Методическая статья

Методы изучения оптики, физиологии и биохимии глаза мухи

24 марта 2023 г.

В этой статье

Аннотация

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ОБСУЖДАЕМЫЕ СТАТЬИ:

Muñoz Arias, M., Douglass, J. K., Wehling M. F., Stavenga, D. G. Автоматизированное построение графиков визуального пространства сложных глаз комнатной мухи. Журнал визуализированных экспериментов. (181), e63643 (2022).

Вагнер, К., Смилла, Т. К., Зегер, М., Хубер, А. Изучение мембранного переноса белков в клетках фоторецепторов дрозофилы с использованием белков, помеченных eGFP. Журнал визуализированных экспериментов. (179), e63375 (2022).

Гуторов, Р., Кац, Б., Минке, Б. Электрофизиологические методы измерения уровня фотопигмента в фоторецепторах дрозофилы. Журнал визуализированных экспериментов. (184), e63514 (2022).

Liu, J., Liu, Y., Chen, W., Ding, Y., Lan, X., Liu, W. Очистка эндогенных транзиторных рецепторных потенциальных каналов Drosophila. Журнал визуализированных экспериментов. (178), e63260 (2021).

Панда, А., Тхакур, Р., Кумари, А., Рагху,. Анализ липидной сигнализации в фоторецепторах дрозофилы с использованием масс-спектрометрии. Журнал визуализированных экспериментов. (181), E63516 (2022).

Редакционная статья

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Сложный глаз мухи является важной биологической модельной системой для выяснения фундаментальных биологических механизмов. Некоторые из механизмов, которые были изучены с использованием этой системы, включают следующее: сложное зрение глаза с почти панорамным полем зрения1; биофизика, сборка белка и биогенез светочувствительного рецептора, сопряженного с G-белком 2,3,4; фосфолипазная Cβ-опосредованная система передачи сигнала 5,6; Активация и модуляция канала TRP в нативных тканях 5,6; сборка и функционирование мультибелкового сигнального комплекса 7,8; молекулярная структура, биохимия и функция инозитол-фосфолипидной рециркуляции 9,10; и сигнально-опосредованная субклеточная транслокация сигнальных белков11,12. Уникальная анатомическая структура и оптика сложного глаза мухи были тщательно изучены, что позволило выявить фундаментальные механизмы развития и зрительные возможности.

Данный сборник методов включает в себя работы ведущих ученых, которые разработали и усовершенствовали методы изучения некоторых из указанных механизмов в глазу мухи. Muñoz et al. описывают метод количественного анализа оптического расположения глаза мухи, который обеспечивает точное изображение сложного глаза и его пространственной организации13. Этот метод необходим для детального изучения нейронной обработки визуальной информации. Важно отметить, что было предпринято много попыток создать искусственные глаза, вдохновленные биологией, и они основывались на количественных исследованиях существующих сложных глаз. Вагнер и др. используют глубокий псевдозрачок, уникальное оптическое явление сложного глаза, и высокоамплификационную микроскопию с оптической нейтрализацией роговицы для локализации белков, меченных eGFP, в клетках фоторецепторов дрозофилы 14. Этот метод позволяет обнаружить структурные дефекты в рабдомерах, обусловленные дегенерацией фоторецепторов и клеточной локализацией и транспортировкой важных сигнальных белков. Гуторов и др. используют электрофизиологические измерения всего глаза или отдельных фоторецепторных клеток для измерения уровня фотопигментных состояний in vivo и их модуляции специфическими мутациями в сигнальныхбелках. Этот метод использует смещения заряда в визуальном пигментном состоянии (R), вызванном поглощением фотонов, что приводит к образованию второго пигментного состояния, стабильного в темноте (M). В дополнительном методе используется длительная деполяризация после выключения света (PDA), которая использует темные бистабильные свойства зрительного пигмента и различия в спектрах поглощения R и M состояний мухи. Поскольку ОАП зависит от преобразования большого количества фотопигмента, даже малейший дефект в биогенезе фотопигмента может привести к легко обнаруживаемому аномалии ОАП. Действительно, мутанты дрозофилы, демонстрирующие аномальный ОАП, привели к открытию новых сигнальных белков. Выдающимся примером этого является открытие нового белкового комплекса, состоящего из инактивации белка скаффолда, но без послепотенциального D (INAD), глазоспецифичной протеинкиназы C (eyePKC), фосфолипазы Cβ (PLCβ) и канала транзиторного рецепторного потенциала (TRP). Впервые Лю и др. представили метод очистки16-го канала TRP дрозофилы. В этом модифицированном методе аффинной очистки используется конкурентная стратегия, основанная на механизме сборки сигнального комплекса INAD. Эта стратегия обеспечивает очистку эндогенного канала TRP. Согласно этому методу, сначала фрагмент PLCβ, связанный с Ni-гранулами, помечается гистидином и используется для снижения эндогенного белкового комплекса INAD, полученного из гомогенатов головы дрозофилы. Затем фрагменты TRP, помеченные чрезмерно очищенной глутатион-S-трансферазой (GST), добавляются к Ni-гранулам, чтобы конкурировать с эндогенным каналом TRP, связанным с INAD. Наконец, для отделения помеченных фрагментов TRP-канала в надосадочной жидкости от эндогенного TRP-канала используется эксклюзионная хроматография. Panda et al. сообщают о чувствительном методе идентификации и количественного определения нескольких классов липидов в клетках фоторецепторов дрозофилы с использованием масс-спектрометрии17. Активация PLCβ имеет решающее значение для фототрансдукции, так как это приводит к гидролизу фосфатидилинозитола 4,5 бисфосфата (PI(4,5)P2) в поверхностной мембране. Такая реакция в конечном итоге приводит к активации канала TRP. Кроме того, активность PLCβ приводит к образованию многих видов липидов. Было высказано предположение, что некоторые из этих липидных форм могут принимать участие в активации TRP и играть ключевую роль в функциональной организации фоторецепторов для оптимизации сенсорной трансдукции. В исследовании Panda et al.17 эти результаты были оценены путем выделения мутантов дрозофилы, содержащих дефектные ферменты, которые контролируют уровни специфических липидов.

Сложный глаз мухи является полезной экспериментальной системой для выяснения фундаментальных механизмов в биологии. Мощная генетическая методология, разработанная у дрозофилы , может быть использована для анализа и открытия сигнальных белков, участвующих в фототрансдукции мух. В этой коллекции методов подробно описываются основные методы исследования фундаментальных механизмов зрения мух, включая анатомический и оптический анализ сложного глаза, а также молекулярных компонентов и биохимических реакций фоторецепторных клеток. Видеостатьи также содержат важные советы о трудностях, присущих этим методологиям. Эта коллекция методов также должна быть полезна ученым за пределами этой области исследований, поскольку эти методы могут быть адаптированы к другим биологическим препаратам.

Раскрытие информации

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Автору нечего раскрывать.

Благодарности

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

У автора нет благодарностей.

Ссылки

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

DrosophilaPhotoreceptor CellsMembrane Protein TraffickingPhotopigment LevelsElectrophysiological MethodsEndogenous ChannelsLipid SignalingMass SpectrometryVisualized Experiments

Похожие статьи