In Vivo Optical Calcium Imaging of Learning-Induced Synaptic Plasticity in Drosophila melanogaster In Vivo Optical Calcium Imaging of Learning-Induced Synaptic Plasticity in Drosophila melanogaster In Vivo Optical Calcium Imaging of Learning-Induced Synaptic Plasticity in Drosophila melanogaster In Vivo

Clare  E. Hancock; Florian Bilz; André Fiala

doi:10.3791/60288

Article de méthode

In Vivo Optical Calcium Imaging of Learning-Induced Synaptic Plasticity in Drosophila melanogaster In Vivo Optical Calcium Imaging of Learning-Induced Synaptic Plasticity in Drosophila melanogaster In Vivo Optical Calcium Imaging of Learning-Induced Synaptic Plasticity in Drosophila melanogaster In Vivo

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DOI :

10.3791/60288

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8 octobre 2019

Clare E. Hancock¹ , Florian Bilz¹ , André Fiala¹

¹Department of Molecular Neurobiology of Behavior, University of Göttingen

Dans cet article

Résumé

Ici nous présentons un protocole avec lequel le calcium pré- et/ou postsynaptic peut être visualisé dans le contexte de l'apprentissage et de la mémoire de Drosophila. L'imagerie in vivo de calcium utilisant des capteurs de calcium synaptically localisés est combinée avec un paradigme olfactif classique de telle sorte que la plasticité synaptique sous-jacente à ce type d'apprentissage associatif peut être déterminée.

Résumé

Des décennies de recherche dans de nombreux organismes modèles ont conduit au concept actuel de plasticité synaptique sous-jacent à l'apprentissage et à la formation de la mémoire. Les changements induits par l'apprentissage dans la transmission synaptique sont souvent répartis dans de nombreux neurones et niveaux de traitement dans le cerveau. Par conséquent, des méthodes pour visualiser la plasticité synaptique dépendante de l'apprentissage à travers les neurones sont nécessaires. La mouche des fruits Drosophila melanogaster représente un organisme modèle particulièrement favorable pour étudier les circuits neuronaux sous-jacents à l'apprentissage. Le protocole présenté ici montre comment les processus sous-jacents à la formation de mémoires olfactives associatives, c'est-à-dire l'activité synaptique et leurs changements, peuvent être surveillés in vivo. En utilisant le large éventail d'outils génétiques disponibles dans Drosophila, il est possible d'exprimer spécifiquement des indicateurs de calcium génétiquement codés dans les populations cellulaires déterminées et même les cellules individuelles. En fixant une mouche en place, et en ouvrant la capsule de tête, il est possible de visualiser la dynamique du calcium dans ces cellules tout en fournissant des stimuli olfactifs. En outre, nous démontrons une configuration dans laquelle la mouche peut être soumise, simultanément, à des chocs électriques au corps. Cela fournit un système dans lequel les mouches peuvent subir un conditionnement olfactif classique - par lequel une odeur auparavant naïve est appris à être associée à la punition de choc électrique - en même temps que la représentation de cette odeur (et d'autres odeurs non formées) est observé dans le cerveau par microscopie à deux photons. Notre laboratoire a déjà signalé la génération de capteurs de calcium synaptically localisés, ce qui permet de confiner les signaux fluorescents de calcium aux compartiments pré- ou postsynaptiques. La microscopie à deux photons permet de résoudre spatialement les structures fines. Nous l'exemplifions en nous concentrant sur les neurones intégrant l'information du corps des champignons, un centre d'ordre supérieur du cerveau des insectes. Dans l'ensemble, ce protocole fournit une méthode pour examiner les connexions synaptiques entre les neurones dont l'activité est modulée à la suite de l'apprentissage olfactif.

Introduction

Déchiffrer où et comment l'information est acquise dans le cerveau par l'apprentissage et ensuite stocké comme mémoire constitue l'une des tâches les plus difficiles en neurosciences¹. La recherche neuroscientifique a mené au concept d'un changement dans la transmission synaptique comme substrat neuronal qui sous-tend l'apprentissage et la formation de mémoire²^,³. On suppose que, pendant l'apprentissage, les connexions synaptiques entre les ensembles neuronaux qui sont actifs pendant la perception d'un stimulus sont modifiées de telle sorte que leur modèle d'activité combiné peut être r....