Article de méthode

Méthodes d’étude de l’optique, de la physiologie et de la biochimie de l’œil composé de la mouche

24 mars 2023

 , 
1Department of Medical Neurobiology, Faculty of Medicine and the Edmond and Lily Safra Center for Brain Sciences (ELSC), Hebrew University

Dans cet article

Résumé

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ARTICLES DISCUTÉS :

Muñoz Arias, M., Douglass, J. K., Wehling M. F., Stavenga, D. G. Cartographie automatisée de l’espace visuel des yeux composés des mouches domestiques. Journal des expériences visualisées. (181), e63643 (2022).

Wagner, K., Smylla, T. K., Zeger, M., Huber, A. Étude du trafic de protéines membranaires dans les cellules photoréceptrices de la drosophile à l’aide de protéines marquées eGFP. Journal des expériences visualisées. (179), e63375 (2022).

Gutorov, R., Katz, B., Minke, B. Méthodes électrophysiologiques pour mesurer les niveaux de photopigments dans les photorécepteurs de la drosophile. Journal des expériences visualisées. (184), E63514 (2022).

Liu, J., Liu, Y., Chen, W., Ding, Y., Lan, X., Liu, W. Purification des canaux potentiels des récepteurs transitoires endogènes de la drosophile. Journal des expériences visualisées. (178), E63260 (2021).

Panda, A., Thakur, R., Kumari, A., Raghu, P. Analyse de la signalisation lipidique dans les photorécepteurs de la drosophile à l’aide de la spectrométrie de masse. Journal des expériences visualisées. (181), E63516 (2022).

Éditorial

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L’œil composé de la mouche est un système de modèle biologique important pour élucider les mécanismes biologiques fondamentaux. Parmi les mécanismes étudiés à l’aide de ce système, citons les suivants : vision oculaire composée avec un champ de vision presque panoramique1 ; la biophysique, l’assemblage des protéines et la biogenèse du récepteurcouplé aux protéines G sensible à la lumière 2,3,4 ; le système de transduction du signal médié par la phospholipase Cβ 5,6 ; activation et modulation des canaux TRP dans les tissus natifs 5,6 ; l’assemblage et la fonction du complexe de signalisation multiprotéique 7,8 ; la structure moléculaire, la biochimie et la fonction du recyclage de l’inositol-phospholipide 9,10 ; et la translocation subcellulaire médiée par le signal des protéines de signalisation11,12. La structure anatomique et l’optique uniques de l’œil composé de la mouche ont été largement étudiées, révélant les mécanismes fondamentaux de développement et les capacités visuelles.

Cette collection de méthodes comprend le travail d’éminents scientifiques qui ont développé et affiné des méthodes pour étudier certains des mécanismes ci-dessus dans l’œil composé de la mouche. Muñoz et al. décrivent une méthode d’analyse quantitative de l’arrangement optique de l’œil de mouche qui fournit une représentation précise de l’œil composé et de son organisation spatiale13. Cette méthode est essentielle pour étudier en détail le traitement neuronal de l’information visuelle. Il est important de noter qu’il y a eu de nombreuses tentatives de produire des yeux artificiels bio-inspirés, et celles-ci se sont appuyées sur des études quantitatives d’yeux composés existants. Wagner et al. utilisent la pseudopupille profonde, un phénomène optique unique de l’œil composé, et la microscopie à haute amplification avec neutralisation optique de la cornée pour localiser les protéines marquées eGFP dans les cellules photoréceptrices de la drosophile 14. Cette méthode permet de détecter des défauts structurels chez les rhabdomères dus à la dégénérescence des photorécepteurs et à la localisation cellulaire et au trafic de protéines de signalisation importantes. Gutorov et al. utilisent des mesures électrophysiologiques de l’œil entier ou de cellules photoréceptrices uniques pour mesurer le niveau d’états photopigmentaires in vivo et leurs modulations par des mutations spécifiques dans les protéines de signalisation15. Cette méthode exploite les déplacements de charge au sein d’un état pigmentaire visuel (R) induits par l’absorption de photons, ce qui aboutit à la formation d’un second état pigmentaire stable dans l’obscurité (M). Une méthode supplémentaire utilise la dépolarisation prolongée après extinction (PDA) qui exploite les propriétés bistables sombres du pigment visuel et les différences dans les spectres d’absorption des états R et M de la mouche. Étant donné que la PCA dépend de la conversion d’une grande quantité de photopigment, même le moindre défaut dans la biogenèse du photopigment peut conduire à une PCA anormale facilement détectable. En effet, des mutants de la drosophile présentant une PDA anormale ont conduit à la découverte de nouvelles protéines de signalisation. Un exemple remarquable de cela est la découverte du nouveau complexe protéique composé de la protéine d’échafaudage inactivée mais pas de postpotentiel D (INAD), de la protéine kinase C spécifique de l’œil (eyePKC), de la phospholipase Cβ (PLCβ) et du canal TRP (Transient receptor potential). Pour la première fois, Liu et al. présentent une technique pour purifier le canalTRP 16 de la drosophile. Cette méthode de purification d’affinité modifiée utilise une stratégie de compétition basée sur le mécanisme d’assemblage du complexe de signalisation INAD. Cette stratégie permet la purification du canal TRP endogène. Selon cette méthode, un fragment de PLCβ lié à des billes de Ni est d’abord marqué avec de l’histidine et utilisé pour tirer vers le bas le complexe protéique endogène INAD obtenu à partir d’homogénats de tête de drosophile. Ensuite, des fragments de TRP marqués avec de la glutathion S-transférase (GST) excessivement purifiée sont ajoutés aux billes de Ni pour concurrencer le canal TRP endogène lié à l’INAD. Enfin, la chromatographie d’exclusion stérique est utilisée pour séparer les fragments de canal TRP marqués dans le surnageant du canal TRP endogène. Panda et al. rapportent une technique sensible pour identifier et quantifier plusieurs classes de lipides dans les cellules photoréceptrices de la drosophile à l’aide de la spectrométrie de masse17. L’activation de PLCβ est cruciale pour la phototransduction, car elle conduit à l’hydrolyse du phosphatidylinositol 4,5 bisphosphate (PI(4,5)P2) dans la membrane superficielle. Cette réaction conduit finalement à l’activation du canal TRP. De plus, l’activité de PLCβ entraîne la génération de nombreuses espèces lipidiques. Il a été proposé que plusieurs de ces espèces lipidiques puissent participer à l’activation des TRP et jouer des rôles clés dans l’organisation fonctionnelle des photorécepteurs pour optimiser la transduction sensorielle. Dans l’étude de Panda et al.17, ces résultats ont été évalués en isolant des mutants de la drosophile hébergeant des enzymes défectueuses qui contrôlent les niveaux de lipides spécifiques.

L’œil composé de la mouche est un système expérimental utile pour élucider les mécanismes fondamentaux de la biologie. La puissante méthodologie génétique développée chez la drosophile peut être utilisée pour analyser et découvrir les protéines de signalisation impliquées dans la phototransduction de la mouche. Cette collection de méthodes décrit en détail les principales techniques d’étude des mécanismes fondamentaux de la vision des mouches, y compris l’analyse anatomique et optique de l’œil composé et des composants moléculaires et des réactions biochimiques des cellules photoréceptrices. Les articles vidéo comprennent également des conseils importants sur les difficultés inhérentes à ces méthodologies. Cette collecte de méthodes devrait également être bénéfique pour les scientifiques en dehors de ce domaine de recherche car ces techniques pourraient être adaptées à d’autres préparations biologiques.

Déclarations de divulgation

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L’auteur n’a rien à divulguer.

Remerciements

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L’auteur n’a pas de remerciements.

Références

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  1. Douglass, J. K., Wehling, M. F. Rapid mapping of compound eye visual sampling parameters with FACETS, a highly automated wide-field goniometer. Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. 202 (12), 839-851 (2016).
  2. Xiong, L., et al. ER complex proteins are required for rhodopsin biosynthesis and photoreceptor survival in Drosophila and mice. Cell Death and Differentiation. 27 (2), 646-661 (2020).
  3. Rosenbaum, E. E., et al. XPORT-dependent transport of TRP and rhodopsin. Neuron. 72 (4), 602-615 (2011).
  4. Vought, B. W., et al. Characterization of the primary photointermediates of Drosophila rhodopsin. Biochemistry. 39 (46), 14128-14137 (2000).
  5. Randall, A. S., et al. Speed and sensitivity of phototransduction in Drosophila depend on degree of saturation of membrane phospholipids. The Journal of Neuroscience. 35 (6), 2731-2746 (2015).
  6. Minke, B., Pak, W. L. The light-activated TRP channel: The founding member of the TRP channel superfamily. Journal of Neurogenetics. 36 (2-3), 55-64 (2022).
  7. Huber, A., et al. The transient receptor potential protein (Trp), a putative store-operated Ca 2+ channel essential for phosphoinositide-mediated photoreception, forms a signaling complex with NorpA, InaC and InaD. The EMBO Journal. 15 (24), 7036-7045 (1996).
  8. Tsunoda, S., et al. A multivalent PDZ-domain protein assembles signalling complexes in a G-protein-coupled cascade. Nature. 388 (6639), 243-249 (1997).
  9. Raghu, P., Basak, B., Krishnan, H. Emerging perspectives on multidomain phosphatidylinositol transfer proteins. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular and Cell Biology of Lipids. 1866 (9), 158984(2021).
  10. Raghu, P., Yadav, S., Mallampati, N. B. Lipid signaling in Drosophila photoreceptors. Biochimica et Biophysica Acta. 1821 (8), 1154-1165 (2012).
  11. Bahner, M., et al. Light-regulated subcellular translocation of Drosophila TRPL channels induces long-term adaptation and modifies the light-induced current. Neuron. 34 (1), 83-93 (2002).
  12. Schopf, K., Huber, A. Membrane protein trafficking in Drosophila photoreceptor cells. European Journal of Cell Biology. 96 (5), 391-401 (2017).
  13. Muñoz Arias, M., Douglass, J. K., Wehling, M. F., Stavenga, D. G. Automated charting of the visual space of housefly compound eyes. Journal of Visualized Experiments. (181), e63643(2022).
  14. Wagner, K., Smylla, T. K., Zeger, M., Huber, A. Studying membrane protein trafficking in Drosophila photoreceptor cells using eGFP-tagged proteins. Journal of Visualized Experiments. (179), e63375(2022).
  15. Gutorov, R., Katz, B., Minke, B. Electrophysiological methods for measuring photopigment levels in Drosophila photoreceptors. Journal of Visualized Experiments. (184), e63514(2022).
  16. Liu, J., Liu, Y., Chen, W., Ding, Y., Lan, X., Liu, W. Purification of endogenous Drosophila Transient Receptor Potential channels. Journal of Visualized Experiments. (178), e63260(2021).
  17. Panda, A., Thakur, R., Kumari, A., Raghu, P. Analysis of lipid signaling in Drosophila photoreceptors using mass spectrometry. Journal of Visualized Experiments. (181), e63516(2022).

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Mots-clés

DrosophilaPhotoreceptor CellsMembrane Protein TraffickingPhotopigment LevelsElectrophysiological MethodsEndogenous ChannelsLipid SignalingMass SpectrometryVisualized Experiments

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