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Articolo metodologico

Metodi elettrofisiologici per misurare i livelli di fotopigmento nei fotorecettori di Drosophila

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DOI:

10.3791/63514

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2 giugno 2022

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In questo articolo

Sommario

Presentiamo un protocollo per caratterizzare elettrofisiologicamente i fotopigmenti bistabili: (i) sfruttando gli spostamenti di carica all'interno delle molecole di fotopigmento a seguito dell'assorbimento dei fotoni e la loro enorme quantità nei fotorecettori, e (ii) sfruttando le differenze assorbimento-spettri degli stati di fotopigmento di rodopsina e metarodopsina. Questi protocolli sono utili per lo screening delle mutazioni che interessano i sistemi fotopigmenti bi-stabili.

Abstract

La Drosophila G-proteina accoppiata fotopigmento rhodopsin (R) è composta da una proteina (opsina) e un cromoforo. Il processo di attivazione della rodopsina è avviato dall'isomerizzazione del cromoforo che induce l'assorbimento dei fotoni, promuovendo cambiamenti conformazionali dell'opsina e determinando un secondo stato di fotopigmento scuro-stabile (metarodopsina, M). Lo studio di questo fotopigmento bistabile utilizzando la mutagenesi casuale richiede metodi semplici e robusti per lo screening delle mosche mutanti. Pertanto, sono stati progettati diversi metodi per misurare le riduzioni dei livelli di fotopigmento funzionale. Uno di questi metodi sfrutta gli spostamenti di carica all'interno del fotopigmento successivi all'assorbimento dei fotoni e le enormi quantità di molecole di fotopigmento espresse nei fotorecettori. Questo segnale elettrico, chiamato potenziale del recettore precoce (o corrente del recettore precoce), è misurato da una varietà di metodi elettrofisiologici (ad esempio, elettroretinogramma e registrazioni di intere cellule) ed è linearmente proporzionale ai livelli di fotopigmento funzionale. I vantaggi di questo metodo sono l'elevato rapporto segnale-rumore, la misurazione lineare diretta dei livelli di fotopigmento e l'indipendenza dei meccanismi di fototrasduzione a valle dell'attivazione della rodopsina o della metarodopsina. Un ulteriore metodo elettrofisiologico chiamato postpotenziale depolarizzante prolungato (PDA) sfrutta la bi-stabilità del fotopigmento di Drosophila e le differenze spettrali di assorbimento degli stati pigmentati R e M della mosca. Il PDA è indotto da un'intensa luce blu, che converte quantità saturanti di rodopsina in metarodopsina, con conseguente fallimento della terminazione della risposta alla luce per un tempo prolungato nell'oscurità, ma può essere terminato dalla metarodopsina alla conversione della rodopsina usando un'intensa luce arancione. Poiché il PDA è un segnale robusto che richiede una massiccia conversione del fotopigmento, anche piccoli difetti nella biogenesi del fotopigmento portano a PDA anormali prontamente rilevati. In effetti, i mutanti PDA difettosi hanno portato all'identificazione di nuove proteine di segnalazione importanti per la fototrasduzione.

Introduzione

La rodopsina (R) attivata dalla luce, che è un recettore accoppiato alla proteina G (GPCR), è composta da una proteina transmembrana 7 (opsina) e un cromoforo. In Drosophila melanogaster (moscerino della frutta), l'assorbimento dei fotoni induce l'isomerizzazione del cromoforo 11-cis-3-OH-retinico a all-trans-3-OH-retinico1, promuovendo il cambiamento conformazionale della rodopsina in metarodossina (M, Figura 1A). A differenza della rodopsina vertebrata, la frazione predominante del cromoforo invertebrato non si dissocia dall'opsina, con conseguente stato pigmentato fisiologicam....

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Protocollo

1. Misurare la relazione di intensità di risposta, il postpotenziale depolarizzante prolungato (PDA) e il potenziale recettore precoce (ERP) utilizzando l'elettroretinogramma

  1. Condizioni di allevamento adeguate per la preparazione di D. melanogaster
    1. Raise D. melanogaster vola in bottiglie contenenti mais giallo standard contenente alimenti in un'incubatrice mantenuta ad una temperatura di 24 °C e in un ciclo buio/luce di 12 ore
    2. Tenere le bottiglie di mosca al buio almeno 24 ore prima dell'esperimento.
  2. Configurazione generale
    1. Preparare le pipette di registrazione tirando capill....

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Risultati

La Figura 2 esemplifica la robustezza e la facilità di utilizzo della tecnica ERG. È robusto perché viene registrato nella mosca praticamente intatta con una semplice tecnica di registrazioni di tensione extracellulare che richiedono una semplice configurazione elettrofisiologica. La robustezza si manifesta ottenendo registrazioni di risposte luminose con ampiezze relativamente grandi (nell'intervallo millivolt) anche quando le mutazioni riducono o distorcono fortemente la risposta alla luce.......

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Discussione

Il principale vantaggio dell'utilizzo della preparazione del fotorecettore Drosophila è la sua accessibilità, la facilità e l'accuratezza della stimolazione luminosa e, soprattutto, la capacità di applicare il potere della genetica molecolare7. Ampi studi genetici hanno stabilito Drosophila come un sistema modello estremamente utile per la dissezione genetica di processi biologici complessi7. La struttura relativamente semplice del genoma di Drosophila.......

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Dichiarazioni

Gli autori non dichiarano alcun conflitto di interessi.

Ringraziamenti

Questa ricerca è stata sostenuta da sovvenzioni della Israel Science Foundation (ISF) e della United States-Israel Binational Science Foundation (BSF). Ringraziamo il signor Anatoly Shapochnikov per la costruzione del riscaldatore a filamento di cera.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Siringa da 1 mL con puntaFigure 6M
1 pinzettaDumont #5, Standard0,1 mm x 0,06 mm, lunghezza 110 mm, Inox (Figura 6H)
2 lenti
Convertitore A/DMolecular DeviceDigidata 1200Possibile sostituzione: qualsiasi digidata da dispositivi molecolari (es. 1440A) -Figura 7C
AmplificatoreElettronicaPossibile sostituzione: Warner instruments- IE251A o IE-210 (viene fornito con headstage)- Figura 7D
Tavolo antivibranteNewportVW-3036-OPT-01Figura 7H
CapillariHarvard ApparatoCapillari in vetro borosilicato1 mm x 0,58 mm (Figura 6O)
Software deldispositivo
Clampex CO2 serbatoio
Sorgente di luce freddaSchottKL1500 LCDFigura 6C
Tergicristalli delicatiKimtechKimwipes (Figura 6K)
PortaelettrodoAdatto per diametro esterno capillare 1 mm (Figura 6N, Figura 7N e Figura 7P)
Gabbia di FaradayFattoSchermatura dal rumore elettromagnetico e tendina frontale nera (Figura 7K)
Filtro (Colore)SchottOG590, Filtro EdgeFigura 7S
Filtro (Colore)SchottBP450/40 nmFigura 7S
Filtro (Colore)Blazers550 nmFigura 7S
Filtro (Colore) per sorgente di luce freddaSchottRG630Figura 6C
Filtro (Calore)SchottKG3Figura 7S
Filtri (Neutro Chroma6,5,4,3,2,1,0.5,0.3Figura 7S
Sistema di lampade flashHoneywellFigura 7U
Sistema di traversine al volo con iniettoreIniezione + maticFigura 6A-B
Alimentazione lampadaPTILPS-220Figura 7W
Rivelatore di luceFototransistor fatto in(Figura 7O)
Guida di luceDiametro 3 mm, lunghezza 1,3 m (Figura 7L,M)
SorgenteLampada allo xeno da 75 W priva di ozono ad alta pressione (funzionante a 50 W), possibile sostituzione: Cairn research- OptoLED (Figura 7R)
Cera di fusione a bassa temperaturaFatta inComposto da una miscela di cera d'api (Tm≈ 62 gradi C) e paraffina a ~3:1 per raggiungere una temperatura di fusione di ~55– 56 gradi C (Figura 6J)
Supporto magnetico per moscheFattoFigura 6I e Figura 7Q
Sistema di preamplificazione a microelettrodi con stadio di testaElettronicaTester di impedenza (Figura 7G)
Micromanipolatore (meccanico grossolano)Tritech Research, NarishigeM-2
Micromanipolatore (meccanico fine)Leitz MicrosystemsLeitz Micromanipolatore meccanicoFigura 7F
pCLAMPDispositivoSoftware
Piastra60 mm
Generatore di impulsiAMPIMaster 8Figura 7A
Crema Redux per elettrocardiografiaParker LaboratoriesRedux Electrolyte Crè me
Shutter driverUniblitz, Vincent AssociatesVCM-D1 Single Channel Uni-stableFigura 7V
ShutterSystem Uniblitz, Vincent AssociatesLS2 2 mm Uni-stable ShuttersFigura 7V
Silver WireWarner Instruments0.25– 1 mm di diametro, deve essere clorurato
Saldatore composto da un filamento0,25 mm di diametro (Figura 6F)
Zoom stereoscopico MicroscopioNikonSMZ-2BFigura 6D
Zoom stereoscopico MicroscopioWildWild M5Con impostazioni di ingrandimento 6, 12, 25 e 50 (Figura 7E)
Filtri per siringheMillex22 e micro; m Filtro PVDF
Estrattore verticale per pipetteSutter/NarishigeModello P-97/PP-830Utilizzare l'estrattore verticale o orizzontale, a seconda delle preferenze (Figura 6L)
Riscaldatore di filamenti di ceraFatto inVedere la figura S1 (Figura 6E-G)
Sistema di lampade flash allo xenoDr. Rapp OptoElectronicJML-C2Figura 7X
allungata ruvida a condensatore quasi perfetta molecolare in casa casa luminosa casa in casa quasi perfetta molecolare di Petri di platino-iridio di casa

Riferimenti

  1. Vogt, K., Kirschfeld, K. Chemical identity of the chromophores of fly visual pigment. Naturwissenschaften. 77, 211-213 (1984).
  2. Hillman, P., Hochstein, S., Minke, B. Transduction in invertebrate photoreceptors: role of pigment bistability. Physiological Reviews....

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Ristampe e permessi

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