Les animaux comptent sur l'information olfactive et gustative à la médiation des décisions essentielles pour la survie et la reproduction. Comprendre comment les indices chemosensory sont détectées et traitées par le système nerveux exige l' identification du récepteur (s) sensoriel et les ligands chimiques correspondants. Drosophila détecter une variété stupéfiante de composés volatiles et non-volatiles et sont un excellent modèle pour étudier l' état physiologique mécanismes sous-jacents chemosensation. Alors que les organes olfactifs perçoivent des molécules volatiles, les organes gustatifs sont spécialisés pour détecter des composés à faible volatilité. Ici, nous présentons une méthode pour mesurer directement les réponses neuronales des organes du goût de Drosophila melanogaster à faible volatilité, les ligands lipophiles.
organes gustatifs de la mouche comprennent les pattes antérieures, proboscis et les ailes. Distribué à la surface des organes de goût sont des structures ressemblant à des cheveux appelés sensilles qui répondent aux sugars, bitters, les sels, l' eau et les phéromones 8. Le sensilles ont été classés morphologiquement en poils de goût et le goût des pegs 9. Il y a environ 31 poils de goût sur le labelle qui sont classés dans le (type l) de long, court (type s) et (de type i) morphologies intermédiaires. Sensilla maison 4 neurones sensoriels «L» et «s qui répondent physiologiquement à sucre (la cellule S), faible teneur en sel (la cellule L1), en sel et des composés amers (la cellule L2) et de l' eau (la cellule W) 10 , 11. Les «i» maison 2 neurones sensilles sensoriels, dont répond à la fois à faible teneur en sel et de sucre, tandis que l'autre répond à haute teneur en sel 12. Il y a environ 41 goût sensilles chez les hommes et 26 sensilles chez les femelles répartis sur chacune des pattes. Pour les deux hommes et les femmes, il y a 21 sensilles sur le midleg, et environ 22 sensilles sur la patte arrière 13. Les neurones gustatifs clos par le sensilles du goût sur les jambes sont aussi classified en types L1, L2, W et S.
Une méthode standard pour mesurer l'activité électrique de neurones isolés utilise des électrodes extracellulaires ou intracellulaires pour enregistrer le flux d'ions. Mesures d'électrodes permettent la fonction neuronale à étudier dans les organismes non-modèles tels que les espèces de drosophile, les papillons et les abeilles qui manquent des outils génétiques étendus pour l' étiquetage neural. Cependant, alors que les méthodes électrophysiologiques ont été couramment utilisés pour mesurer l' activité de Drosophila goût sensilla 4,13,14, en appliquant cette approche présente plusieurs défis techniques. Tout d'abord, le goût des poils doivent être identifiés sur la base de la morphologie et la localisation spatiale. Après identification, les mesures électrophysiologiques peuvent être entravées par la petite taille de l'sensilla, l'accessibilité limitée en raison de la position, et la difficulté à appliquer des volumes contrôlés d'un stimulus chimique à un goût de poils. En outre, la stimulation de sensilles peut générer des signaux de plus d'unneuronal de type 15. Deuxièmement, la détection de signaux électriques peut être confondu par le bruit de fond résultant des vibrations mécaniques et le bruit des équipements électroniques. Troisièmement, l'utilisation d'une électrode affûtée peut endommager la préparation du vol, si elle est utilisée de façon incorrecte 14. Enfin, l'assemblage d'un appareil de électrophysiologie nécessite des composants électroniques spécialisés pour la livraison de relance, l'enregistrement du signal, et l'analyse de données et peut être coûteux.
Dans D. melanogaster, la disponibilité des outils génétiquement encodés a facilité le développement des techniques d'imagerie qui permettent les réponses des petites populations de neurones à étudier. Une telle approche est l'utilisation de la journaliste CaLexA 16. Dans ce procédé, les séquences de gènes codant pour le facteur de transcription VP16-LexA et une protéine sensible NFAT de calcium sont fondus ensemble. l'activation de calcium de la calcineurine protéine phosphatase de catalyse la phosphorylation de NFAT et, à son tour, facitES son importation dans le noyau. A l'intérieur du noyau, le domaine LexA se lie à un motif de liaison LexAop-ADN qui dirige l'expression d'une protéine fluorescente (GFP) reporteur verte, permettant ainsi l'identification durable de neurones fonctionnellement activés. L'approche a été utilisée avec succès pour mesurer la réponse des glomérules olfactifs spécifique dans le lobe antennaire après une exposition de mouches vivantes à un odorant 16. Récemment, les réponses physiologiques des neurones récepteurs gustatifs de IR52c ont été mesurées à partir de mouches en direct en utilisant CaLexA 7. Cependant, pour cette étude, il était nécessaire de vol d'âge jusqu'à 6 semaines pour améliorer la GFP transcription. Bien que immunocoloration avec un anticorps anti-GFP peut être utilisé pour amplifier le signal CaLexA, cette méthode nécessiterait la fixation des tissus, excluant ainsi la possibilité pour l'imagerie des cellules vivantes.
Calcium protéine indicatrice GCaMP codé génétiquement a également été largement utilisée pour étudier les réponses neuronales dans un certain nombre d'17 espèces. La GCaMP protéine fluoresce avec une faible intensité avant la stimulation neuronale. Application d'un stimulus déclenche un potentiel d'action dans les neurones, ce qui entraîne l'influx de Ca 2+. GCaMP, liés au Ca 2+, subit un changement de conformation, ce qui provoque la fluorescence avec une intensité plus claire (figure 1). Un seul neurone approche d'imagerie de calcium récemment mis au point a été utilisé pour identifier le glucose comme ligand pour les neurones gustatifs de patte spécifiques Gr61a 18. Dans cette étude, les pattes antérieures disséqués à partir de Drosophila exprimant GCaMP transgénique dans les neurones gustatifs Gr61a ont été recouvertes d'une couche d'agarose avant la formation d' image. Cependant, l'utilisation de tissus disséqués peut causer une éventuelle diminution de l'expression GCaMP, limitant ainsi le temps de mesure et de la sensibilité de détection. En outre, l'agarose peut limiter la sensibilité en raison de niveaux de fond élevés de fluorescence et de ses propriétés de diffusion de la lumière.
To résoudre certains de ces inconvénients, nous décrivons l'utilisation de l'imagerie calcique GCaMP médiation pour enregistrer les réponses physiologiques de patte et proboscis neurones gustatifs des animaux intacts. On montre les réponses physiologiques de Gr68a et les neurones exprimant ppk23 codés génétiquement GCaMP5G 19 à un lipide phéromone chez la drosophile, (3 R, 11 Z, 19 Z) -3-acétoxy-11,19-octacosadien-1-ol (CH503) 20, 21. les réponses neuronales sont mesurées par la quantification de l'augmentation de la fluorescence du signal GCaMP5G lors de la stimulation de la phéromone. Dans ce protocole, les neurones sont imagées pour une durée totale de 120 secondes, ce qui est suffisant pour différencier les modes d'activation neuronale dans des cellules individuelles.