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Le maintien des niveaux de sel et d’eau chez les insectes leur permet de réussir dans de nombreuses niches écologiques et environnementales, en utilisant une variété de stratégies d’alimentation1. La plupart des insectes ont développé des mécanismes pour réguler la composition de leur hémolymphe dans des limites étroites afin de résister aux différents défis associés à leur environnement particulier2. Les insectes terrestres sont souvent confrontés au défi de conserver l’eau et le système excréteur subit une antidiaurèse pour prévenir la perte d’eau et de certains sels essentiels, évitant ainsi la dessiccation. En revanche, la diurèse se produit lorsque l’insecte se nourrit et est confronté à un excès d’eau et potentiellement de sels3,4. Grâce à leur système excréteur spécialisé et très actif, les insectes ont développé des mécanismes de régulation agissant pour contrer leurs défis de scorrégulation. Chez les moustiques adultes Aedes aegypti, le système excréteur est composé des tubules de Malpighian (MT) et de l’intestin postérieur, ce dernier étant constitué de l’iléon antérieur et du rectum postérieur5. Les MT sont responsables de la génération d’urine primaire, généralement riche en NaCl et / ou KCl. L’urine primaire est ensuite modifiée par des processus sécrétoires et réabsorptifs lorsqu’elle se déplace en aval du tubule et pénètre dans l’intestin postérieur5. Les excréments finaux peuvent être hyper- ou hypoosmotiques à l’hémolymphe, selon les conditions alimentaires/environnementales, et sont enrichis en déchets toxiques et azotés2.
Les MT sont idéales pour étudier de nombreuses caractéristiques du liquide épithélial et du transport du soluté, car elles remplissent une grande variété de fonctions de transport et d’excrétion2,6. Grâce à la régulation hormonale2, les MT fonctionnent en sécrétant des ions et d’autres solutés du sang dans la lumière du tubule7, fournissant un gradient osmotique permettant à l’eau d’être transportée par des aquaporines8,9, qui créent collectivement l’urine primaire, avant de se déplacer vers l’intestin postérieur réabsorptif2. Ainsi, en collectant le fluide sécrété à partir de MT isolés, on peut surveiller en permanence le transport transépithélial du liquide et des ions. La mesure du taux de sécrétion et de la composition de l’urine donne un aperçu des mécanismes responsables du transport transépithélial des ions et des fluides. Une méthode populaire pour étudier les taux de sécrétion de liquide est le test de Ramsay, qui a été introduit pour la première fois par Ramsay en 195310. Dans cette méthode, l’extrémité distale (fermée) du tubule est traitée avec une hormone (ou un autre composé / médicament de test), tandis que l’extrémité proximale (ouverte) est enroulée autour d’une épingle dans de l’huile de paraffine saturée d’eau, qui sécrète l’urine primaire, s’accumulant sous forme de gouttelette sur le bout de l’épingle. Les MT isolés sont capables de survivre et de fonctionner pendant de longues périodes (jusqu’à 24 h) dans des conditions in vitro optimisées, ce qui en fait des modèles appropriés et efficaces pour la mesure de la sécrétion de fluide. Les insectes ont des systèmes circulatoires ouverts, de sorte que les MT sont facilement disséqués et enlevés car ils flottent généralement librement dans l’hémolymphe6. De plus, à l’exception des pucerons, qui n’ont pas de MT11, le nombre de MT dans une espèce d’insecte donnée peut varier considérablement de quatre à cent (cinq chez les moustiques Aedes), ce qui permet plusieurs mesures d’un insecte.
Les MT chez les moustiques Aedes, en commun avec d’autres insectes endoptérygotes, sont composés de deux types de cellules formant un épithélium simple2,12; les grandes cellules principales, qui facilitent le transport actif des cations (c.-à-d. Na+ et K+) dans la lumière, et les cellules stellaires minces, qui aident à la sécrétion transépithéliale de Cl13. Les MT ne sont pas innervés2, mais sont régulés par plusieurs hormones, y compris des facteurs diurétiques et anti-diurétiques, permettant le contrôle du transport ionique (principalement Na+, K+ et Cl-) et de l’eau imposée par osmotique2. De nombreuses études ont examiné la régulation hormonale des MT d’Aedes pour comprendre le rôle des facteurs endocriniens sur le transport transépithélial14,15,16,17,18. Comme le montrent les résultats représentatifs, les protocoles présentés ici démontrent les effets de différents facteurs hormonaux sur les MT isolées des moustiques A. aegypti femelles adultes, y compris le contrôle diurétique et antidiatétique (figure 1). Le test de Ramsay est utilisé pour démontrer comment une hormone anti-diurétique, AedaeCAPA-1, inhibe la sécrétion liquidienne des MT stimulée par l’hormone diurétique 31 (DH31) (Figure 1).
La plus petite taille des insectes a nécessité le développement de microméthodes pour mesurer l’activité ionique et les concentrations dans les échantillons de liquide, ou près de la surface de tissus isolés tels que les MT et l’intestin. Diverses méthodes ont été mises en œuvre, y compris l’utilisation de radio-isotopes d’ions19, ce qui nécessite la collecte des gouttes de fluide sécrétées pour la mesure des concentrations d’ions20. Les tubules d’Aedes stimulés in vitro sécrètent généralement environ 0,5 nL / min21, de sorte que la manipulation de si petits volumes peut poser un défi et potentiellement introduire une erreur lors du transfert. En conséquence, les microélectrodes sélectives d’ions (SMSI) ont été largement utilisées pour mesurer les concentrations d’ions dans les gouttelettes sécrétées de MT in vitro. Dans cette méthode, une électrode de référence et un ISME, remplis de la solution de remblayage et de l’ionophore appropriés, sont positionnés dans la gouttelette d’urine sécrétée pour déterminer les concentrations d’ions22. Adapté de Donini et de ses collègues23, ce protocole actuel utilise un ionophore sélectif Na+ pour mesurer l’activité ionique dans les gouttelettes sécrétées par les MT stimulées chez les moustiques Aedes adultes. Étant donné que les microélectrodes sélectives d’ions mesurent l’activité ionique, ces données peuvent être exprimées sous forme de concentrations d’ions en supposant que les solutions d’étalonnage et les échantillons expérimentaux partagent le même coefficient d’activité ionique21 (figure 1B, C).
La technique d’électrode sélective d’ions à balayage (SIET) utilise également des SMSI pour mesurer les gradients de concentration d’ions dans la couche non excitée adjacente aux organes, tissus ou cellules qui transportent des ions. Les ISME mesurent des gradients de tension qui peuvent ensuite être utilisés pour calculer les gradients de concentration d’ions et la direction et l’ampleur du flux d’ions à travers l’organe, le tissu ou la cellule20. Dans cette technique, l’ISME est monté sur un manipulateur à trois axes contrôlé par des moteurs micro-pas à pas informatisés afin que sa position 3D soit contrôlée au niveau micrométrique20. Les tensions sont mesurées en deux points de la couche non stimulée à l’aide d’un protocole d’échantillonnage programmé et contrôlé par un logiciel informatique. Les deux points sont généralement séparés par une distance de 20 à 100 μm avec un point à moins de 5 à 10 μm de la surface de l’organe, du tissu ou de la cellule et le deuxième point à 20 à 100 μm de distance. La différence de magnitude des tensions entre les deux points est calculée pour obtenir un gradient de tension24,25,26, qui est ensuite utilisé pour calculer le gradient de concentration et par la suite le flux net en utilisant la loi de Fick24,27. Cette méthode est utile pour évaluer le transport d’ions spécifiques à travers différentes régions de l’intestin de l’insecte et des MT, ou à des moments spécifiques après une exposition à la farine de sang ou à un traitement. Par exemple, le SIET peut être utilisé pour comprendre comment les processus absorbants et sécrétoires dans le système excréteur des moustiques sont régulés par les hormones28 ainsi que par différents comportements alimentaires et conditions d’élevage25. Des travaux antérieurs utilisant le SIET ont révélé des sites impliqués dans le transport d’ions le long des papilles anales et du rectum des larves et des moustiques adultes24,28. Le protocole actuel, décrit précédemment par Paluzzi et ses collègues26, mesure le flux de Na+ à travers l’épithélium rectal du rectum féminin adulte (Figure 2).
Le dernier segment du système excréteur de moustiques nécessite un mouvement musculaire coordonné pour aider à mélanger les aliments et à sécréter des déchets26. Les produits non absorbables de la digestion de l’intestin moyen, ainsi que l’urine primaire sécrétée par les MT, sont passés à travers la valve pylorique et livrés à l’intestin postérieur2. Les contractions spontanées de l’intestin postérieur commencent au niveau de la valve pylorique et se produisent dans les ondes péristaltiques, qui sont relayées sur l’iléon par la contraction coordonnée des muscles circulaires et longitudinaux entourant la surface basale des cellules épithéliales26. Enfin, les muscles du rectum aident à propulser et à éliminer les déchets à travers le canal anal. Bien que la motilité de l’intestin postérieur des insectes soit myogénique, nécessitant du Ca2+ extracellulaire pour produire des contractions spontanées, ces processus peuvent également être régulés par voie neuronale26,29,30. Cette régulation exogène par le système nerveux est importante après l’alimentation, car l’animal doit expulser les déchets de l’intestin et rétablir l’équilibre de l’hémolymphe31. Par conséquent, la réalisation de tests biologiques in vitro pour identifier les neuropeptides myostimulants ou myoinhibitory est utile pour évaluer comment les neurochimiques influencent la motilité de l’intestin postérieur. Le protocole actuel, réalisé par Lajevardi et Paluzzi28, utilise des enregistrements vidéo pour examiner la motilité iléale en réponse aux neuropeptides (Figure 3). De même, un capteur de force ou un convertisseur d’impédance peut également être utilisé pour observer des traces de contractions via un logiciel d’acquisition de données32,33. Cependant, l’utilisation de la technologie vidéo nous permet d’évaluer visuellement l’organe et d’analyser davantage en utilisant un sous-ensemble de paramètres pour identifier le rôle des hormones sur la motilité de l’intestin postérieur.
L’utilisation de ces techniques peut aider à caractériser les facteurs qui régulent et coordonnent le transport des fluides et des ions le long du système excréteur ainsi que la motilité de l’intestin postérieur. Il est important de noter qu’un lien fonctionnel entre la réponse diurétique des MT et la motilité de l’intestin postérieur est soutenu, car les hormones diurétiques, telles que DH31 et 5HT, caractérisées par leur capacité à stimuler la sécrétion de liquide par les MT, présentent également des actions myotropes le long de l’intestin postérieur du moustique21,34,35 . Ces résultats soulignent l’importance d’une coordination rigoureuse entre les MT et l’intestin postérieur lors d’événements tels que la diurèse post-prandiale chez les insectes nécessitant une élimination rapide des déchets.
Ici, l’approche détaillée derrière la technique de dosage de Ramsay pour mesurer le taux de sécrétion de liquide chez le moustique, A. aegypti, et l’utilisation de microélectrodes sélectives d’ions pour déterminer les concentrations de Na + dans le fluide sécrété des MT sont décrites, ce qui, lorsqu’il est combiné, permet de déterminer les taux de transport transépithélial des ions. De plus, la technique d’électrode sélective d’ions à balayage et les tests de contraction de l’intestin postérieur sont décrits pour mesurer respectivement le flux ionique et la motilité, ce qui aide à élucider la régulation hormonale de l’intestin postérieur (Figure 4).