يعتمد البشر على القدرة على تحويل المحفزات الميكانيكية من بيئتهم ، مثل اللمس أو الضغط أو الاهتزاز أو الموجات الصوتية ، إلى معلومات حسية يمكن معالجتها بواسطة الجهاز العصبي ، في عملية تسمى النقل الميكانيكي. العديد من السمات الميكانيكية الشاملة للنقل الميكانيكي بين البشر واللافقاريات هي نفسها1 ، مما يجعل ذبابة الفاكهة نموذجا مفيدا لدراسة الآليات الجزيئية للنقل الميكانيكي. ذبابة الفاكهة السوداء تحتوي على مجموعتين من الأعضاء الحسية المتخصصة (النوع الأول والثاني) القادرة على تحويل المحفزات الميكانيكية إلى إمكانات عمل. تحتوي المستقبلات الميكانيكية من النوع الأول على خلية عصبية ذات عملية تغصنات أو حسية واحدة ، محاطة بثلاث خلايا دعم2. تشتمل المستقبلات الميكانيكية من النوع الأول على المستقبلات الميكانيكية ذات الشعر الخشن ، والأعضاء الحرضية السمعية الحساسة (عضو جونستون) ، وحساسية الجريسية التي تنقل معلومات حول دقات الجناح3. الشعيرات التي تغطي الجانب الظهري للذبابة هي الأكثر وفرة ويمكن الوصول إليها بسهولة من بين أعضاء النوع الأول. على غرار البيئة خارج الخلية لخلايا الشعر المرتبطة بالسمع والتوازن في الفقاريات ، تفرز الخلايا الداعمة المحيطة بالخلايا العصبية الحساسة للذباب الليمفاوية العليا من البوتاسيوم الذي يخلق تدرجا غير عادي للتركيز للبوتاسيوم1. تستخدم الخلايا العصبية الحساسة للميكانيكا ، من كل من أنظمة الثدييات والذباب ، هذا البوتاسيوم العالي خارج الخلية لإزالة استقطاب الخلية. استجابة للتحفيز الميكانيكي لشعيرات macrochaete نحو جدار الجسم ، تستجيب الخلايا العصبية الحسية بدفعة من إمكانات العمل مدفوعة بإزالة استقطاب البوتاسيوم لغشاءالخلية 4. ذبابة الفاكهة الخلايا العصبية الحسية التي تغذي الشعيرات تشبه الخلايا الحساسة للميكانيكا للكائنات الحية الأخرى ، بما في ذلك خلايا الشعر الفقارية ، في كل من الهيكل والوظيفة1،5. إن إمكانية الوصول إلى ذبابة الفاكهة الأعضاء الحسية الخارجية للتلاعب التجريبي ووفرة التقنيات الجينية المتاحة للباحثين تجعل ذبابة الفاكهة نظاما نموذجيا ممتازا للتحقيق في الأسس الجزيئية للحس الميكانيكي.
في الذبابة ، يؤدي تحفيز خلية عصبية حسية واحدة تؤدي إلى استجابة سلوكية يمكن ملاحظتها. يثير تحفيز الشعيرات المختلفة استجابات سلوكية محددة وقابلة للتكرار ، اعتمادا على الشعيرات التي يتم تحفيزها. عند التحفيز اللمسي ، يظهر الذباب البري المقطوع الرأس منعكس معقدا للعناية حيث ينظفون المنطقة القريبة من الشعيرات المحفزة بمجموعة منقوشة من حركات الساق5-7. عندما يكون الذباب متماثلا اللواقح للطفرات أحادية الجين المعروفة التي تتداخل مع التعلم7 أو التنسيق والنشاط الحركي5 ، يستجيب الذباب بشكل غير طبيعي للتحفيز الميكانيكي. لذلك فإن منعكس الاستمالة هذا هو أداة مفيدة لدراسة تأثيرات الطفرات أحادية الجين على سلوك محدد قابل للتكرار.
تحمل الاستجابة السلوكية القوية لتحفيز شعيرات واحدة كبيرة القدرة على المساعدة في تحديد الجينات الجديدة المشاركة في النقل الميكانيكي. يستخدم هذا البروتوكول لاختبار مجموعة من الذباب المتحور لعدم وجود استجابة سلوكية للإشارة إلى أن الطفرة تتداخل مع الإحساس الميكانيكي. في المجموعة الطافرة المختارة للفحص ، تسبب الطفرات الفتك قبل سن البلوغ ، وبالتالي سيكون من المستحيل اختبارها باستخدام شاشات سلوك البالغين التقليدية. في الأصل ، تم دمج هذه المجموعة من العناصر p المميتة مع مواقع إعادة تركيب FRT لاختبار عيوب نمو الخلايا في المستنسخة. تم صنع المستنسخة على وجه التحديد في العين لأن الذباب البالغ يمكنه البقاء على قيد الحياة في المختبر دون رؤيةوظيفية 8. ومع ذلك ، فإن إزالة كل الإحساس الميكانيكي يمكن أن يتسبب في عدم تناغم البالغين بشدة أو الموت قبل الإغلاق5. يستخدم هذا البروتوكول نهج الفسيفساء للتحايل على فتاكة الطفرات والسماح باختبار مرحلة البالغين. تستخدم تقنية وراثية تسمى تحليل الفسيفساء باستخدام علامة خلية قابلة للكبت (MARCM) 9 لتوليد خلايا متحولة متماثلة اللواقح في عدد محدود من الأعضاء الحسية للذباب البالغ ، بينما يظل باقي الكائن الحي متغاير الزيجوت. يعيش ذباب MARCM هذا بسهولة حتى سن البلوغ ، ومع ذلك فإن الشعيرات متماثلة اللواقح للجينات القاتلة ذات الأهمية.
تسمح
MARCM بإنشاء مناطق من الخلايا الطافرة متماثلة اللواقح وتمييزها بالتعبير عن البروتين الفلوري الأخضر (GFP) ، بينما يظل باقي الكائن الحي متغاير الزيجوت في هذا الموضع المعين وغير مميز9. يجمع MARCM بين طفرات عنصر p الفردية وخمسة عناصر وراثية شائعة: GFP تحت سيطرة تسلسل تنشيط المنبع (UAS-GFP) ، وبروتين مثبط Gal80 تحت سيطرة محفز عام (tub-Gal80) ، وعامل النسخ Gal4 تحت سيطرة محفز عام (tub-Gal4) ، وإنزيم إعادة تركيب FRT المعبر عنه من خلال محفز يتم التحكم فيه بالصدمة الحرارية ، وموقع إعادة تركيب FRT10. من خلال دفع إعادة التركيب الانقسامي من خلال إعادة التركيب المنشط بالصدمة الحرارية ، يتم جعل عدد محدود من الخلايا متماثلة اللواقح للطفرة ويتم تمييزها ب GFP. يتم قمع تعبير GFP في الخلايا غير المتجانسة من خلال وجود Gal80 على نسخة الكروموسوم من النوع البري.
تم تحسين بروتوكول الصدمة الحرارية ل MARCM للحث على إعادة التركيب في أعضاء الإحساس الخارجية ذات الشعر الخشن للذبابة ، بينما يظل الكثير من الكائن الحي متغاير الزيجوت ، وبالتالي لا يحمل علامة GFP. احتوت ذباب الفسيفساء الذي تم إنشاؤه باستخدام هذا البروتوكول على طفرات متماثلة اللواقح في أغلب الأحيان في الشعيرات المركزية الظهرية أو الظهرية على سطح العقد.
لقد اختبرنا فائدة هذا المزيج من MARCM وشاشة سلوك الحلاقة مع طفرة حساسة للميكانيكا معروفة ، NOMPC. القناة الأيونية ، التي لا توجد مستقبلات ميكانيكية محتملة C (NOMPC) ، هي عنصر أساسي في مسار النقل الميكانيكي في ذبابة الفاكهة5،11-13. ينتمي NOMPC إلى العائلة الفائقة لإمكانات المستقبل العابرة (TRP) للقنوات الكاتيونية5 وتفي بجميع المعايير للتأهل كقناة حساسة للميكانيكا في ذبابة الفاكهة14،15: 1) يتم التعبير عن NOMPC في الأطراف المهدبة للخلايا العصبية الحسية من النوع 1 ذبابة الفاكهة 13،16-18 ، 2) لا تحتوي يرقات NOMPC الفارغة على استجابة كهربائية للتحفيز اللمسي13، 3) يمكن أن يؤدي التعبير خارج الرحم ل NOMPC في الخلايا غير الحساسة التي تعمل باللمس إلى الحساسية للتحفيز الميكانيكي13 ، 4) التعبير غير المتجانس ل NOMPC في خلايا شنايدر 2 ينتج قناة حساسةللميكانيكا 13 ، و 5) تظهر الطفرات البالغة NOMPC عيوبا في استجابتها للتحفيز الميكانيكي5. بالنظر إلى هذا الدليل ، توقعنا أن المستنسخة الطافرة من NOMPC ستظهر استجابة حلاقة متغيرة أو مثبطة استجابة للتحفيز الميكانيكي للشعيرات.
تم تطوير مخزون MARCM الذي يحتوي على طفرة NOMPC لاستخدامه في تجربة إثبات المبدأ لمقايسة الاستمالة. تم تحفيز ذباب الفسيفساء عند شعيرات الماكروشايت التي تحتوي على خلايا متحولة NOMPC متماثلة اللواقح. توقعنا تثبيط استجابة الاستمالة بعد تحفيز شعيرات الماكروشايت. وجدنا أن 2 فقط من 14 ذبابة ذات شعيرات متحولة تم اختبارها أعطت استجابة واحدة للتحفيز المتكرر. لم يستجب معظمهم لتحفيز الشعيرات الطافرة متماثلة اللواقح. بعد التأكيد على أن هذا الاختبار السلوكي المستند إلى MARCM ينتج منعكس غير طبيعي للعناية الشخصية في متحولة فسيفساء حساسة للميكانيكا معروفة ، يمكن استخدام هذه التقنية في شاشة للطفرات الإضافية الحساسة للميكانيكا.