기계감각에 영향을 미치는 새로운 돌연변이를 식별하기 위해 MARCM 방법에 의해 생성된 돌연변이 클론에서 파리 강모의 촉각 자극에 대한 행동 반응을 측정하는 분석을 설계했습니다. 이 기술의 결합을 통해 그렇지 않으면 치명적일 수 있는 기계민감성 돌연변이를 식별할 수 있습니다.
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기계감각에 영향을 미치는 새로운 돌연변이를 식별하기 위해 MARCM 방법에 의해 생성된 돌연변이 클론에서 파리 강모의 촉각 자극에 대한 행동 반응을 측정하는 분석을 설계했습니다. 이 기술의 결합을 통해 그렇지 않으면 치명적일 수 있는 기계민감성 돌연변이를 식별할 수 있습니다.
때문에 포유류 내이의 머리 셀 구조 및 기능의 상 동성, 초파리 외부 감각 기관을 뉴런에 분포 mechanosensation의 연구에 훌륭한 모델 시스템을 제공한다. 이 프로토콜은 mechanosensation 방해 변이를 식별하는데 사용될 수 초파리 간단한 터치 동작을 설명한다. 파리의 가슴이 중 첫 번째 또는 세 번째 다리에서 정리 반사를 이끌어에 macrochaete의 촉각 자극은 다름. mechanotransduction (예 : NOMPC 등)을 방해 돌연변이는, 또는 반사 아크의 다른 측면과 함께, 정리 반응을 억제 할 수 있습니다. 성인 행동의 전통적인 화면은 개발 과정에서 중요한 역할을 돌연변이를 놓친 것이다. 대신,이 프로토콜은 expr에 의해 생성 및 표시 할 동형 접합성 돌연변이 세포의 제한된 영역을 허용하도록 repressible 세포 마커 (MARCM) 모자이크 분석과 터치 스크린을 결합녹색 형광 단백질 (GFP)의 ession. 비정상적인 행동 반응을 위해 MARCM 클론을 시험함으로써,보다 전통적인 방법에 의해 누락되었을 mechanosensation 관련된 새로운 유전자를 검색 치명적인 P 요소 돌연변이 컬렉션 선별 할 수있다.
인간은 접촉, 압력, 진동 또는 음파와 같은 환경의 기계적 자극을 신경계에서 처리할 수 있는 감각 정보로 변환하는 능력에 의존합니다. 인간과 무척추동물 사이의 기계전달의 전반적인 기계론적 특징의 많은 부분이 동일하기 때문에1 초파리는 기계전달의 분자 메커니즘을 연구하는 데 유용한 모델입니다. Drosophila melanogaster는 기계적 자극을 활동 전위로 변환할 수 있는 두 세트의 특수 감각 기관(유형 I 및 II)을 포함합니다. I형 기계수용체(mechanoreceptor)는 3개의 지지세포(support cell)로 둘러싸인 단일 수상돌기 또는 감각 돌기를 가진 뉴런을 가지고 있다2. I형 기계수용체(mechanoreceptor)는 강모 기계수용체(bristle mechanoreceptor), 민감한 청각 맥락막(chinstotonal organs, 존스턴 기관), 날개박동에 대한 정보를 전달하는 캄파니폼 센실라(campaniform sensilla)를 포함한다3. 파리의 등쪽을 덮고 있는 강모는 I형 기관 중 가장 풍부하고 쉽게 접근할 수 있습니다. 척추동물의 청력 및 균형과 관련된 유모 세포의 세포 외 환경과 유사하게, 파리 기계에 민감한 뉴런을 둘러싼 지지 세포는 칼륨1에 대한 비정상적인 농도 구배를 생성하는 높은 칼륨 내림프를 분비합니다. 포유류와 파리 시스템 모두의 기계민감성 뉴런은 이 높은 세포 외 칼륨을 활용하여 세포를 탈분극시킵니다. 체벽을 향한 대모의 기계적 자극에 대한 반응으로, 감각 뉴런은 세포막의 칼륨 탈분극(potassium depolarization)에 의해 주도되는 활동 전위의 폭발로 반응한다4. 강모를 신경 분포시키는 초파리 감각 뉴런은 구조와 기능 면에서 척추동물의 유모 세포를 포함한 다른 유기체의 기계민감성 세포와 유사합니다1,5. 초파리(Drosophila)의 외부 감각 기관이 실험적 조작에 쉽게 접근할 수 있고 연구자들이 이용할 수 있는 풍부한 유전 기술로 인해 초파리는 기계감각의 분자적 토대를 조사할 수 있는 훌륭한 모델 시스템이 되었습니다.
즉석에서, 칫솔모를 신경 분포시키는 단일 감각 뉴런의 자극은 관찰 가능한 행동 반응으로 이어집니다. 다양한 칫솔모를 자극하면 자극되는 칫솔모에 따라 구체적이고 재현 가능한 행동 반응을 유발합니다. 촉각 자극에 따라, 목이 잘린 야생형 파리는 복잡한 그루밍 반사를 보이는데, 이 과정에서 자극받은 강모 근처의 부위를 패턴화된 다리 움직임5-7로 청소한다. 학습7 또는 협응 및 운동 활동5을 방해하는 알려진 단일 유전자 돌연변이에 대해 동형접합적일 때, 파리는 기계적 자극에 비정상적으로 반응한다. 따라서 이 그루밍 반사는 단일 유전자 돌연변이가 특이적이고 복제 가능한 행동에 미치는 영향을 연구하는 데 유용한 도구입니다.
단일 거대모의 자극에 대한 강력한 행동 반응은 기계 전달에 관여하는 새로운 유전자를 식별하는 데 도움이 될 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이 프로토콜은 돌연변이가 기계감각을 방해한다는 것을 나타내기 위해 행동 반응이 없는지 돌연변이 파리 무리를 테스트하는 데 사용됩니다. 스크리닝을 위해 선택된 돌연변이 컬렉션에서 돌연변이는 성인이 되기 전에 치사를 유발하므로 전통적인 성인 행동 스크리닝을 사용하여 테스트하는 것은 불가능합니다. 원래, 이 치명적인 p-원소 집합체는 클론의 세포 성장 결함을 테스트하기 위해 FRT 재조합 부위와 결합되었습니다. 클론은 성충 파리가 기능적 시각 없이 실험실 환경에서 생존할 수 있기 때문에 특별히 눈에 만들어졌습니다8. 그러나 모든 기계감각을 제거하면 성인이 심하게 조정되지 않거나 폐점 전에 사망할 수 있다5. 이 프로토콜은 모자이크 접근법을 사용하여 돌연변이의 치사율을 우회하고 성체 단계 테스트를 허용합니다. MARCM(Mosaic Analysis with a Repressible Cell Marker)9이라는 유전 기술을 사용하여 제한된 수의 성체 파리 감각 기관에서 동형접합 돌연변이 세포를 생성하고 나머지 유기체는 이형접합적 상태로 유지합니다. 이 MARCM 파리는 성체가 될 때까지 쉽게 생존하지만, 칫솔모는 관심 있는 치명적인 유전자에 대해 동형접합적입니다.
MARCM은 동형접합 돌연변이 세포의 영역이 생성되고 녹색 형광 단백질(GFP)의 발현에 의해 표시되는 반면, 나머지 유기체는 특정 위치에서 이형접합적 상태로 유지되고표시되지 않습니다 9. MARCM은 개별 p-요소 돌연변이를 5가지 일반적인 유전 요소와 결합합니다: 업스트림 활성화 서열(UAS-GFP)의 제어 하에 있는 GFP, 일반 프로모터의 제어 하에 있는 Gal80 억제 단백질(tub-Gal80), 일반 프로모터의 제어 하에 있는 Gal4 전사 인자(tub-Gal4), 열 충격 제어 프로모터를 통해 발현되는 FRT 재조합효소 및 FRT 재조합 부위10. 열 충격이 활성화된 재조합효소를 통해 유사분열 재조합을 유도함으로써 제한된 수의 세포가 돌연변이에 대해 동형접합체가 되고 GFP로 표시됩니다. GFP 발현은 염색체의 야생형 사본에 Gal80의 존재에 의해 이형접합 세포에서 억제됩니다.
MARCM에 대한 열-충격 프로토콜은 대부분의 유기체가 이형접합성으로 남아 있어 GFP로 표시되지 않는 반면, 파리 강모 외부 감각 기관에서 재조합을 유도하도록 최적화되었습니다. 이 프로토콜을 사용하여 생성된 모자이크 파리는 노텀 표면의 꼬리 모양 또는 등쪽 중앙 강모에서 가장 빈번하게 동형접합 돌연변이를 포함했습니다.
우리는 알려진 기계민감성 돌연변이인 NOMPC를 사용하여 MARCM과 그루밍 행동 화면의 이 조합의 유용성을 테스트했습니다. 이온 채널, no mechanoreceptor potential C(NOMPC)는 Drosophila5,11-13의 mechanotransduction pathway의 필수 구성 요소입니다. NOMPC는 양이온 채널5의 일시적 수용체 전위(TRP) 슈퍼패밀리에 속하며 초파리14,15에서 기계민감성 채널로 분류되기 위한 모든 기준을 충족합니다: 1) NOMPC는 초파리 13,16-18의 유형 1 감각 뉴런의 섬모 끝에서 발현되며, 2) NOMPC null 유충은 촉각 자극에 대한 전기적 반응을 가지고 있지 않습니다13, 3) 접촉에 둔감한 세포에서 NOMPC의 이소성 발현은 기계적 자극에 대한 민감성을 유도할 수 있습니다13, 4) Schneider 2 세포에서 NOMPC의 이종성 발현은 기계적 민감성 채널을 생성하며,13) NOMPC 성체 돌연변이는 기계적 자극에 대한 반응에 결함을 나타냅니다5. 이러한 증거를 감안할 때, 우리는 NOMPC 돌연변이 클론이 칫솔모의 기계적 자극에 대한 반응으로 변형되거나 억제된 그루밍 반응을 보일 것이라고 예측했습니다.
NOMPC 돌연변이를 포함하는 MARCM 스톡은 그루밍 분석의 원리 증명 실험에 사용하기 위해 개발되었습니다. 모자이크 파리는 동형접합 NOMPC 돌연변이 세포를 포함하는 거대모세포(macrochaete bristles)에서 자극되었습니다. 우리는 거대모털(macrochaete bristle)의 자극에 따른 그루밍 반응의 억제를 예상했다. 우리는 실험된 14마리의 돌연변이 강모 파리 중 2마리만이 반복적인 자극에 단일 반응을 보였다는 것을 발견했습니다. 대부분은 동형접합 돌연변이 강모의 자극에 반응하지 않았습니다. 이 MARCM 기반 행동 분석법이 알려진 기계민감성 모자이크 돌연변이에서 비정상적인 그루밍 반사를 생성한다는 것을 확인한 후, 이 기술은 추가적인 기계민감성 돌연변이에 대한 스크리닝에 사용될 수 있습니다.
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1. 십자가는 MARCM의 파리를 생성하려면
레이아웃 2. 시간 제한 계란
3. 유사 분열 재조합을 유도하는 열 충격을 수행
행동 테스트 4. 준비
5. 행동 테스트
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이 프로토콜의 성공은 크게 쓸만한 파리의 전체 수율에 따라, 열 쇼크의 효과는 유사 분열 재조합하고, 2 분 간격으로 자극 파리에서 강력한 행동 반응을 얻을 수있는 능력을 유발한다. 배아의 약 12.5 %가 필요 MARCM 요소 및 GFP 발현의 가능성이 eclose 성인의 약 16.67 %를 포함하는 것을 감안할 때, 그것은 시간 제한이 낳는 동안 계란의 높은 번호를 확인하는 것이 중요합니다. 성공적인 타임 드의 예는도 1a에 도시 된 프로토콜의 나머지 부분에서 사용되는 4 시간 간격을 걸치.
열 쇼크가 85 행하는 경우 - 알을 낳는 후 100 시간을, 외부 감각 기관의 GFP 표지 수율은 가장 파리 표지 macrochaetae 하나 갖는, 가장 높다. 관심이 많은 지역은 testabl의 기지에서 동형 접합 세포를 포함...
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돌연변이의 컬렉션 성인 선별 곤란할 것 치명적인 P 요소 돌연변이가 포함되어 있기 때문에이 프로토콜은이 프로토콜은 먼저 리와 루오 설명 복잡한 유전 적 기술을 사용한다. 초파리 mechanosensation에 영향을 미치는 돌연변이 선별 성인 행동 분석을 활용 (1999) 성인 치사를 회피 우와 루오로 프로토콜, (2006) 등의 상세한. MARCM은 동형 접합 세포의 클론 영역을 생성하는 상동 염색체 사이의 유사 분열 재조합을 유도한다. 이 영역은 때문에 유사 분열 재조합 동안 발생 리프레 서 단백질, 욕조 - GAL80의 손실 GFP로 표시되어 있습니다. 특정 유전자 유전자좌에서 동형 접합체 세포를 생성하는 MARCM를 사용함으로써, 유전자 기능은이 문서에서 설명 된 행동 분석 등 다양한 방법을 사용하여 날아 성인에서 연구 될 수있다.
숫자와 B 수 특정 유전자를 모두 제한 요인테스트 E는 파리의 게놈 내의 FRT 부위의 존재이다. 플라이 주식은 관심의 돌...
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저자는 더 경쟁 재정적 이해 관계가 없습니다.
하고 싶은 저자는 블루밍턴 재고 센터, Liqun 루오, 찰스 Zuker, 그리고 릴리와 여운 Nung 월 플라이 주식의 관대 한 공유 및 자금 조달을 위해 다음과 감사 : 학사 포드 학부 여름 원정대 (JD 및 SW에) SOMAS-URM (SW에), 르네와 앤서니 M. 말론, MD (DL에) 63 여름 연구 활동 (CL과 DL에) BD 회사 여름 연구 활동 제임스 '75 제인 Colihan 여름 연구 활동 (TO)를 통해 동창 / 홀리 크로스 대학의 부모 여름 연구 기금 (IMF)과 Stransky 재단 여름 연구 활동 (TO)이다. 실험실에서 모든 작업의 지원을위한 거룩한 십자가의 대학에서 생물학과 및 학장의 사무실에 특별 감사합니다.
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