Ogólnym celem tego protokołu jest pokazanie, jak prezentować substancje zapachowe o niskiej lotności do rejestracji pojedynczej sensyllum z neuronów receptora węchowego Drosophila, które reagują na długołańcuchowe feromony kutykularne.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ogólnym celem tego protokołu jest pokazanie, jak prezentować substancje zapachowe o niskiej lotności do rejestracji pojedynczej sensyllum z neuronów receptora węchowego Drosophila, które reagują na długołańcuchowe feromony kutykularne.
Owady polegają na swoim węchu, aby kierować szerokim zakresem zachowań, które są kluczowe dla ich przetrwania, takich jak poszukiwanie pożywienia, unikanie drapieżników, składanie jaj i krycie. Niezliczone substancje chemiczne o różnej lotności zostały zidentyfikowane jako naturalne substancje zapachowe, które aktywują neurony receptorów węchowych owadów (ORN). Jednak badanie reakcji węchowych na zapachy o niskiej lotności było utrudnione ze względu na niezdolność do skutecznego prezentowania takich bodźców przy użyciu konwencjonalnych metod dostarczania zapachów. W tym miejscu opisujemy procedurę, która pozwala na skuteczną prezentację substancji zapachowych o niskiej lotności do zapisu in vivo Single-Sensillum (SSR). Minimalizując odległość między źródłem zapachu a tkanką docelową, metoda ta pozwala na zastosowanie biologicznie istotnych, ale dotychczas niedostępnych substancji zapachowych, w tym kwasu oleopalmitynowego, feromonu stymulującego o udowodnionym wpływie na ORN zaangażowane w zaloty i zachowania godowe1. Nasza procedura otwiera zatem nową drogę do oznaczania wielu substancji zapachowych o niskiej lotności do badania węchu owadów i komunikacji feromonów.
Drosophila ORN reagują na ogromną liczbę substancji zapachowych, o bardzo różnych długościach łańcuchów węglowych i różnych grupach funkcyjnych, w tym estry, alkohole, ketony, laktony, aldehydy, terpeny, kwasy organiczne, aminy, związki siarki, heterocykliczne i aromatyczne2,3. Substancje zapachowe różniące się cechami fizykochemicznymi mogą mieć wyraźnie różną lotność, na co wskazuje prężność pary związku. Warto zauważyć, że biologicznie istotne substancje zapachowe dla Drosophila melanogaster różnią się znacznie pod względem lotności. Na przykład ORN Ir92a reagują na amoniak4, który jest bardzo lotny, z prężnością pary 6 432 mmHg w temperaturze 20 °C. Natomiast Or67d ORN reagują na męski feromon, octan cis-vaccenylu (cVA)5,6, którego prężność pary wynosi 43 mmHg w temperaturze 20 °C.
Badanie reakcji węchowej na zapachy o niskiej lotności jest szczególnie trudne przy konwencjonalnych metodach dostarczania zapachów, w których zapachy są dostarczane za pośrednictwem strumienia powietrza nośnego na stosunkowo dużą odległość (tj. kilka centymetrów). W związku z tym zgłaszane reakcje węchowe na dany zapach o niskiej lotności mogą się znacznie różnić, w zależności od konstrukcji systemu dostarczania zapachu. Na przykład, zgłoszona odpowiedź Or67d ORN na wysoką dawkę cVA waha się od ~407 - >200 spikes/s6. Co więcej, nieskuteczne dostarczanie cVA konwencjonalnymi metodami dostarczania jest prawdopodobnie przypisywane fałszywie ujemnym wynikom, co prowadzi do interpretacji, że cVA samo w sobie nie jest wystarczające do aktywacji Or67d ORNs8. Interpretacja ta została później zakwestionowana w innym badaniu wykorzystującym metodę dostarczania zapachów z bliskiej odległości9. W związku z tym konieczne jest opracowanie solidnego systemu dostarczania zapachów w celu skutecznej prezentacji substancji zapachowych o niskiej lotności.
Ostatnio zidentyfikowaliśmy kilka długołańcuchowych kwasów tłuszczowych jako ligandy dla Ornów Or47b. Są one umieszczone w typie 4 Antennal Trichoid Sensillum (at4). Wśród długołańcuchowych substancji zapachowych kwasów tłuszczowych odkryliśmy, że kwas oleopalmitynowy działa jako feromon afrodyzjakalny, który sprzyja męskim zalotom poprzez aktywację Or47b ORNs1. Jednak w innym badaniu wykorzystującym konwencjonalną metodę dostarczania zapachu wykazano, że laurynian metylu wywołuje odpowiedzi z Or47b ORN, podczas gdy kwas palmitynowy nie wywołuje żadnej odpowiedzi, gdy jest prezentowany z tej samej odległości10. W porównaniu z cVA, długołańcuchowe kwasy tłuszczowe są jeszcze mniej lotne, a prężność par jest mniejsza niż 0,001 mmHg przy 25 °C11. Z natury niska lotność długołańcuchowych substancji zapachowych kwasów tłuszczowych, która uniemożliwia skuteczne dostarczanie zapachów do anteny za pomocą konwencjonalnych systemów dostarczania zapachów, prawdopodobnie odpowiadała za fałszywie ujemne wyniki10. Ta niespójność uwypukla nieadekwatność konwencjonalnych systemów dostarczania zapachów do prezentowania substancji zapachowych o niskiej lotności. Wcześniej wykazano, że skuteczne dostarczanie zapachów kutykularnych muchy wymaga bliskiej odległości między źródłem zapachu a tkanką docelową 6. W związku z tym, aby w pełni scharakteryzować działanie biologicznie aktywnych feromonów, jednocześnie naśladując odległość, z której prawdopodobnie napotykają je muszki owocowe w naturze12,13, zgodziliśmy się, że minimalna odległość musi mieć wysoki priorytet w naszej procedurze.
Nasza metoda ma dalsze zalety, w tym kompatybilność ze standardowymi urządzeniami i technikami elektrofizjologicznymi. Istniejące konfiguracje platform wymagają minimalnej modyfikacji w celu dostosowania do tego protokołu, a większość kroków SSR wymaga tylko niewielkich korekt. To sprawia, że nasza technika jest łatwo dostępna dla badaczy mających doświadczenie w SSR. Co więcej, nasza technika pozwala na prezentację zapachów o niskiej lotności z ostrym początkiem i przesunięciem, korelując dostarczanie bodźców z reakcją neuronalną. Wreszcie, układ sprzętowy ułatwia szybką wymianę między wkładami nawaniającymi, przyspieszając gromadzenie danych w żądanym zakresie dawkowania.
Zaczynamy od przeglądu przygotowania elektrod referencyjnych i rejestrujących, roztworu podobnego do hemolimfy dla dorosłych (AHL), wkładów doprowadzających nawaniacz i odpowiedniego olfaktometru. Następnie omawiamy przygotowanie roztworów odorantu kwasu oleopalmitynowego, a następnie przygotowanie muchy do nagrywania. Przystępujemy do rozważenia kryteriów wyboru czujnika trychoidalnego do rejestracji i dokładniejszego zbadania położenia wkładu nawaniającego przed przedstawieniem reprezentatywnych danych uzyskanych tą metodą. Na koniec zapoznajemy się z przydatnymi zastosowaniami tej techniki, niektórymi napotkanymi problemami i ich rozwiązaniami.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie sprzętu do nagrywania at4
2. Przygotowanie roztworów odorantu kwasu oleopalmitynowego do dostawy
UWAGA: Orn-y Or47b reagują zarówno na kwas cis-, jak i trans-palmitynowy. Ponieważ kwas oleopalmitynowy jest niestabilny w temperaturze pokojowej, zapasy są przechowywane w temperaturze -20 °C i zużywane w ciągu miesiąca od otwarcia. Etanol jest rozpuszczalnikiem z wyboru dla kwasu oleopalmitynowego.
3. Przygotowanie Drosophila do szybkiego dostępu do at4 Sensilla do nagrań elektrofizjologicznych in vivo
UWAGA: Muchy WT (Berlin) są hodowane na standardowym podłożu z mąki kukurydzianej w temperaturze 25°C w cyklu 12:12 jasno-ciemnym. Po eklacji muchy są dzielone według płci na grupy po dziesięć, przy czym są trzymane w grupach do 7 dnia życia. Or47b ORN zarówno u samców, jak i samic much reagują na kwas oleopalmitynowy. Dla uproszczenia w obecnym badaniu badane są tylko samce much.
4. Rejestracja aktywności at4 Sensillum z Ornów Orn Orn w at4 Trichoids w odpowiedzi na kwas palmitynowy
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Naszą technikę z powodzeniem zastosowano do określenia względnej skuteczności izomerów trans (Rysunek 5A) oraz cis (Rysunek 5B) kwasu palmitolowego. Reprezentatywne dane wykazują, że kwas trans-palmitolowy jest skuteczniejszym ligandem dla neuronów receptorowych zapachowych (ORNs) Or47b w porównaniu z izoformą cis (Rysunek 5C). Z każdej muchy rejestrowano sygnał z ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W tym miejscu opisaliśmy procedurę, za pomocą której można silnie indukować i rejestrować odpowiedzi Or47b ORN na kwas oleopalmitynowy. Zmodyfikowaliśmy konwencjonalną metodę dostarczania zapachów na duże odległości 2,7,10, aby rozwiązać problem niewystarczającego dostarczania feromonów. Rozwiązaliśmy problem niskiej lotności nawaniacza, dostarczając związek za pośrednictwem wkładów zapachowych, których otwory znajdują się w odl...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Dziękujemy Ye Zhangowi za pomoc przy próbkach i Tin Ki Tsang za pomoc przy zdjęciach. Praca ta została wsparta przez Ray Thomas Edwards Foundation Early Career Award oraz grant NIH (R01DC015519) dla C.-Y.S. oraz granty NIH (R01DC009597 i R01DK092640) dla J.W.W.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Przygotowanie i konfiguracja Różne materiały | |||
| przyrząd do ściągania pipet | Sutter Instruments Novato CA USA | P97 | Ściągacz do pipet |
| Kapilary ze szkła borokrzemianowego | World Precision Instruments Sarasota FL USA | 1B100F-4 | do produkcji prętów mocujących |
| Kapilary ze szkła glinokrzemianowego | Sutter Instruments Novato CA USA | AF100-64-10 | do produkcji elektrod |
| Szkiełka mikroskopowe Superfrost | Fisher Scientific Pittsburgh PA USA | 12-550-143 | do stacji przygotowania do lotu |
| Stała taśma dwustronna | Scotch St. Paul MN USA | NA | do stacji przygotowania do lotu |
| Mikroskop pionowy | Olympus Shinjuku, Tokio, Japonia | BX51 | do montażu na stanowisku |
| nagraniowym Plastalina modelina | Van Aken North Charleston SC USA | B0019QZMQQ | do stacji przygotowawczej i do stabilizacji pręta mocującego |
| Szybkoprzepływowa sterylna jednorazowa jednostka filtrująca z membraną SFCA, 0,45 mm | Nalgene Rochester NY USA# | 156-4045 | do sterylizacji roztworu AHL |
| Nazwa | Company | Numer katalogowy | Komentarze |
| Materiały nabojowe | |||
| 200 i mikro; L końcówka do pipet | VWR Radnor PA USA | 53508-810 | do produkcji wkładów zapachowych i przygotowania do muchy |
| Bibuła filtracyjna | Whatman Maidstone Kent UK | 740-E | do produkcji wkładów zapachowych |
| Suszarka próżniowa | Cole-Parmer Vernon Hills IL USA | VX-06514-30 | do odparowania rozpuszczalnika etanolowego |
| Nazwa | Company | Numer katalogowy | Uwagi |
| Materiały zapachowe | |||
| kwas cis-palmitynowy | Cayman Chemical Ann Arbor MI | USA#10009871 (CAS # 373-49-9) | Or47b nawaniacz |
| kwasu transpalmitynowego | Cayman Chemical Ann Arbor MI, USA | #9001798 (CAS # 10030-73-6) | Or47b nawaniacz |
| Ethanol | Spectrum Chemical MFG. New Brunswick NJ USA | E1028-500MLGL | do rozcieńczenia kwasu palmitynowego |
| Nazwa< | strong>Company | Numer katalogowy | Komentarze |
| >Rig Materiały montażowe | |||
| Inwoonate Cartridge Micromanipulator | Siskiyou Grants Pass OR USA | MX130R | do pozycjonowania oprogramowania olfaktometru |
| Flow Vision | Oprogramowanie Alicat Tuscon AZ USA | FLOWVISIONSC | do sterowania natężeniem przepływu |
| Regulator masy | Alicat Tuscon AZ USA | MC-2SLPM-D | do sterowania natężeniem przepływu nawilżanego powietrza |
| Regulator masy | Alicat Tuscon AZ USA | MC-500SCCM-D | do sterowania natężeniem przepływu w celu stymulacji zapachu |
| Clampex | Molecular Devices Sunnyvale, CA, USA | Ver. 10.4 | Oprogramowanie do akwizycji danych |
| Rura doprowadzająca powietrze | Ace Glass Vineland NJ USA | 8802-936 | do dostarczania nawilżonego powietrza |
| Soczewka obiektywowa 50x | Olympus Shinjuku, Tokio, Japonia | LMPLFL50X | platforma rejestracyjna |
| Clampfit 10 | Molecular Devices Sunnyvale, CA, USA | Oprogramowanie do analizy impulsów | |
| Igor Pro 6 | WaveMetrics Lake Oswego OR USA | Ver. 6.37 | oprogramowanie do analizy danych |
| Monitor audio | ALA Scientific Instruments Farmingdale NY USA | NPIEXB-AUDIS-08B | Słuchowo zgłasza indywidualne skoki |
| Wzmacniacz zewnątrzkomórkowy | ALA Scientific Instruments Farmingdale NY USA | NPIEXT-02F | w celu zwiększenia amplitudy sygnałów elektrycznych |
| Sterownik zaworu | Warner Instruments | VC-8 | do sterowania otwarciem zaworu w celu stymulacji zapachu |
| Elektroda rejestrująca Mikromanipulator | Sutter Instruments Novato CA USA | MP-285 | do pozycjonowania elektrody nagrywającej |
| Wzmacniacz czołowy | ALA Scientific Instruments Farmingdale NY USA | EQ-16.0008 | do zwiększania amplitudy sygnałów elektrycznych |
| Oscyloskop | Tektronix Beaverton OR USA | TDS2000C | Wizualny raport poszczególnych skoków |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.