Channelrhodopsin2 Mediated Stimulation of Synaptic Potentials at <em>Drosophila</em> Neuromuscular Junctions

The Drosophila larval neuromuscular preparation has proven to be a useful tool for studying synaptic physiology1,2,3. Currently, the only means available ...

Brandeis

&#x8FD1;&#x5E74;&#x6765;&#xFF0C;&#x8BB8;&#x591A;&#x5DE5;&#x5177;&#x5DF2;&#x6210;&#x4E3A;&#x53EF;&#x7528;&#x4E8E;&#x8FDC;&#x7A0B;&#x6FC0;&#x6D3B;&#x5728;&#x679C;&#x8747;&#x7684;&#x795E;&#x7ECF;&#x56DE;&#x8DEF;&#x3002;&#x5C3D;&#x7BA1;&#x666E;&#x904D;&#x548C;&#x65E5;&#x76CA;&#x6269;&#x5927;&#x7684;&#x4F7F;&#x7528;&#xFF0C;&#x5F88;&#x5C11;&#x7684;&#x5DE5;&#x4F5C;&#x91C7;&#x53D6;&#x5B9A;&#x6027;&#x5230;&#x5E95;&#x5982;&#x4F55;&#x8FD9;&#x4E9B;&#x5DE5;&#x5177;&#x5F71;&#x54CD;&#x4E2D;&#x53D1;&#x73B0;&#x82CD;&#x8747;&#x7684;&#x795E;&#x7ECF;&#x5143;&#x7684;&#x6D3B;&#x52A8;&#x3002;&#x4F7F;&#x7528; GAL4 &#x65E0;&#x4EBA;&#x673A;&#x7CFB;&#x7EDF;&#xFF0C;&#x6211;&#x4EEC;&#x8868;&#x793A;&#x84DD;&#x8272;&#x5149;&#x95E8;&#x63A7;&#x79BB;&#x5B50;-2 &#xFF08;ChR2&#xFF09; &#x548C; ChR2 &#x7A81;&#x53D8;&#x7684;&#x4F53; &#xFF08;H134R-ChR2&#xFF09; &#x8FD0;&#x52A8;&#x53CA;&#x611F;&#x89C9;&#x795E;&#x7ECF;&#x5143;&#x7684;&#x679C;&#x8747;&#x4E09;&#x671F;&#x5E7C;&#x866B;&#x81EA;&#x53D1;&#x7535;&#x8DEF;&#x3002;&#x795E;&#x7ECF;&#x5143;&#x8868;&#x8FBE; H134R ChR2 &#x663E;&#x793A;&#x589E;&#x5F3A;&#x7684;&#x54CD;&#x5E94;&#xFF0C;&#x4EE5;&#x84DD;&#x8272;&#x7684;&#x5149;&#x8109;&#x51B2;&#xFF0C;&#x5E76;&#x8868;&#x793A; ChR2 &#x795E;&#x7ECF;&#x5143;&#x6BD4;&#x5C11;&#x7A57;&#x9891;&#x7387;&#x9002;&#x5E94;&#x3002;&#x867D;&#x7136; H134R ChR2 &#x5728;&#x64CD;&#x7EB5;&#x884C;&#x4E3A;&#x6BD4; ChR2 &#x66F4;&#x6709;&#x6548;&#xFF0C;&#x53D1;&#x5C04;&#x901F;&#x7387;&#x81EA;&#x9002;&#x5E94;&#x7684;&#x884C;&#x4E3A;&#x540E;&#x679C;&#x662F;&#x4E0D;&#x540C;&#x7684;&#x611F;&#x89C9;&#x548C;&#x8FD0;&#x52A8;&#x795E;&#x7ECF;&#x5143;&#x3002;&#x76F8;&#x6BD4;&#x4E4B;&#x4E0B;&#xFF0C;&#x6211;&#x4EEC;&#x5BA1;&#x67E5;&#x4E86; (dTRPA1) &#x7684;&#x6E29;&#x6696;&#x6FC0;&#x6D3B;&#x9633;&#x79BB;&#x5B50;&#x901A;&#x9053;&#x679C;&#x8747; TRPA1 &#x5F02;&#x4F4D;&#x8868;&#x8FBE;&#x7684;&#x5F71;&#x54CD;&#x3002;&#x5F53;&#x5E7C;&#x866B;&#x8FD0;&#x52A8;&#x795E;&#x7ECF;&#x5143;&#xFF0C;&#x4ECE; 21 &#x5230; 27 &#x5EA6; C &#x8BF1;&#x53D1;&#x8865;&#x6263;&#x5728;&#x5927;&#x7EA6; 25 &#x6444;&#x6C0F;&#x5EA6;&#xFF0C;&#x8868;&#x660E;&#x5BF9;&#x8BB8;&#x591A;&#x5206;&#x949F;&#x5C0F;&#x9002;&#x5E94;&#x70ED;&#x5761;&#x9053;&#x4E2D;&#x6709;&#x4EBA; dTRPA1&#x3002;dTRPA1 &#x6FC0;&#x6D3B;&#x4E86;&#x6BD4; ChR2 &#x53D8;&#x79CD;&#x884C;&#x4E3A;&#x66F4;&#x5F3A;&#x3001; &#x66F4;&#x6301;&#x4E45;&#x5F71;&#x54CD;&#x3002;&#x8FD9;&#x4E9B;&#x7ED3;&#x679C;&#x8868;&#x660E;&#xFF0C;dTRPA1 &#x53EF;&#x80FD;&#x5BF9;&#x7814;&#x7A76;&#x8005;&#x5174;&#x8DA3;&#x6FC0;&#x6D3B;&#x591A;&#x957F;&#x65F6;&#x95F4;&#x5C3A;&#x5EA6;&#x7684;&#x98DE;&#x795E;&#x7ECF;&#x7535;&#x8DEF;&#x5C24;&#x5176;&#x6709;&#x7528;&#x3002;&#x603B;&#x4F53;&#x800C;&#x8A00;&#xFF0C;&#x8FD9;&#x9879;&#x5DE5;&#x4F5C;&#x8868;&#x660E;&#xFF0C;&#x4E86;&#x89E3;&#x8FD9;&#x4E9B;&#x9057;&#x4F20;&#x7684;&#x5DE5;&#x5177;&#x7684;&#x7EC6;&#x80DE;&#x5F71;&#x54CD;&#xFF0C;&#x5176;&#x65F6;&#x95F4;&#x7684;&#x52A8;&#x6001;&#x662F;&#x91CD;&#x8981;&#x7684;&#x884C;&#x4E3A;&#x5B9E;&#x9A8C;&#x7684;&#x89E3;&#x91CA;&#x4E0E;&#x8BBE;&#x8BA1;&#x3002;

&#x7531;&#x79BB;&#x5B50; 2 &#x548C; TRPA1 &#x795E;&#x7ECF;&#x5143;&#x7684;&#x6FC0;&#x6D3B;&#x65F6;&#x95F4;&#x52A8;&#x6001;&#x786E;&#x5B9A;&#x884C;&#x4E3A;&#x8F93;&#x51FA;&#x5728;&#x679C;&#x8747;&#x5E7C;&#x866B;&#x3002;

In recent years, a number of tools have become available for remotely activating neural circuits in Drosophila. Despite widespread and growing use, very little work has been done to characterize exactly how these tools affect activity in identified fly neurons. Using the GAL4-UAS system, we expressed blue light-gated Channelrhodopsin-2 (ChR2) and a mutated form of ChR2 (H134R-ChR2) in motor and sensory neurons of the Drosophila third-instar locomotor circuit. Neurons expressing H134R-ChR2 show enhanced responses to blue light pulses and less spike frequency adaptation than neurons expressing ChR2. Although H134R-ChR2 was more effective at manipulating behavior than ChR2, the behavioral consequences of firing rate adaptation were different in sensory and motor neurons. For comparison, we examined the effects of ectopic expression of the warmth-activated cation channel Drosophila TRPA1 (dTRPA1). When dTRPA1 was expressed in larval motor neurons, heat ramps from 21 to 27 degrees C evoked tonic spiking at approximately 25 degrees C that showed little adaptation over many minutes. dTRPA1 activation had stronger and longer-lasting effects on behavior than ChR2 variants. These results suggest that dTRPA1 may be particularly useful for researchers interested in activating fly neural circuits over long time scales. Overall, this work suggests that understanding the cellular effects of these genetic tools and their temporal dynamics is important for the design and interpretation of behavioral experiments.

Temporal dynamics of neuronal activation by Channelrhodopsin-2 and TRPA1 determine behavioral output in Drosophila larvae.

Ces derni&#xE8;res ann&#xE9;es, un certain nombre d&#x26;#39;outils sont devenus disponibles pour l&#x26;#39;activation &#xE0; distance des circuits neuronaux chez la drosophile. Malgr&#xE9; l&#x26;#39;utilisation r&#xE9;pandue et croissante, tr&#xE8;s peu de travaux ont &#xE9;t&#xE9; effectu&#xE9;es pour caract&#xE9;riser exactement comment ces outils affecter l&#x26;#39;activit&#xE9; des neurones mouche identifi&#xE9;s. En utilisant le syst&#xE8;me GAL4-UAS, nous avons exprim&#xE9; la lumi&#xE8;re bleue ferm&#xE9;e channelrhodopsin-2 (CHR2) et une forme mut&#xE9;e de CHR2 (H134R-CHR2) dans le moteur et les neurones sensoriels du circuit Drosophila locomotrice troisi&#xE8;me stade. Les neurones exprimant H134R-CHR2 montrent des r&#xE9;ponses am&#xE9;lior&#xE9;es aux impulsions de lumi&#xE8;re bleue et moins d&#x26;#39;adaptation fr&#xE9;quence d&#x26;#39;impulsion que les neurones exprimant CHR2. Bien que H134R-CHR2 &#xE9;tait plus efficace &#xE0; manipuler le comportement de CHR2, les cons&#xE9;quences comportementales de l&#x26;#39;adaptation cadence de tir &#xE9;taient diff&#xE9;rents dans les neurones sensoriels et moteurs. A titre de comparaison, nous avons examin&#xE9; les effets de l&#x26;#39;expression ectopique de la chaleur-cation activ&#xE9; canal Drosophila TRPA1 (dTRPA1). Lorsque dTRPA1 a &#xE9;t&#xE9; exprim&#xE9; dans les neurones moteurs larvaires, les rampes de chaleur de 21 &#xE0; 27 degr&#xE9;s C toniques &#xE9;voqu&#xE9; dopage &#xE0; environ 25 &#xB0; C qui a montr&#xE9; peu d&#x26;#39;adaptation au cours de longues minutes. dTRPA1 activation a eu des effets plus forts et plus durables sur le comportement que CHR2 variantes. Ces r&#xE9;sultats sugg&#xE8;rent que dTRPA1 peut &#xEA;tre particuli&#xE8;rement utile pour les chercheurs qui s&#x26;#39;int&#xE9;ressent &#xE0; l&#x26;#39;activation des circuits neuronaux voler sur des &#xE9;chelles de temps longues. Dans l&#x26;#39;ensemble, ce travail sugg&#xE8;re que la compr&#xE9;hension des effets cellulaires de ces outils g&#xE9;n&#xE9;tiques et de leurs dynamiques temporelles est important pour la conception et l&#x26;#39;interpr&#xE9;tation des exp&#xE9;riences de comportement.

Dynamique temporelle de l&#x26;#39;activation neuronale par channelrhodopsin-2 et TRPA1 D&#xE9;terminer sortie comportementale chez les larves de Drosophila

In den letzten Jahren sind eine Reihe von Tools f&uuml;r Remote aktivieren neuronale Schaltkreise in Drosophila verf&uuml;gbar geworden. Trotz weit verbreitet und zunehmende Verwendung wurde sehr wenig Arbeit getan, zur Charakterisierung, genau, wie diese Tools Aktivit&auml;t in identifizierten fliegen Neuronen beeinflussen. Mit dem GAL4-UAS-System wir blaue Licht-Gating Channelrhodopsin-2 (ChR2) und eine mutierte Form des ChR2 ausgedr&uuml;ckt (H134R-ChR2) in motorische und sensorische Neuronen der Taufliege dritte Instar lokomotorische Schaltung. Neuronen ausdr&uuml;ckt H134R-ChR2 zeigen verbesserte Antworten zu Lichtimpulse und weniger Spitze-Frequenz-Anpassung als Neuronen ausdr&uuml;ckt ChR2 blau. Obwohl H134R-ChR2 effektiver zu manipulieren Verhalten als ChR2 war, waren die verhaltensbasierten folgen feuern Tarif Anpassung in sensorischen und motorischen Neuronen unterschiedlich. Zum Vergleich untersuchten wir die Wirkung von ektopische Expression des Kanals W&auml;rme aktivierte kation Drosophila TRPA1 (dTRPA1). Wann wurde dTRPA1 ausgedr&uuml;ckt larvalen Motoneuronen, Hitze Rampen von 21 bis 27 Grad C evozierte Tonikum spiking bei ca. 25 Grad C, die wenig Anpassung &uuml;ber viele Minuten zeigte. dTRPA1 Aktivierung hatte st&auml;rkere und l&auml;nger anhaltende Auswirkungen auf Verhalten als ChR2-Varianten. Diese Ergebnisse legen nahe, dass dieser dTRPA1 bei Aktivierung fliegen neuronale Schaltkreise &uuml;ber Langzeitreihen Forscher besonders hilfreich sein kann. Insgesamt diese Arbeit schl&auml;gt vor, dass Verst&auml;ndnis der zellul&auml;ren Auswirkungen dieser genetischen Werkzeuge und ihre zeitliche Dynamik ist wichtig f&uuml;r die Planung und Auslegung des Verhaltens Experimente.

Zeitliche Dynamik der neuronalen Aktivierung durch Channelrhodopsin-2 und TRPA1 bestimmen Verhaltens Ausgabe in Drosophila-Larven.

Negli ultimi anni, un certo numero di strumenti &egrave; diventati disponibile per l&#39;attivazione remota di circuiti neurali in drosofila. Nonostante la diffusa e crescente utilizzo, lavoro molto poco &egrave; stato fatto per caratterizzare esattamente come questi strumenti possono influenzare attivit&agrave; nei neuroni identificati volare. Utilizzando il sistema GAL4-UAS, abbiamo espresso blu luce-gated Channelrhodopsin-2 (ChR2) e una forma mutata di ChR2 (H134R-ChR2) nei neuroni motori e sensoriali del circuito della drosofila terzo-instar dell&#39;apparato locomotore. I neuroni che esprimono H134R-ChR2 Visualizza risposte avanzate a impulsi di luce e meno adattamento della frequenza di spike di neuroni che esprimono ChR2 blu. Anche se H134R-ChR2 &egrave; stato pi&ugrave; efficace nel manipolare il comportamento di ChR2, le conseguenze comportamentali di adattamento tasso di infornamento erano diverse nei neuroni sensoriali e motori. Per confronto, abbiamo esaminato gli effetti dell&#39;espressione ectopica del canale attivato dal calore cazione della drosofila TRPA1 (dTRPA1). Quando dTRPA1 &egrave; stato espresso nei neuroni motori larvale, rampe di calore da 21 a 27 gradi C evocati tonico chiodare a circa 25 gradi C che mostrava poco adattamento sopra molti minuti. dTRPA1 attivazione ha avuto effetti pi&ugrave; forti e pi&ugrave; durevole sul comportamento rispetto ChR2 varianti. Questi risultati suggeriscono che dTRPA1 pu&ograve; essere particolarmente utile per i ricercatori interessati ad attivare circuiti neurali volare sopra lungo le scale di tempo. Nel complesso, questo lavoro suggerisce che comprendere gli effetti cellulari di questi strumenti genetici e loro dinamiche temporali &egrave; importante per la progettazione e l&#39;interpretazione degli esperimenti comportamentali.

Dinamiche temporali di attivazione neuronale da Channelrhodopsin-2 e TRPA1 determinano output comportamentali nelle larve di Drosophila.

&#x8FD1;&#x5E74;&#x3001;&#x591A;&#x304F;&#x306E;&#x30C4;&#x30FC;&#x30EB;&#x306F;&#x3001;&#x30EA;&#x30E2;&#x30FC;&#x30C8;&#x30B7;&#x30E7;&#x30A6;&#x30B8;&#x30E7;&#x30A6;&#x30D0;&#x30A8;&#x3067;&#x795E;&#x7D4C;&#x56DE;&#x8DEF;&#x3092;&#x6D3B;&#x6027;&#x5316;&#x3059;&#x308B;&#x305F;&#x3081;&#x306B;&#x5229;&#x7528;&#x3067;&#x304D;&#x308B;&#x3088;&#x3046;&#x306B;&#x306A;&#x308A;&#x307E;&#x3057;&#x305F;&#x3002;&#x5E83;&#x7BC4;&#x56F2;&#x3067;&#x4F7F;&#x7528;&#x304C;&#x5897;&#x3048;&#x3066;&#x3044;&#x308B;&#x306B;&#x3082;&#x304B;&#x304B;&#x308F;&#x3089;&#x305A;&#x3001;&#x307B;&#x3068;&#x3093;&#x3069;&#x306E;&#x4F5C;&#x696D;&#x306F;&#x3053;&#x308C;&#x3089;&#x306E;&#x30C4;&#x30FC;&#x30EB;&#x304C;&#x8B58;&#x5225;&#x30D5;&#x30E9;&#x30A4;&#x30CB;&#x30E5;&#x30FC;&#x30ED;&#x30F3;&#x306E;&#x6D3B;&#x6027;&#x306B;&#x5F71;&#x97FF;&#x3092;&#x6B63;&#x78BA;&#x306B;&#x3069;&#x306E;&#x3088;&#x3046;&#x306B;&#x7279;&#x5FB4;&#x3065;&#x3051;&#x308B;&#x305F;&#x3081;&#x306B;&#x884C;&#x308F;&#x308C;&#x3066;&#x3044;&#x307E;&#x3059;&#x3002; GAL4-UAS&#x30B7;&#x30B9;&#x30C6;&#x30E0;&#x3092;&#x4F7F;&#x7528;&#x3057;&#x3066;&#x3001;&#x6211;&#x3005;&#x306F;&#x3001;&#x9752;&#x8272;&#x5149;&#x30B2;&#x30FC;&#x30C8;Channelrhodopsin-2&#xFF08;ChR2&#xFF09;&#x3068;&#x30E2;&#x30FC;&#x30BF;&#x3068;&#x30B7;&#x30E7;&#x30A6;&#x30B8;&#x30E7;&#x30A6;&#x30D0;&#x30A8;3&#x9F62;&#x306E;&#x904B;&#x52D5;&#x56DE;&#x8DEF;&#x306E;&#x611F;&#x899A;&#x30CB;&#x30E5;&#x30FC;&#x30ED;&#x30F3;&#x306B;ChR2&#x306E;&#x5909;&#x7570;&#x578B;&#xFF08;H134R-ChR2&#xFF09;&#x3092;&#x8868;&#x660E;&#x3057;&#x305F;&#x3002; H134R-ChR2&#x3092;&#x767A;&#x73FE;&#x3059;&#x308B;&#x30CB;&#x30E5;&#x30FC;&#x30ED;&#x30F3;&#x306F;&#x3001;&#x9752;&#x8272;&#x5149;&#x30D1;&#x30EB;&#x30B9;&#x3068;ChR2&#x3092;&#x767A;&#x73FE;&#x3059;&#x308B;&#x30CB;&#x30E5;&#x30FC;&#x30ED;&#x30F3;&#x672A;&#x6E80;&#x306E;&#x30B9;&#x30D1;&#x30A4;&#x30AF;&#x983B;&#x5EA6;&#x9806;&#x5FDC;&#x306B;&#x5F37;&#x5316;&#x3055;&#x308C;&#x305F;&#x5FDC;&#x7B54;&#x3092;&#x793A;&#x3057;&#x3066;&#x3044;&#x307E;&#x3059;&#x3002; H134R-ChR2&#x306F;&#x3001;ChR2&#x3088;&#x308A;&#x3082;&#x884C;&#x52D5;&#x3092;&#x64CD;&#x4F5C;&#x3059;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x3067;&#x3088;&#x308A;&#x52B9;&#x679C;&#x7684;&#x3067;&#x3042;&#x3063;&#x305F;&#x304C;&#x3001;&#x767A;&#x5C04;&#x901F;&#x5EA6;&#x306E;&#x9069;&#x5FDC;&#x884C;&#x52D5;&#x306E;&#x7D50;&#x679C;&#x306F;&#x3001;&#x611F;&#x899A;&#x3068;&#x904B;&#x52D5;&#x30CB;&#x30E5;&#x30FC;&#x30ED;&#x30F3;&#x306B;&#x7570;&#x306A;&#x3063;&#x3066;&#x3044;&#x305F;&#x3002;&#x6BD4;&#x8F03;&#x306E;&#x305F;&#x3081;&#x306B;&#x3001;&#x6211;&#x3005;&#x306F;&#x6696;&#x304B;&#x6D3B;&#x6027;&#x5316;&#x967D;&#x30A4;&#x30AA;&#x30F3;&#x30C1;&#x30E3;&#x30CD;&#x30EB;TRPA1&#x30B7;&#x30E7;&#x30A6;&#x30B8;&#x30E7;&#x30A6;&#x30D0;&#x30A8;&#xFF08;dTRPA1&#xFF09;&#x306E;&#x7570;&#x6240;&#x6027;&#x767A;&#x73FE;&#x306E;&#x5F71;&#x97FF;&#x3092;&#x8ABF;&#x3079;&#x305F;&#x3002; dTRPA1&#x306F;&#x3001;&#x5E7C;&#x866B;&#x306E;&#x904B;&#x52D5;&#x30CB;&#x30E5;&#x30FC;&#x30ED;&#x30F3;&#x3001;21&#x304B;&#x3089;27&#x5EA6;&#x4F55;&#x5206;&#x5F37;&#x306E;&#x9069;&#x5FDC;&#x304C;&#x8A8D;&#x3081;&#x3089;&#x308C;&#x305F;&#x7D04;25&#x5EA6;C&#x3067;&#x30B9;&#x30D1;&#x30A4;&#x30AF;C&#x8A98;&#x767A;&#x30C8;&#x30CB;&#x30C3;&#x30AF;&#x3078;&#x306E;&#x71B1;&#x30E9;&#x30F3;&#x30D7;&#x3067;&#x8868;&#x73FE;&#x3055;&#x308C;&#x305F;&#x3068;&#x304D;&#x3002; dTRPA1&#x6D3B;&#x6027;&#x5316;&#x306F;&#x3001;ChR2&#x306E;&#x30D0;&#x30EA;&#x30A2;&#x30F3;&#x30C8;&#x3088;&#x308A;&#x884C;&#x52D5;&#x306B;&#x5F37;&#x304F;&#x3001;&#x9577;&#x304F;&#x6301;&#x7D9A;&#x3059;&#x308B;&#x52B9;&#x679C;&#x3092;&#x6709;&#x3057;&#x3066;&#x3044;&#x305F;&#x3002;&#x3053;&#x308C;&#x3089;&#x306E;&#x7D50;&#x679C;&#x306F;dTRPA1&#x306F;&#x9577;&#x3044;&#x6642;&#x9593;&#x30B9;&#x30B1;&#x30FC;&#x30EB;&#x3067;&#x795E;&#x7D4C;&#x56DE;&#x8DEF;&#x3092;&#x98DB;&#x3076;&#x6D3B;&#x6027;&#x5316;&#x306B;&#x8208;&#x5473;&#x304C;&#x3042;&#x308B;&#x7814;&#x7A76;&#x8005;&#x306B;&#x3068;&#x3063;&#x3066;&#x7279;&#x306B;&#x6709;&#x7528;&#x3067;&#x3042;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x304C;&#x793A;&#x5506;&#x3055;&#x308C;&#x305F;&#x3002;&#x5168;&#x4F53;&#x3068;&#x3057;&#x3066;&#x3001;&#x3053;&#x306E;&#x4F5C;&#x54C1;&#x306F;&#x3053;&#x308C;&#x3089;&#x306E;&#x907A;&#x4F1D;&#x7684;&#x30C4;&#x30FC;&#x30EB;&#x3068;&#x305D;&#x306E;&#x6642;&#x9593;&#x7684;&#x306A;&#x30C0;&#x30A4;&#x30CA;&#x30DF;&#x30AF;&#x30B9;&#x306E;&#x7D30;&#x80DE;&#x52B9;&#x679C;&#x3092;&#x7406;&#x89E3;&#x3059;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x306F;&#x884C;&#x52D5;&#x5B9F;&#x9A13;&#x306E;&#x8A2D;&#x8A08;&#x3084;&#x89E3;&#x91C8;&#x306E;&#x305F;&#x3081;&#x306B;&#x91CD;&#x8981;&#x3067;&#x3042;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x3092;&#x793A;&#x5506;&#x3057;&#x3066;&#x3044;&#x308B;&#x3002;

Channelrhodopsin-2&#x3068;TRPA1&#x306B;&#x3088;&#x308B;&#x795E;&#x7D4C;&#x7D30;&#x80DE;&#x6D3B;&#x6027;&#x5316;&#x306E;&#x6642;&#x9593;&#x7684;&#x306A;&#x30C0;&#x30A4;&#x30CA;&#x30DF;&#x30AF;&#x30B9;&#x306F;&#x3001;&#x30B7;&#x30E7;&#x30A6;&#x30B8;&#x30E7;&#x30A6;&#x30D0;&#x30A8;&#x306E;&#x5E7C;&#x866B;&#x306E;&#x884C;&#x52D5;&#x51FA;&#x529B;&#x3092;&#x6C7A;&#x5B9A;

&#xCD5C;&#xADFC; &#xBA87; &#xB144; &#xB3D9;&#xC548; &#xB2E4;&#xC591; &#xD55C; &#xB3C4;&#xAD6C;&#xB294; &#xC6D0;&#xACA9;&#xC73C;&#xB85C; Drosophila &#xC2E0;&#xACBD; &#xD68C;&#xB85C; &#xD65C;&#xC131;&#xD654; &#xD558;&#xB294; &#xB370; &#xC0AC;&#xC6A9;&#xD560; &#xC218; &#xB418;&#xC5C8;&#xB2E4;. &#xAD11;&#xBC94;&#xC704; &#xD558; &#xAC8C; &#xC131;&#xC7A5; &#xD558; &#xACE0; &#xC788;&#xB294; &#xC0AC;&#xC6A9;&#xC5D0;&#xB3C4; &#xBD88;&#xAD6C; &#xD558; &#xACE0; &#xC544;&#xC8FC; &#xC791;&#xC740; &#xC77C;&#xC5D0; &#xC815;&#xD655; &#xD558; &#xAC8C; &#xC774;&#xB7EC;&#xD55C; &#xB3C4;&#xAD6C; &#xBBF8;&#xCE58;&#xB294; &#xD655;&#xC778; &#xB41C; &#xD50C;&#xB77C;&#xC774; &#xB274;&#xB7F0;&#xC5D0; &#xD65C;&#xB3D9;&#xC758; &#xD2B9;&#xC131;&#xC744; &#xC644;&#xB8CC; &#xB418;&#xC5C8;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4;. GAL4-UAS &#xC2DC;&#xC2A4;&#xD15C;&#xC744; &#xC0AC;&#xC6A9; &#xD558; &#xC5EC;, &#xC6B0;&#xB9AC; &#xBE14;&#xB8E8; &#xBE5B; &#xBB38;&#xC774; Channelrhodopsin-2 (ChR2)&#xC640; Chr2&#xC758; &#xB3CC;&#xC5F0;&#xBCC0;&#xC774; &#xD615;&#xD0DC; &#xD45C;&#xD604; (H134R-ChR2) &#xCD08;&#xD30C;&#xB9AC; &#xC81C; 3 &#xD0C8;&#xD53C; &#xC6B4;&#xC804; &#xD68C;&#xB85C;&#xC758; &#xBAA8;&#xD130;&#xC640; &#xAC10;&#xAC01; &#xC2E0;&#xACBD; &#xC138;&#xD3EC;&#xC5D0;&#xC11C;. H134R Chr2&#xC744; &#xD45C;&#xD604; &#xD558;&#xB294; &#xB274;&#xB7F0; &#xD478;&#xB978; &#xAD11; &#xD384;&#xC2A4;&#xC640; Chr2&#xC744; &#xD45C;&#xD604; &#xD558;&#xB294; &#xB274;&#xB7F0; &#xBCF4;&#xB2E4; &#xC801;&#xC740; &#xC2A4;&#xD30C;&#xC774;&#xD06C; &#xC8FC;&#xD30C;&#xC218; &#xC801;&#xC751;&#xC744; &#xD5A5;&#xC0C1; &#xB41C; &#xBC18;&#xC751;&#xC744; &#xBCF4;&#xC5EC;&#xC90D;&#xB2C8;&#xB2E4;. H134R Chr2&#xB294; ChR2 &#xBCF4;&#xB2E4; &#xD589;&#xB3D9;&#xC744; &#xC870;&#xC791; &#xD558;&#xAE30;&#xC5D0; &#xBCF4;&#xB2E4; &#xD6A8;&#xACFC;&#xC801;&#xC778; &#xD574; &#xACE0; &#xC18D;&#xB3C4; &#xC801;&#xC751;&#xC758; &#xD589;&#xB3D9; &#xACB0;&#xACFC; &#xAC10;&#xAC01; &#xBC0F; &#xBAA8;&#xD130; &#xB274;&#xB7F0;&#xC5D0; &#xB2EC;&#xB790;&#xB2E4;. &#xBE44;&#xAD50;&#xB97C; &#xC704;&#xD574;, &#xC6B0;&#xB9AC; &#xC628; &#xD65C;&#xC131; &#xC591;&#xC774;&#xC628; &#xCC44;&#xB110; Drosophila TRPA1 &#xC18C;&#xC131; &#xC2DD; (dTRPA1)&#xC758; &#xD6A8;&#xACFC;&#xB97C; &#xC870;&#xC0AC; &#xD588;&#xB2E4;. &#xB54C; Dtrpa1&#xB294; &#xC560;&#xBC8C;&#xB808; &#xBAA8;&#xD130; &#xB274;&#xB7F0;, 21 &#xC77C;&#xBD80; &#xD130;&#xC5D0;&#xC11C; 27&#xB3C4; C &#xAC16;&#xB294; &#xD1A0; &#xB2C9; &#xC57D; 25&#xB3C4; c &#xB9CE;&#xC740; &#xBD84; &#xC774;&#xC0C1; &#xC57D;&#xAC04; &#xC801;&#xC751;&#xC744; &#xBCF4;&#xC5EC;&#xC900; &#xAE09;&#xC0C1;&#xC2B9; &#xACBD;&#xC0AC; &#xC5F4;&#xC73C;&#xB85C; &#xD45C;&#xC2DC; &#xB429;&#xB2C8;&#xB2E4;. dTRPA1 &#xC815;&#xD488; &#xC778;&#xC99D; ChR2 &#xBCC0;&#xC885; &#xBCF4;&#xB2E4; &#xD589;&#xB3D9;&#xC5D0; &#xAC15;&#xD558;&#xACE0; &#xC624;&#xB798; &#xC9C0;&#xC18D; &#xD6A8;&#xACFC; &#xD588;&#xB2E4;. &#xC774;&#xB7EC;&#xD55C; &#xACB0;&#xACFC; &#xADF8; dTRPA1 &#xC624;&#xB798; &#xC2DC;&#xAC04; &#xC800;&#xC6B8; &#xC704;&#xC5D0; &#xD50C;&#xB77C;&#xC774; &#xC2E0;&#xACBD; &#xD68C;&#xB85C; &#xD65C;&#xC131;&#xD654;&#xC5D0; &#xAD00;&#xC2EC;&#xC774; &#xC788;&#xB294; &#xC5F0;&#xAD6C;&#xC790;&#xC5D0; &#xD2B9;&#xD788; &#xC720;&#xC6A9;&#xD560; &#xC218; &#xC788;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4; &#xAC83;&#xC774; &#xC88B;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC804;&#xBC18;&#xC801;&#xC73C;&#xB85C;,&#xC774; &#xC791;&#xD488; &#xC774;&#xB7EC;&#xD55C; &#xC720;&#xC804; &#xB3C4;&#xAD6C;&#xC758; &#xC140;&#xB8F0;&#xB7EC; &#xD6A8;&#xACFC; &#xC774;&#xD574; &#xD558;&#xB294; &#xC81C;&#xC548; &#xD558; &#xACE0; &#xADF8;&#xB4E4;&#xC758; &#xC2DC;&#xAC04;&#xC801; &#xC5ED;&#xD559; &#xC124;&#xACC4; &#xBC0F; &#xD574;&#xC11D;&#xC758; &#xD589;&#xB3D9; &#xC2E4;&#xD5D8;&#xC5D0; &#xB300; &#xD55C; &#xC911;&#xC694; &#xD558;&#xB2E4;.

Channelrhodopsin-2 &#xADF8;&#xB9AC;&#xACE0; TRPA1 &#xC2E0;&#xACBD; &#xD65C;&#xC131;&#xD654;&#xC758; &#xC2DC;&#xAC04;&#xC801; &#xC6C0;&#xC9C1;&#xC784; &#xCD08;&#xD30C;&#xB9AC; &#xC560;&#xBC8C;&#xB808; &#xD589;&#xB3D9; &#xCD9C;&#xB825;&#xC744; &#xACB0;&#xC815;&#xD569;&#xB2C8;&#xB2E4;.

En los &#xFA;ltimos a&#xF1;os, un n&#xFA;mero de herramientas se han convertido en disponible para activar de forma remota circuitos neuronales en Drosophila. A pesar del uso generalizado y creciente, muy poco se ha hecho para caracterizar exactamente c&#xF3;mo estas herramientas para la actividad en las neuronas de la mosca identificados. Usando el sistema GAL4-UAS, expres&#xF3; que la luz azul-gated canalrodopsina-2 (ChR2) y una forma mutada de ChR2 (H134R-ChR2) en el motor y las neuronas sensoriales del circuito del aparato locomotor Drosophila tercer estadio. Las neuronas que expresan H134R-ChR2 muestran mejores respuestas a los pulsos de luz azul y menos frecuencia de pico de adaptaci&#xF3;n de las neuronas que expresan ChR2. Aunque H134R-ChR2 fue m&#xE1;s eficaz para manipular el comportamiento de ChR2, las consecuencias del comportamiento de adaptaci&#xF3;n de la velocidad de disparo eran diferentes en las neuronas sensoriales y motoras. A modo de comparaci&#xF3;n, se examinaron los efectos de la expresi&#xF3;n ect&#xF3;pica de la calidez activado por cationes canal TRPA1 Drosophila (dTRPA1). Cuando dTRPA1 se expres&#xF3; en las neuronas motoras de larvas, rampas de calor de 21 a 27 grados C t&#xF3;nicas evocado adici&#xF3;n a aproximadamente 25 grados C que mostr&#xF3; poca adaptaci&#xF3;n en muchos minutos. dTRPA1 la activaci&#xF3;n tenido efectos m&#xE1;s fuertes y duraderos en el comportamiento que ChR2 variantes. Estos resultados sugieren que dTRPA1 puede ser particularmente &#xFA;til para los investigadores interesados &#x200B;&#x200B;en la activaci&#xF3;n de circuitos neuronales volar en escalas de tiempo largas. En general, este trabajo sugiere que la comprensi&#xF3;n de los efectos celulares de estas herramientas gen&#xE9;ticas y su din&#xE1;mica temporal es importante para el dise&#xF1;o y la interpretaci&#xF3;n de los experimentos conductuales.

Din&#xE1;mica temporal de la activaci&#xF3;n neuronal de canalrodopsina-2 y TRPA1 determinar la salida del comportamiento en las larvas de Drosophila

&#x5728;&#x8FD9;&#x91CC;&#x6211;&#x4EEC;&#x7EB3;&#x5165;&#x795E;&#x7ECF;&#x79D1;&#x5B66;&#x5B9E;&#x9A8C;&#x5BA4;&#x7EC3;&#x4E60;&#x5728;&#x679C;&#x8747;&#x56FE;&#x96C6;&#x548C;&quot;&#x9057;&#x4F20;&#x5B66;&quot;&#x7684;&#x6700;&#x65B0;&#x8FDB;&#x5C55;&#x3002;&#x6211;&#x4EEC;&#x7528;&#x4E8E;&#x5149;&#x6D3B;&#x5316;&#x79BB;&#x5B50;&#x901A;&#x9053;&#x79BB;&#x5B50;-2 &#xFF08;ChR2&#xFF09; &#x548C;&#x7EC4;&#x7EC7;&#x7279;&#x5F02;&#x6027;&#x57FA;&#x56E0;&#x8868;&#x8FBE;&#x6280;&#x672F;&#x7814;&#x7A76;&#x679C;&#x8747;&#x5E7C;&#x866B;&#x4E2D;&#x884C;&#x4E3A;&#x7684;&#x795E;&#x7ECF;&#x57FA;&#x7840;&#x3002;&#x6211;&#x4EEC;&#x8BBE;&#x8BA1;&#x5E76;&#x6267;&#x884C;&#x7EC3;&#x4E60;&#x4F7F;&#x7528;&#x4EF7;&#x683C;&#x4F4E;&#x5EC9;&#x3001; &#x4F7F;&#x7528;&#x65B9;&#x4FBF;&#x7684;&#x7CFB;&#x7EDF;&#x63D0;&#x4F9B;&#x84DD;&#x8272;&#x5149;&#x8109;&#x51B2;&#x65F6;&#x7A7A;&#x7684;&#x7CBE;&#x7EC6;&#x63A7;&#x5236;&#x3002;&#x5B66;&#x751F;&#x7B2C;&#x4E00;&#x6B21;&#x5BA1;&#x67E5;&#x4E86;&#x6FC0;&#x6D3B;&#x8C37;&#x6C28;&#x9178;&#x80FD;&#x795E;&#x7ECF;&#x5143;&#x7684;&#x679C;&#x8747;&#x5E7C;&#x866B;&#x7684;&#x884C;&#x4E3A;&#x5F71;&#x54CD;&#xFF0C;&#x7136;&#x540E;&#x5F55;&#x5236;&#x5174;&#x594B;&#x6027;&#x7EC6;&#x80DE;&#x95F4;&#x9699;&#x8FDE;&#x63A5;&#x7535;&#x4F4D; &#xFF08;EJPs&#xFF09; &#x4ECB;&#x5BFC; ChR2 &#x6FC0;&#x6D3B;&#x5728;&#x5E7C;&#x866B;&#x795E;&#x7ECF;&#x808C;&#x8089;&#x63A5;&#x5934; &#xFF08;NMJ&#xFF09;&#x3002;&#x6BD4;&#x8F83;&#x7684;&#x7535;&#x548C;&#x5149;&#x8BF1;&#x53D1; EJPs &#x6F14;&#x793A;&#x7684;&#x632F;&#x5E45;&#x4E0E;&#x5149;&#x8BF1;&#x53D1; EJPs &#x7684;&#x65F6;&#x95F4;&#x8BFE;&#x7A0B;&#x4E0D;&#x662F;&#x7531;&#x795E;&#x7ECF;&#x7535;&#x523A;&#x6FC0;&#x751F;&#x6210;&#x5F88;&#x5927;&#x4E0D;&#x540C;&#x3002;&#x8FD9;&#x4E9B;&#x7EC3;&#x4E60;&#x65B0;&#x57FA;&#x56E0;&#x6280;&#x672F;&#x7528;&#x4E8E;&#x8FDC;&#x7A0B;&#x64CD;&#x4F5C;&#x7684;&#x795E;&#x7ECF;&#x6D3B;&#x52A8;&#xFF0C;&#x5411;&#x5B66;&#x751F;&#x4ECB;&#x7ECD;&#x548C;&#x5B83;&#x4EEC;&#x7B80;&#x5316;&#x8BB0;&#x5F55;&#x5728;&#x679C;&#x8747;&#x5E7C;&#x866B; NMJ EJPs &#x7684;&#x8FC7;&#x7A0B;&#x3002;&#x76F8;&#x5BF9;&#x5DF2;&#x7ECF;&#x505A;&#x4E86;&#x5F88;&#x5C11;&#x7684;&#x7814;&#x7A76;&#x5DE5;&#x4F5C;&#x5728;&#x679C;&#x8747;&#x4E2D;&#x4F7F;&#x7528; ChR2&#xFF0C;&#x6240;&#x4EE5;&#x5B66;&#x751F;&#x6709;&#x673A;&#x4F1A;&#x6D4B;&#x8BD5;&#x65B0;&#x578B;&#x5047;&#x8BF4;&#x5E76;&#x4F5C;&#x51FA;&#x663E;&#x8457;&#x8D21;&#x732E;&#x7684;&#x79D1;&#x5B66;&#x8BB0;&#x5F55;&#x3002;&#x5B9A;&#x6027;&#x548C;&#x5B9A;&#x91CF;&#x8BC4;&#x4F30;&#x5B66;&#x751F;&#x7684;&#x7ECF;&#x9A8C;&#x8868;&#x660E;&#x8FD9;&#x4E9B;&#x7EC3;&#x4E60;&#x6709;&#x52A9;&#x4E8E;&#x4F20;&#x8FBE;&#x7684;&#x7A81;&#x89E6;&#x4F20;&#x9012;&#xFF0C;&#x540C;&#x65F6;&#x4E5F;&#x4FC3;&#x8FDB;&#x4E00;&#x4F53;&#x5316;&#x548C;&#x63A2;&#x7A76;&#x7814;&#x7A76;&#x9057;&#x4F20;&#x5B66;&#x3001; &#x7EC6;&#x80DE;&#x751F;&#x7406;&#x5B66;&#x3001; &#x52A8;&#x7269;&#x884C;&#x4E3A;&#x7684;&#x539F;&#x5219;&#x3002;

&#x9057;&#x4F20;&#x5B66;&#x6559;&#x5B66;&#x5B9E;&#x9A8C;&#x5BA4;&#xFF1A; &#x7528;&#x79BB;&#x5B50; 2 &#x7814;&#x7A76;&#x884C;&#x4E3A;&#x548C;&#x7A81;&#x89E6;&#x751F;&#x7406;&#x5728;&#x679C;&#x8747;&#x7684;&#x795E;&#x7ECF;&#x57FA;&#x7840;&#x3002;

Here we incorporate recent advances in Drosophila neurogenetics and "optogenetics" into neuroscience laboratory exercises. We used the light-activated ion channel channelrhodopsin-2 (ChR2) and tissue-specific genetic expression techniques to study the neural basis of behavior in Drosophila larvae. We designed and implemented exercises using inexpensive, easy-to-use systems for delivering blue light pulses with fine temporal control. Students first examined the behavioral effects of activating glutamatergic neurons in Drosophila larvae and then recorded excitatory junctional potentials (EJPs) mediated by ChR2 activation at the larval neuromuscular junction (NMJ). Comparison of electrically and light-evoked EJPs demonstrates that the amplitudes and time courses of light-evoked EJPs are not significantly different from those generated by electrical nerve stimulation. These exercises introduce students to new genetic technology for remotely manipulating neural activity, and they simplify the process of recording EJPs at the Drosophila larval NMJ. Relatively little research work has been done using ChR2 in Drosophila, so students have opportunities to test novel hypotheses and make tangible contributions to the scientific record. Qualitative and quantitative assessment of student experiences suggest that these exercises help convey principles of synaptic transmission while also promoting integrative and inquiry-based studies of genetics, cellular physiology, and animal behavior.

Optogenetics in the teaching laboratory: using channelrhodopsin-2 to study the neural basis of behavior and synaptic physiology in Drosophila.

Ici nous int&eacute;grer les progr&egrave;s r&eacute;cents en neurog&eacute;n&eacute;tique drosophile et &laquo; optogenetics &raquo; exercices de laboratoire de neuroscience. Nous avons utilis&eacute; le canal ionique activ&eacute;s par la lumi&egrave;re channelrhodopsin 2 (ChR2) et techniques de l&#39;expression g&eacute;n&eacute;tique sp&eacute;cifique des tissus afin d&#39;&eacute;tudier les bases neurales des comportements chez les larves de drosophile. Nous avons con&ccedil;u et mis en &oelig;uvre des exercices &agrave; l&#39;aide de syst&egrave;mes peu co&ucirc;teuses, facile &agrave; utiliser pour d&eacute;livrer des impulsions de lumi&egrave;re bleues avec un contr&ocirc;le temporel pr&eacute;cis. Les &eacute;tudiants d&#39;abord examin&eacute; les effets sur le comportement de l&#39;activation des neurones glutamatergiques chez les larves de drosophile et enregistrement ensuite les potentiels excitateurs jonctionnelles (PEJ) m&eacute;di&eacute;es par l&#39;activation ChR2 &agrave; la jonction neuromusculaire larvaire (NMJ). Comparaison d&#39;&eacute;lectriquement et PEJ &eacute;voqu&eacute;e par la lumi&egrave;re montre que les amplitudes et les cours de temps du PEJ &eacute;voqu&eacute;e par la lumi&egrave;re ne sont pas significativement diff&eacute;rentes de celles g&eacute;n&eacute;r&eacute;es par une stimulation &eacute;lectrique des nerfs. Ces exercices initier les &eacute;l&egrave;ves aux nouvelles technologies g&eacute;n&eacute;tiques permettant de manipuler &agrave; distance l&#39;activit&eacute; neurale et ils simplifient le processus d&#39;enregistrement PEJ &agrave; la NMJ de larve de drosophile. Relativement petit travail de recherche a &eacute;t&eacute; r&eacute;alis&eacute; utilisant ChR2 chez la drosophile, alors &eacute;tudiants ont l&#39;occasion de tester de nouvelles hypoth&egrave;ses et apporter une contribution concr&egrave;te au dossier scientifique. Une &eacute;valuation qualitative et quantitative des &eacute;tudiants exp&eacute;riences sugg&egrave;rent que ces exercices aident &agrave; transmettre les principes de la transmission synaptique tout en favorisant les &eacute;tudes int&eacute;gratives et bas&eacute;e sur l&#39;enqu&ecirc;te de la g&eacute;n&eacute;tique, physiologie cellulaire et du comportement animal.

Optogenetics dans le laboratoire d&#39;enseignement: &agrave; l&#39;aide de channelrhodopsin-2 pour &eacute;tudier les bases neurales de comportement et la physiologie synaptique chez la drosophile.

Hier &uuml;bernehmen wir den j&uuml;ngsten Fortschritten in Drosophila Neurogenetics und &quot;Optogenetics&quot; in Neurowissenschaften Labor&uuml;bungen. Wir verwendet die Licht-aktivierte Ionen-Kanal-Channelrhodopsin-2 (ChR2) und Genexpression Gewebe-spezifischen Techniken, um die neuronale Grundlage des Verhaltens in Drosophila Larven zu studieren. Wir konzipiert und umgesetzt von &Uuml;bungsaufgaben mit preiswerten, einfach zu bedienende Systeme f&uuml;r die Bereitstellung von blauen Lichtimpulse mit feinen zeitliche Steuerung. Studenten zuerst untersucht die verhaltensbasierten Auswirkungen des Aktivierens von Glutamat Neuronen in Drosophila Larven und dann aufgezeichnet exzitatorischen junktionale Potentiale (EJPs) von ChR2 Aktivierung an der larvalen neuromuskul&auml;ren Synapse (NMJ) vermittelt. Vergleich der elektrisch und Licht hervorgerufen EJPs zeigt, dass die Amplituden und Zeit Kurse von Licht hervorgerufen EJPs nicht wesentlich von denen von elektrische Nervenstimulation erzeugt werden. Diese &Uuml;bungen f&uuml;hren Sie die Kursteilnehmer auf neue genetische Technologie zur Bearbeitung von Remote neurale Aktivit&auml;t, und sie vereinfachen den Prozess der Aufnahme EJPs bei der Taufliege larvalen NMJ. Relativ wenig Forschungsarbeit getan wurde mit ChR2 in Drosophila, also Studenten haben M&ouml;glichkeiten testen neuartige Hypothesen und konkrete Beitr&auml;ge f&uuml;r die wissenschaftliche Aufzeichnung. Qualitative und quantitative Beurteilung der Sch&uuml;ler Erfahrungen zeigen, dass diese &Uuml;bungen helfen, die Prinzipien der synaptischen &Uuml;bertragung und zugleich integrative und Anfrage-basierten Studien der Genetik, zellul&auml;re Physiologie und Verhalten der Tiere zu vermitteln.

Optogenetics in der Lehre-Labor: mit Channelrhodopsin-2, um die neuronale Grundlage f&uuml;r Verhalten und synaptischen Physiologie in Drosophila zu studieren.

Qui abbiamo incorporare i recenti progressi nella Neurogenetica della drosofila e &quot;Optogenetica&quot; in esercizi di laboratorio di neuroscienza. Abbiamo usato il canale ionico-attivati-channelrhodopsin-2 (ChR2) e tecniche genetiche espressione tessuto-specifica per studiare le basi neurali del comportamento nelle larve di Drosophila. Abbiamo progettato e implementato esercizi utilizzando sistemi poco costosi, facile da usare per la consegna di impulsi di luce blu, con eccellente controllo temporale. Gli studenti in primo luogo ha esaminato gli effetti comportamentali dell&#39;attivazione di neuroni glutamatergico nelle larve di Drosophila e quindi registrarono potenziali eccitatori giunzionali (EJPs) mediati dall&#39;attivazione ChR2 presso larvale giunzione neuromuscolare (NMJ). Confronto di elettricamente e luce-evocato EJPs dimostra che le ampiezze e corsi a tempo di EJPs evocato da luce non sono significativamente diversi da quelli generati dalla stimolazione elettrica del nervo. Questi esercizi di introducono gli studenti alle nuove tecnologie genetiche per manipolare da remoto attivit&agrave; neurale e semplificano il processo di registrazione EJPs presso la drosofila larvale NMJ. Relativamente poco lavoro di ricerca &egrave; stato fatto usando ChR2 in drosofila, cos&igrave; gli studenti hanno opportunit&agrave; per testare nuove ipotesi e dare un contributo tangibile al record scientifici. Valutazione qualitativa e quantitativa di studente esperienze suggeriscono che questi esercizi aiutano trasmettere principi di trasmissione sinaptica promuovendo anche integrativi e richiesta di studi di genetica, fisiologia cellulare e comportamento animale.

Optogenetica nel laboratorio didattico: usando 2 channelrhodopsin a studiare le basi neurali del comportamento e fisiologia sinaptica in drosofila.

&#x3053;&#x3053;&#x306B;&#x795E;&#x7D4C;&#x79D1;&#x5B66;&#x7279;&#x5225;&#x6F14;&#x7FD2;&#x30B7;&#x30E7;&#x30A6;&#x30B8;&#x30E7;&#x30A6;&#x30D0;&#x30A8;&#x795E;&#x7D4C;&#x907A;&#x4F1D;&#x5B66;&#x90E8;&#x9580;&#x3068;&quot;&#x5149;&#x907A;&#x4F1D;&#x5B66;&quot;&#x306B;&#x304A;&#x3051;&#x308B;&#x6700;&#x8FD1;&#x306E;&#x9032;&#x6B69;&#x3092;&#x7D44;&#x307F;&#x8FBC;&#x307F;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x30B7;&#x30E7;&#x30A6;&#x30B8;&#x30E7;&#x30A6;&#x30D0;&#x30A8;&#x5E7C;&#x866B;&#x306B;&#x304A;&#x3051;&#x308B;&#x884C;&#x52D5;&#x306E;&#x795E;&#x7D4C;&#x57FA;&#x76E4;&#x3092;&#x7814;&#x7A76;&#x3059;&#x308B;&#x5149;&#x6D3B;&#x6027;&#x30A4;&#x30AA;&#x30F3; &#x30C1;&#x30E3;&#x30CD;&#x30EB; &#x30C1;&#x30E3;&#x30CD;&#x30EB;&#x30ED;&#x30C9;&#x30D7;&#x30B7;&#x30F3; 2 (ChR2) &#x3068;&#x7D44;&#x7E54;&#x7279;&#x7570;&#x907A;&#x4F1D;&#x5B50;&#x8868;&#x73FE;&#x306E;&#x6280;&#x8853;&#x3092;&#x4F7F;&#x7528;&#x3057;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x8A2D;&#x8A08;&#x3057;&#x3001;&#x9752;&#x306E;&#x5149;&#x30D1;&#x30EB;&#x30B9;&#x6642;&#x9593;&#x3092;&#x7D30;&#x304B;&#x304F;&#x5236;&#x5FA1;&#x3092;&#x63D0;&#x4F9B;&#x3059;&#x308B;&#x305F;&#x3081;&#x306B;&#x5B89;&#x4FA1;&#x306A;&#x7C21;&#x5358;&#x306B;&#x4F7F;&#x7528;&#x3067;&#x304D;&#x308B;&#x30B7;&#x30B9;&#x30C6;&#x30E0;&#x3092;&#x4F7F;&#x7528;&#x3057;&#x3066;&#x6F14;&#x7FD2;&#x3092;&#x5B9F;&#x65BD;&#x3057;&#x305F;.&#x5B66;&#x751F;&#x306F;&#x307E;&#x305A;&#x30B7;&#x30E7;&#x30A6;&#x30B8;&#x30E7;&#x30A6;&#x30D0;&#x30A8;&#x5E7C;&#x866B;&#x306B;&#x304A;&#x3051;&#x308B;&#x30B0;&#x30EB;&#x30BF;&#x30DF;&#x30F3;&#x9178;&#x4F5C;&#x52D5;&#x6027;&#x30CB;&#x30E5;&#x30FC;&#x30ED;&#x30F3;&#x3092;&#x6D3B;&#x6027;&#x5316;&#x3055;&#x305B;&#x308B;&#x884C;&#x52D5;&#x3078;&#x306E;&#x5F71;&#x97FF;&#x3092;&#x8ABF;&#x3079;&#x305F;&#x3057;&#x3001;&#x5E7C;&#x866B;&#x795E;&#x7D4C;&#x7B4B;&#x63A5;&#x5408;&#x90E8; (NMJ) ChR2 &#x8CE6;&#x6D3B;&#x3092;&#x4ECB;&#x3059;&#x308B;&#x306E;&#x8208;&#x596E;&#x6027;&#x63A5;&#x5408;&#x90E8;&#x96FB;&#x4F4D; (EJPs) &#x3092;&#x8A18;&#x9332;&#x3057;&#x307E;&#x3057;&#x305F;&#x3002;&#x6BD4;&#x8F03;&#x306E;&#x96FB;&#x6C17;&#x3068;&#x5149;&#x8A98;&#x767A; EJPs &#x3092;&#x793A;&#x3057;&#x3066;&#x632F;&#x5E45;&#x3068;&#x6642;&#x9593;&#x306E;&#x30B3;&#x30FC;&#x30B9;&#x306E; EJPs &#x5149;&#x8A98;&#x767A;&#x304C;&#x5927;&#x5E45;&#x306B;&#x7570;&#x306A;&#x308B;&#x305D;&#x308C;&#x3089;&#x306E;&#x795E;&#x7D4C;&#x96FB;&#x6C17;&#x523A;&#x6FC0;&#x306B;&#x3088;&#x3063;&#x3066;&#x751F;&#x6210;&#x3055;&#x308C;&#x306A;&#x3044;&#x3053;&#x3068;&#x3002;&#x3053;&#x308C;&#x3089;&#x306E;&#x6F14;&#x7FD2;&#x3092;&#x5B66;&#x751F;&#x306B;&#x795E;&#x7D4C;&#x6D3B;&#x52D5;&#x3092;&#x30EA;&#x30E2;&#x30FC;&#x30C8;&#x3067;&#x64CD;&#x4F5C;&#x3059;&#x308B;&#x305F;&#x3081;&#x306E;&#x65B0;&#x3057;&#x3044;&#x907A;&#x4F1D;&#x6280;&#x8853;&#x7D39;&#x4ECB;&#x3057;&#x3001;&#x30B7;&#x30E7;&#x30A6;&#x30B8;&#x30E7;&#x30A6;&#x30D0;&#x30A8;&#x5E7C;&#x866B; NMJ &#x3067; EJPs &#x3092;&#x8A18;&#x9332;&#x3059;&#x308B;&#x30D7;&#x30ED;&#x30BB;&#x30B9;&#x3092;&#x7C21;&#x7D20;&#x5316;&#x3057;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x6BD4;&#x8F03;&#x7684;&#x5C0F;&#x3055;&#x306A;&#x7814;&#x7A76;&#x4F5C;&#x696D;&#x304C;&#x884C;&#x308F;&#x308C;&#x3066;&#x3044;&#x308B; ChR2 &#x30B7;&#x30E7;&#x30A6;&#x30B8;&#x30E7;&#x30A6;&#x30D0;&#x30A8;&#x3092;&#x4F7F;&#x7528;&#x3059;&#x308B;&#x3001;&#x5F93;&#x3063;&#x3066;&#x5B66;&#x751F;&#x304C;&#x5C0F;&#x8AAC;&#x306E;&#x4EEE;&#x8AAC;&#x3092;&#x30C6;&#x30B9;&#x30C8;&#x3057;&#x3001;&#x79D1;&#x5B66;&#x7684;&#x8A18;&#x9332;&#x3078;&#x306E;&#x5177;&#x4F53;&#x7684;&#x306A;&#x8CA2;&#x732E;&#x3059;&#x308B;&#x6A5F;&#x4F1A;&#x3002;&#x5B66;&#x751F;&#x306E;&#x7D4C;&#x9A13;&#x306E;&#x5B9A;&#x6027;&#x7684;&#x304A;&#x3088;&#x3073;&#x5B9A;&#x91CF;&#x7684;&#x306A;&#x8A55;&#x4FA1;&#x3092;&#x793A;&#x5506;&#x3053;&#x308C;&#x3089;&#x306E;&#x6F14;&#x7FD2;&#x3082;&#x907A;&#x4F1D;&#x5B66;&#x3001;&#x7D30;&#x80DE;&#x751F;&#x7406;&#x5B66;&#x3001;&#x52D5;&#x7269;&#x306E;&#x884C;&#x52D5;&#x306E;&#x7D71;&#x5408;&#x3001;&#x304A;&#x554F;&#x3044;&#x5408;&#x308F;&#x305B;&#x30D9;&#x30FC;&#x30B9;&#x306E;&#x7814;&#x7A76;&#x3092;&#x63A8;&#x9032;&#x3057;&#x306A;&#x304C;&#x3089;&#x30B7;&#x30CA;&#x30D7;&#x30B9;&#x4F1D;&#x9054;&#x306E;&#x539F;&#x5247;&#x3092;&#x4F1D;&#x3048;&#x308B;&#x306B;&#x5F79;&#x7ACB;&#x3061;&#x307E;&#x3059;&#x3002;

&#x5149;&#x907A;&#x4F1D;&#x5B66;&#x306E;&#x6559;&#x80B2;&#x7814;&#x7A76;&#x6240;&#xFF1A; &#x30C1;&#x30E3;&#x30CD;&#x30EB;&#x30ED;&#x30C9;&#x30D7;&#x30B7;&#x30F3; 2 &#x3092;&#x4F7F;&#x7528;&#x3057;&#x3066;&#x52D5;&#x4F5C;&#x3068;&#x30B7;&#x30CA;&#x30D7;&#x30B9;&#x306E;&#x751F;&#x7406;&#x5B66;&#x30B7;&#x30E7;&#x30A6;&#x30B8;&#x30E7;&#x30A6;&#x30D0;&#x30A8;&#x306E;&#x795E;&#x7D4C;&#x57FA;&#x76E4;&#x3092;&#x7814;&#x7A76;&#x3057;&#x307E;&#x3059;&#x3002;

&#xC5EC;&#xAE30; &#xC6B0;&#xB9AC;&#xB294; &#xC2E0;&#xACBD; &#xACFC;&#xD559; &#xC2E4;&#xD5D8;&#xC2E4; &#xC5F0;&#xC2B5;&#xC73C;&#xB85C; Drosophila neurogenetics &#xBC0F; &quot;optogenetics&quot;&#xC758; &#xCD5C;&#xADFC; &#xBC1C;&#xC804;&#xC744; &#xD1B5;&#xD569;. &#xCD08;&#xD30C;&#xB9AC; &#xC560;&#xBC8C;&#xB808;&#xC5D0;&#xC11C; &#xD589;&#xB3D9;&#xC758; &#xC2E0;&#xACBD; &#xAE30;&#xCD08; &#xACF5;&#xBD80; &#xBE5B; &#xC774;&#xC628; &#xCC44;&#xB110; channelrhodopsin-2 (ChR2) &#xBC0F; &#xC870;&#xC9C1; &#xAD00;&#xB828; &#xC720;&#xC804;&#xC790; &#xD45C;&#xD604; &#xAE30;&#xBC95;&#xC744; &#xC0AC;&#xC6A9; &#xD588;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC6B0;&#xB9AC;&#xAC00; &#xC124;&#xACC4; &#xD558; &#xACE0; &#xAD6C;&#xD604; &#xAD1C; &#xCC2E; &#xC544; &#xC694; &#xC2DC;&#xAC04;&#xC801; &#xCEE8;&#xD2B8;&#xB864;&#xACFC; &#xBE14;&#xB8E8; &#xAD11; &#xD384;&#xC2A4;&#xB97C; &#xC81C;&#xACF5; &#xD558;&#xAE30; &#xC704;&#xD55C; &#xC800;&#xB834; &#xD55C;, &#xC0AC;&#xC6A9; &#xD558;&#xAE30; &#xC26C;&#xC6B4; &#xC2DC;&#xC2A4;&#xD15C;&#xC744; &#xC0AC;&#xC6A9; &#xD558; &#xC5EC; &#xC5F0;&#xC2B5;. &#xD559;&#xC0DD; &#xBA3C;&#xC800; &#xCD08;&#xD30C;&#xB9AC; &#xC560;&#xBC8C;&#xB808;&#xC5D0;&#xC11C; glutamatergic &#xC2E0;&#xACBD; &#xD65C;&#xC131;&#xD654;&#xC758; &#xD589;&#xB3D9; &#xD6A8;&#xACFC; &#xAC80;&#xC0AC; &#xD558; &#xACE0; &#xC560;&#xBC8C;&#xB808; &#xC2E0;&#xACBD; &#xADFC;&#xC721; &#xD559; &#xAD50;&#xCC28;&#xB85C; (NMJ)&#xC5D0;&#xC11C; ChR2 &#xD65C;&#xC131;&#xD654; &#xD558; &#xC5EC; &#xC911;&#xC7AC; &#xD765;&#xBD84; &#xC131;&#xC758; &#xC811;&#xD569; &#xC7A0;&#xC7AC;&#xB825; (EJPs)&#xB97C; &#xAE30;&#xB85D;. &#xBE44;&#xAD50;&#xC758; &#xC804;&#xAE30;&#xC801;&#xC73C;&#xB85C; &#xBE5B;&#xC744; &#xBD88;&#xB7EC; &#xC77C;&#xC73C;&#xCF30;&#xB2E4; EJPs &#xC9C4;&#xD3ED; &#xBC0F; &#xBE5B; &#xAC16;&#xB294; Ejps&#xC758; &#xC2DC;&#xAC04; &#xCF54;&#xC2A4;&#xB294; &#xD06C;&#xAC8C; &#xC804;&#xAE30; &#xC2E0;&#xACBD; &#xC790;&#xADF9;&#xC5D0; &#xC758;&#xD574; &#xC0DD;&#xC131; &#xB41C; &#xB2E4;&#xB985;&#xB2C8;&#xB2E4; &#xD558;&#xC9C0; &#xBCF4;&#xC5EC; &#xC90D;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC774; &#xC6B4;&#xB3D9; &#xC2E0;&#xACBD; &#xD65C;&#xB3D9;&#xC744; &#xC6D0;&#xACA9;&#xC73C;&#xB85C; &#xC870;&#xC791; &#xD558;&#xAE30; &#xC704;&#xD55C; &#xC0C8;&#xB85C;&#xC6B4; &#xC720;&#xC804;&#xC790; &#xAE30;&#xC220;&#xC5D0; &#xD559;&#xC0DD;&#xC744; &#xC18C;&#xAC1C; &#xD558; &#xACE0; &#xCD08;&#xD30C;&#xB9AC; &#xC560;&#xBC8C;&#xB808; NMJ&#xC5D0;&#xC11C; Ejps&#xB97C; &#xAE30;&#xB85D; &#xD558;&#xB294; &#xD504;&#xB85C;&#xC138;&#xC2A4;&#xB97C; &#xB2E8;&#xC21C;&#xD654;. &#xC0C1;&#xB300;&#xC801;&#xC73C;&#xB85C; &#xC791;&#xC740; &#xC5F0;&#xAD6C; &#xC791;&#xC5C5; &#xC870;&#xAC74;&#xC774; &#xCD08;&#xD30C;&#xB9AC;&#xC5D0; Chr2&#xC744; &#xC0AC;&#xC6A9; &#xD558; &#xC5EC;, &#xADF8;&#xB798;&#xC11C; &#xD559;&#xC0DD; &#xB4E4;&#xC740; &#xC0C8;&#xB85C;&#xC6B4; &#xAC00;&#xC124;&#xC744; &#xD14C;&#xC2A4;&#xD2B8; &#xD558; &#xACE0; &#xACFC;&#xD559;&#xC801; &#xAE30;&#xB85D;&#xC5D0; &#xC2E4;&#xC9C8;&#xC801;&#xC778; &#xAE30;&#xC5EC;&#xB97C; &#xD560; &#xC218; &#xC788;&#xB294; &#xAE30;&#xD68C;. &#xD559;&#xC0DD; &#xACBD;&#xD5D8;&#xC758; &#xC9C8;&#xC801; &#xBC0F; &#xC591;&#xC801; &#xD3C9;&#xAC00;&#xC774; &#xC5F0;&#xC2B5; &#xB610;&#xD55C; &#xC720;&#xC804;&#xD559;, &#xC138;&#xD3EC; &#xC0DD;&#xB9AC;&#xD559;&#xACFC; &#xB3D9;&#xBB3C; &#xD589;&#xB3D9;&#xC758; &#xD1B5;&#xD569; &#xBC0F; &#xC870;&#xC0AC; &#xC5F0;&#xAD6C;&#xB97C; &#xCD94;&#xC9C4; &#xD558;&#xBA74;&#xC11C; &#xC2DC; &#xB0C5; &#xC2A4; &#xC804;&#xC1A1;&#xC758; &#xC6D0;&#xB9AC;&#xB97C; &#xC804;&#xB2EC; &#xD558;&#xAE30;&#xB294; &#xAC83;&#xC774; &#xC88B;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4;.

&#xAD50;&#xC721; &#xC5F0;&#xAD6C;&#xC18C;&#xC5D0;&#xC11C; Optogenetics: channelrhodopsin-2&#xB97C; &#xC0AC;&#xC6A9; &#xD558; &#xC5EC; &#xB3D9;&#xC791; &#xBC0F; &#xCD08;&#xD30C;&#xB9AC;&#xC5D0;&#xC11C; &#xC2DC; &#xB0C5; &#xC2A4; &#xC0DD;&#xB9AC;&#xD559;&#xC758; &#xC2E0;&#xACBD; &#xAE30;&#xCD08;&#xB97C; &#xACF5;&#xBD80; &#xD558;.

Aqu&iacute; incorporamos los avances recientes en Drosophila Neurogen&eacute;tica y &quot;Optogen&eacute;tica&quot; en ejercicios de laboratorio de neurociencia. Utilizamos el ion activado por luz canal channelrhodopsin-2 (ChR2) y t&eacute;cnicas de expresi&oacute;n g&eacute;nica espec&iacute;fica de tejido para estudiar la base neural de la conducta en larvas de Drosophila. Dise&ntilde;amos e implementamos ejercicios utilizando sistemas de bajo costo, f&aacute;cil de usar para la entrega de pulsos de luz azules con fino control temporal. Los estudiantes primero examinaran los efectos conductuales de activar las neuronas glutamat&eacute;rgica en larvas de Drosophila y luego registr&oacute; potenciales junctional excitatorios (EJPs) mediados por la activaci&oacute;n de la ChR2 en la Uni&oacute;n neuromuscular larvaria (NMJ). Comparaci&oacute;n de el&eacute;ctricamente y EJPs luz-evocado demuestra que las amplitudes y evoluci&oacute;n temporal de EJPs luz-evocados no es significativamente diferentes de las generadas por la estimulaci&oacute;n el&eacute;ctrica del nervio. Estos ejercicios introducen a los alumnos a la nueva tecnolog&iacute;a gen&eacute;tica para manipular remotamente la actividad de los nervios, y simplifican el proceso de grabaci&oacute;n de EJPs en el NMJ larva de Drosophila. Relativamente poco trabajo de investigaci&oacute;n se ha realizado utilizando ChR2 en Drosophila, as&iacute; que los estudiantes tienen oportunidades para probar nuevas hip&oacute;tesis y hacer contribuciones tangibles para el registro cient&iacute;fico. Evaluaci&oacute;n cualitativa y cuantitativa de estudiante experiencias sugieren que estos ejercicios ayudan a transmitir los principios de la transmisi&oacute;n sin&aacute;ptica promoviendo tambi&eacute;n estudios e integrativas basada en la indagaci&oacute;n de comportamiento animal, gen&eacute;tica y fisiolog&iacute;a celular.

Optogen&eacute;tica en el laboratorio de ense&ntilde;anza: uso de channelrhodopsin-2 para estudiar las bases neuronales del comportamiento y la fisiolog&iacute;a sin&aacute;ptica en Drosophila.

Nicholas J. Hornstein

Department of Biology

Brandeis

Channelrhodopsin2 Mediated Stimulation of Synaptic Potentials at Drosophila Neuromuscular Junctions

Nicholas J. Hornstein

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Brandeis

Channelrhodopsin2 Mediated Stimulation of Synaptic Potentials at Drosophila Neuromuscular Junctions

Department of Biology