליטה של מערכות ריחות קונבנציונאליים בהצגת ריחות נדיפים. הוכח בעבר כי המסירה האפקטיבית של ריחות זבוביים טסים דורשת קרבה בין מקור הריח לבין רקמת היעד 6 . לכן, כדי לאפיין באופן מלא את ההשפעות של pheromones פעיל ביולוגית תוך מחקה את המרחק שבו הם עשויים להיתקל על ידי זבובי פירות בטבע 12 , 13 , הסכמנו כי המרחק המינימלי חייב להיות נתון בעדיפות גבוהה בהליך שלנו.
השיטה שלנו מחזיקה יתרונות נוספים, כולל תאימות עם סטנדרטי electrophysiology טכניקות. קיימים מראש setups סטנדרטי דורשים שינוי מינימלי כדי להתאים את הפרוטוקול הזה, ואת רוב הצעדים SSR דורשים רק התאמות קלות. זֶההופך את הטכניקה שלנו נגיש לחוקרים מנוסים SSR. יתר על כן, הטכניקה שלנו מאפשרת הצגה של odorants בתזוזות נמוכה עם התחלה חדה וקיזוז, מתאם מתן תמריצים עם התגובה העצבית. לבסוף, פריסת החומרה מאפשרת חילופי מהיר בין מחסניות odorant, המאיץ איסוף נתונים על פני טווח המינון הרצוי.
אנו מתחילים על ידי סקירת הכנת הפניה אלקטרודות הקלטה, תמיסת Hemolymph-Adult למבוגרים (AHL) פתרון, מחסניות משלוח אודורנט, ואת olfactometer המקביל. לאחר מכן אנו דנים בהכנה של פתרונות חומצה palmitoleic odorant, ואחריו הכנת זבוב להקליט. אנו ממשיכים לשקול את הקריטריונים לבחירת סנסילום טריכואיד כדי להקליט ולבחון מקרוב את המיקום של מחסנית אודורנט לפני הצגת נתונים נציג רכשה באמצעות שיטה זו. לבסוף, אנו מסיקים על ידי בחינת יישומים שימושיים של techniq זהאו, כמה נתקלו בבעיות, ואת הפתרונות שלהם.
Protocol
Representative Results
Discussion
כאן, תיארנו הליך שבו תשובות של ORNs ORNs לחומצה palmitoleic יכול להיות המושרה בחוזקה נרשמה. שינינו שיטת קונבנציונאלי ארוכת טווח משלוח ריח 2 , 7 , 10 כדי לפתור את הבעיה של משלוח pheromone מספיק odorant. התייחסנו לסוגיית התנודתיות הזעירה ע?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים יה זאנג לעזרה עם עקבות מדגם ופח קי Tsang לעזרה עם התמונות. עבודה זו נתמכה על ידי קרן תומכת קרן ריי אדוארדס מוקדם קריירה מענק NIH (R01DC015519) כדי C-YS ומענקים NIH (R01DC009597 ו R01DK092640) כדי JWW
Materials
| Prep Setup & Miscellaneous Materials | |||
| Pipette Puller Instrument | Sutter Instruments Novato CA USA |
P97 | Pipette Puller |
| Borosilicate Glass Capillaries | World Precision Instruments Sarasota FL USA |
1B100F-4 | to make holding rods |
| Aluminosilicate Glass Capillaries | Sutter Instruments Novato CA USA |
AF100-64-10 | to make electrodes |
| Superfrost Microscope Slides | Fisher Scientific Pittsburgh PA USA |
12-550-143 | for fly-prep station |
| Permanent Double Sided Tape | Scotch St. Paul MN USA |
NA | for fly-prep station |
| Upright microscope | Olympus Shinjuku Tokyo Japan |
BX51 | for recording rig |
| Plastalina modeling clay | Van Aken North Charleston SC USA |
B0019QZMQQ | for prep station and to stablize the holding rod |
| Rapid-Flow Sterile Disposable Filter Unit with SFCA Membrane, 0.45 mm | Nalgene Rochester NY USA |
#156-4045 | to sterilize AHL solution |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Cartridge Materials | |||
| 200 µL pipette tip | VWR Radnor PA USA |
53508-810 | to make odor cartridges and fly prep |
| Filter Paper | Whatman Maidstone Kent UK |
740-E | to make odor cartridges |
| Vacuum Desiccator | Cole-Parmer Vernon Hills IL USA |
VX-06514-30 | to vaporize ethanol solvent |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Odorant Materials | |||
| cis-palmitoleic acid | Cayman Chemical Ann Arbor MI USA |
#10009871 (CAS # 373-49-9) | Or47b odorant |
| trans-palmitoleic acid | Cayman Chemical Ann Arbor MI USA |
#9001798 (CAS # 10030-73-6) | Or47b odorant |
| Ethanol | Spectrum Chemical MFG. New Brunswick NJ USA |
E1028-500MLGL | to dilute palmitoleic acid |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Rig Setup Materials | |||
| Odorant Cartridge Micromanipulator | Siskiyou Grants Pass OR USA |
MX130R | to position the olfactometer |
| Flow Vision software | Alicat Tuscon AZ USA |
FLOWVISIONSC | software to control flow rate |
| Mass Controller | Alicat Tuscon AZ USA |
MC-2SLPM-D | to control the flow rate for humidified air |
| Mass Controller | Alicat Tuscon AZ USA |
MC-500SCCM-D | to control the flow rate for odor stimulation |
| Clampex | Molecular Devices Sunnyvale CA USA |
Ver. 10.4 | Data acquisition software |
| Air delivery tube | Ace Glass Vineland NJ USA |
8802-936 | to deliver humidified air |
| 50x objective lens | Olympus Shinjuku Tokyo Japan |
LMPLFL50X | recording rig |
| Clampfit 10 | Molecular Devices Sunnyvale CA USA |
Ver. 10.4 | software for spike analysis |
| Igor Pro 6 | WaveMetrics Lake Oswego OR USA |
Ver. 6.37 | software for data analysis |
| Audio Monitor | ALA Scientific Instruments Farmingdale NY USA |
NPIEXB-AUDIS-08B | Aurally reports individual spikes |
| Extracellular Amplifier | ALA Scientific Instruments Farmingdale NY USA |
NPIEXT-02F | to increase the amplitude of electrical signals |
| Valve Controller | Warner Instruments | VC-8 | to control the opening of the valve for odor stimulation |
| Recording Electrode Micromanipulator | Sutter Instruments Novato CA USA |
MP-285 | to position recording electrode |
| Headstage Amplifier | ALA Scientific Instruments Farmingdale NY USA |
EQ-16.0008 | to increase the amplitude of electrical signals |
| Oscilloscope | Tektronix Beaverton OR USA |
TDS2000C | Visual report of individual spikes |
Referências
- Lin, H. -. H., et al. Hormonal modulation of pheromone detection enhances male courtship success. Neuron. 90 (6), 1272-1285 (2016).
- Hallem, E. A., Carlson, J. R. Coding of odors by a receptor repertoire. Cell. 125 (1), 143-160 (2006).
- Silbering, A. F., et al. Complementary function and integrated wiring of the evolutionarily distinct Drosophila olfactory subsystems. J Neurosci. 31 (38), 13357-13375 (2011).
- Min, S., Ai, M., Shin, S. A., Suh, G. S. B. Dedicated olfactory neurons mediating attraction behavior to ammonia and amines in Drosophila. Proc Nat Acad Sci USA. 110, 1321-1329 (2013).
- Kurtovic, A., Widmer, A., Dickson, B. J. A single class of olfactory neurons mediates behavioural responses to a Drosophila sex pheromone. Nature. 446 (7135), 542-546 (2007).
- Van der Goes van Naters, W., Carlson, J. R. Receptors and neurons for fly odors in Drosophila. Curr Biol. 17, 606-612 (2007).
- Schlief, M. L., Wilson, R. I. Olfactory processing and behavior downstream from highly selective receptor neurons. Nat Neurosci. 10 (5), 623-630 (2007).
- Laughlin, J. D., Ha, T. S., Jones, D. N. M., Smith, D. P. Activation of Pheromone-sensitive neurons is mediated by conformational activation of pheromone-binding protein. Cell. 133 (7), 1255-1265 (2008).
- Gomez-Diaz, C., Reina, J. H., Cambillau, C., Benton, R. Ligands for pheromone-sensing neurons are not conformationally activated odorant binding proteins. PLoS Biol. 11 (4), e1001546 (2013).
- Dweck, H. K. M., et al. Pheromones mediating copulation and attraction in Drosophila. Proc Nat Acad USA. 112, 2829-2835 (2015).
- Cappa, C. D., Lovejoy, E. R., Ravishankara, A. R. Evaporation rates and vapor pressures of the even-numbered C8-C18monocarboxylic acids. J Phys Chem A. 112 (17), 3959-3964 (2008).
- Kimura, K. -. I., Sato, C., Yamamoto, K., Yamamoto, D. From the back or front: the courtship position is a matter of smell and sight in Drosophila melanogaster males. J Neurogenet. 29 (1), 18-22 (2015).
- Grosjean, Y., et al. An olfactory receptor for food-derived odours promotes male courtship in Drosophila. Nature. 478 (7368), 236-240 (2011).
- Wang, J. W., Wong, A. M., Flores, J., Vosshall, L. B., Axel, R. Two-photon calcium imaging reveals an odor-evoked map of activity in the fly brain. Cell. 112 (2), 271-282 (2003).
- Pellegrino, M., Nakagawa, T., Vosshall, L. B. Single sensillum recordings in the insects Drosophila melanogaster and Anopheles gambiae. J Vis Exp. (36), e1-e5 (2010).
