Nós descrevemos uma técnica estabelecida para medir e analisar odor evocadas respostas de cálcio no lobo antenal de vida Drosophila melanogaster.
Artigo de método
Nós descrevemos uma técnica estabelecida para medir e analisar odor evocadas respostas de cálcio no lobo antenal de vida Drosophila melanogaster.
O lobo antenal é o principal centro olfativo no cérebro do inseto e representa o equivalente anatômica e funcional do bulbo olfativo de vertebrados 1-5. Informação olfactiva no mundo exterior é transmitido para o lobo antenal por olfactivos neurónios sensoriais (ORS), que segregam a regiões distintas de neurópilo chamados glomérulos de acordo com o receptor específico olfactivo que exprimem. Aqui, OSN axônios fazem sinapse com os interneurônios locais (LNS), cujos processos podem inervar muitos glomérulos diferentes, e neurônios de projeção (PNS), que transmitem informação olfativa para maiores regiões cerebrais olfativas.
Imageamento óptico da atividade de ORS e linfonodos e RdP, no lobo antenal - tradicionalmente utilizando indicadores de cálcio sintéticos (por exemplo, cálcio verde, Fura-2) ou a tensão-sensíveis (por exemplo, corantes RH414) - tem sido uma técnica importante para entender como olfativo estímulos são representados como padrões espaciais e temporaisda atividade glomerular em muitas espécies de insetos 6-10. Desenvolvimento de geneticamente codificados repórteres de actividade neural, tais como os indicadores de cálcio fluorescentes G-cAMP e 11,12 Cameleon 13, o indicador de cálcio bioluminescente GFP-aequorin 14,15, ou um repórter da transmissão sináptica, synapto-pHluorin 16 fez com que o sistema olfativo da mosca da fruta, Drosophila melanogaster, particularmente acessível a imagem neurofisiológica, complementando seus exaustivamente descritos, propriedades moleculares, eletrofisiológica e neuroanatômica 2,4,17. Estes repórteres podem ser selectivamente expresso através binários sistemas de controlo da transcrição (eg GAL4/UAS 18, LexA / LexAOp 19,20, Q sistema 21) em populações definidas de neurónios no interior do circuito olfactivo para dissecar com resolução espacial e temporal de alta como odor-evocado atividade neural é representado, modulado e transformado 22-24 </ Sup>.
Aqui descrevemos os métodos de preparação e de análise para medir odor evocadas respostas no lóbulo Drosophila antenal com G-CAMP 25-27. A preparação animal é minimamente invasiva e pode ser adaptado para imagiologia utilizando gama-campo microscópios de fluorescência, confocal e dois fotões.
1. Assembléia Bloco de Montagem
2. Preparação dos animais
3. Entrega do estímulo Odor
4. Imagem in vivo
5. Processamento de Dados e Análise
Os dados são processados usando ImageJ (com Mac biofotônica plug-in, www.macbiophotonics.ca ) e personalizadas programas escritos em Matlab e R como segue:
6. Os resultados representativos
Utilizou-se os protocolos acima, para registar e analisar propiónicos respostas ácido evocados de moscas que expressam G-CaMP1.6 28 sob o controlo do promotor para o co-receptor olfativo IR8a, que é activo em várias populações diferentes de ORS 29,30 ( As Figuras 3-5). A estimulação com 1% de ácido propiónico elicia aumentos em G-cAMP fluorescência - indicando aumentos na concentração de cálcio intracelular - em que inervam ORS dois glomérulos, DC4 e DP1l (Figura 3B). Nós ilustram diferentes formas de representação de dados a partir de moscas múltiplas na Figura 5: Vestígios de linha de actividade, Heatmaps e um gráfico de barra de respostas de pico. Respostas propiónico-evocados têm amplitudes de pico distintas e dinâmicas temporais em DC4 e DP1l. Além disso, embora as respostas são geralmente robusta, a variabilidade entre animais individuais também pode ser observada em ambos os glomérulos (ver eleatmaps na Figura 5A). Quantificação das respostas de pico (Figura 5B) permite que um simples comparação estatística entre glomérulos diferentes e diferentes odores através animais. No entanto, odor evocadas respostas de cálcio pode ter não uniformes dinâmica temporal, e quantificar a sua magnitude com um único valor irá desconsiderar essa complexidade.

Figura 1. Esquemático do bloco de montagem (A) antes e (B), após a introdução da mosca, e (C) vista de topo em uma estreita-se (adaptado a partir de 31).

Figura 2. Esquemática do conjunto experimental.

Figura 3. (A) vista de cima da preparação mosca após o passo 2,8 (painel esquerdo) e imagem de fluorescência-prima do antelóbulos NNAL rotulado com G-CaMP1.6 (genótipo: promotor IR8a: GAL4; UAS: G-CaMP1.6). DC4 e DP1l glomérulos podem ser distinguidos pela sua morfologia, tamanho e posição e estão marcadas em vermelho e azul, respectivamente.
(B) da imagem com codificação de cores da resposta ao ácido propiónico (1% v / v). A imagem corresponde à Af / F do pico da resposta calculada conforme descrito na etapa 5,6 (ver também Figura 5A). O colorscale à esquerda indica o valor% Af / F. Os círculos negros indicam a posição e tamanho da região de interesse utilizado para quantificar as respostas (ver Figura 5).

Figura 4. Correcção de branqueamento do sinal de repórter fluorescente. Exemplos do efeito de correcção de lixívia como descrito no passo 5,3. Os dados de exemplo no painel esquerdo pode ser corrigido sem grandes mudanças na forma da resposta. Os dados de exemplo no painel da direita é afetar gravementeed por correcção lixívia, provavelmente porque o sinal cai e é mantida abaixo de linha de base após a cessação do estímulo odor.

A Figura 5 (A) superior:. Dinâmica temporal de respostas de cálcio de glomérulos DC4 (esquerda) e DP1l (direita) para o ácido propiónico (1% v / v). Os traços negros mostram a mediana da Af média / F na região de interesse (ver Figura 3B) em oito animais. A superfície cinza indica o intervalo entre os primeiro e terceiro quartil da distribuição. Apresentação dos valores medianos e quartis fornece mais informações sobre a variabilidade e distribuição de respostas observadas de média e erro padrão. As caixas de verde e magenta indicam os quadros para calcular a média das respostas máximas mostrados na Figura 3B, e quantificado na Figura 5B. Conclusão: os heatmaps mostrar os dados de resposta para todos os animais individuais em linhas separadas, com Af / F valores represented pelo colorscale (extrema direita). As barras horizontais pretas indicam o tempo ea duração do estímulo. (B) A mediana respostas de pico para ácido propiônico em oito animais para DC4 e glomérulos DP1l. As barras de erro indicam o intervalo entre primeiro e terceiro quartil da distribuição.
Os métodos de preparação e análise aqui descritos podem ser utilizados para analisar odor-evocados respostas em qualquer população de neurónios no lobo antenal (ORS, LN e PNS) para os quais um transgene condutor correspondente está disponível. Enquanto que descrevem a sua aplicação usando um microscópio de fluorescência, imagiologia óptica desta preparação pode igualmente ser realizada utilizando microscopia confocal ou dois fotões 22,32. Na verdade, estes últimos instrumentos aliviar o problema de dispersão da luz de largura microscopia de campo, que pode reduzir a resolução das imagens, especialmente quando grandes números de neurônios expressam o repórter. Esta preparação permite que geralmente gravações de odor-evocados respostas durante pelo menos meia hora, mas desta vez pode ser significativamente mais longo ou mais curto dependendo do número e comprimento das medições registadas, o tempo de exposição utilizada para cada quadro e do intervalo estímulo-Inter. Além disso, dois fótons excitação pode reduzir fotodegradação do representante fluorescenteorter, bem como fototoxicidade celular, para permitir a medição ao longo de períodos de tempo mais longos 22,32.
Independentemente da escolha do microscópio, o movimento do cérebro da mosca dentro da cápsula cabeça é o problema mais recorrente quando imagem em animais intactos. Enquanto movimento de correção pode corrigir pequenos problemas (passo 5.1), normalmente é melhor apenas para gravar a partir de preparações altamente estáveis. Estratégias para reduzir artefatos de movimento incluem: (i) devidamente restringindo a probóscide da mosca com a coluna cacto; (ii) imobilizar pernas da mosca, fixando-lhes o palco com eicosane (antes do passo 2,6) (eicosane pode ser derretido em ~ 37 ° C; utilizar um fio de prata para estender e refinar a ponta do ferro de soldar para este fim), (iii) nicking do esófago (visível entre os nervos antenais) com uma pinça finas.
Além disso a G-CaMP1.6 aqui utilizado, um número de versões optimizadas de G-cAMP e indicadores de cálcio estão disponíveis outros,que diferem na sua relação sinal-ruído, a fluorescência basal e dinâmica temporal 12,28,33. A escolha precisa do sensor deve levar em conta todas essas propriedades, o tipo de neurônios a serem analisados ea questão biológica a ser abordado. Sensores de corrente relatam mudanças de cálcio que se correlacionam muito bem com potenciais de ação 12,34, e sua melhoria, juntamente com um número crescente de linhas específicas de driver genéticos 35 vai continuar a aumentar o potencial de imagem óptica da atividade neural na mosca intacta.
Os autores não têm nada a revelar.
Reconhecemos Silke Sachse e Beate Eisermann no desenvolvimento desta metodologia, Pablo Traversa para desenhar os planos de blocos de montagem e Daniela Pelz para o uso do esquema na Figura 1. Somos gratos a Silke Sachse, Ramdya Pavan e Rytz Raphael para comentários sobre o manuscrito. R. Bell é apoiado por uma Boehringer Ingelheim Fundação PhD Fellowship. Pesquisas em laboratório R. Benton é financiado por um Conselho Europeu de Investigação Começando Grant pesquisador independente e os suíços National Science Foundation.
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Reagente | Fornecedor | Número de catálogo | Comentários |
| Cactus coluna | Jardim centro | ~ 7 milímetros longo fino, nem muito flexível | |
| Resina | Loja instrumento de cordas | ||
| Dois silicone componente | WPI | KWIK-SIL | |
| Custom made bloco plexiglass de montagem | Plantas disponíveis a partir de http://neuro.uni-konstanz.de/j ove_mountingblock_blueprint / | ||
| Grelhas de cobre | Athene Grids | G220-5 | Normalmente utilizado para as amostras de microscopia eletrônica. |
| Parafusos | Loja de ferragens | 2 mm de diâmetro | |
| Lamelas de plástico | Plano-em | L4193 | 22 x 22 mm |
| Pontas de ferro de solda | Conrad Eletrônica | 830283-62 | |
| Fonte de alimentação regulada | Conrad Eletrônica | 511407-62 | |
| Arame fino | Isabellenhütte | Isa-ohm | 0,013 milímetro |
| Eicosane | Sigma | 21,927-4 | |
| Microscópio | Zeiss | D1 Axioexaminer | |
| CCD da câmera | Visitron | CoolSnap HQ | |
| Metafluor | Visitron | Software de aquisição | |
| Monocromador | Visitron | Visichrome | |
| Lâminas quebráveis | Belas Ferramentas Ciência | 10050-00 | |
| Suporte para lâmina | WPI | 14134 | |
| Sapphire lâmina | WPI | 500314 | De dois gumes lâmina de 1 mm |
| Bombas de membrana de gás | KNF Neuberger AG | NMP 830 KVE | |
| Safira suporte da lâmina | WPI | 500317 | |
| Três válvula unidirecional | Empresa Lee | LFAA1200118H | Configuração de E |
| Rotâmetro 500 ml / min | Analyt-MTC | 112-08SA | |
| Rotâmetro 5 L / min | Analyt-MTC | 102-08SA | |
| Cera de abelha | Siladent Technik | 209212 | ; |
| Celulose pad | Kettenbach Medical | 31003 | |
| Pinça | Plano-em | T5130 | Dumont biologia # 5 |
| Seringas | BD | 300928 | 2 ml, Discardit II, 2pieces |
| Agulhas | Braun Sterican | 4665120 | 1,2 milímetros OD |