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Method Article
Ein schneller In-vivo- Test für neuromodulatorische Verbindungen mit dem Riesen-Fiber System (GFS) von Test Drosophila melanogaster Beschrieben. Nanoinjections im Kopf des Tieres zusammen mit elektrophysiologischen Ableitungen der GFS offenbaren kann Bioaktivität von Verbindungen auf Neuronen oder Muskeln.
Screening von Verbindungen für die in vivo-Aktivität kann in einem ersten Schritt die Kandidaten, die in pharmakologischen Mitteln 1,2 entwickelt werden kann, zu identifizieren verwendet werden. Wir haben ein neues nanoinjection / Elektrophysiologie Assay, der die Detektion der bioaktiven modulatorische Wirkungen von Verbindungen auf die Funktion eines neuronalen Schaltung, vermittelt die Fluchtreaktion in Drosophila melanogaster 3,4 ermöglicht. Unsere in vivo Assay, der die Drosophila Riesenfaser System (GFS, Abbildung 1) können Screening von verschiedenen Arten von Verbindungen, wie kleine Moleküle oder Peptide verwendet, und erfordert nur sehr geringe Mengen, um eine Wirkung hervorrufen. Darüber hinaus bietet das Drosophila GFS eine große Vielfalt an mögliche molekulare Zielstrukturen auf Neuronen oder Muskeln. Die Riesen-Fibers (GF) elektrisch Synapse (Gap Junctions) sowie chemisch (cholinergen) auf eine periphere Synapsing Interneuron (PSI) und der Tergo Trochanteral Muscle Neuron (TTMn) 5 6. Schließlich sind die neuromuskulären Endplatten (NMJ) des TTMn und der DLMn mit dem Sprung (TTM) und Flugmuskeln (DLM) glutamatergen 12.07. Hier zeigen wir, wie man Nanolitermengen einer Verbindung zu injizieren, die trotzdem eine elektrophysiologische intrazelluläre Ableitungen aus dem Riesen-Fiber System 13 und wie man die Wirkungen der Verbindung auf die Funktion dieser Schaltung zu überwachen. Wir zeigen Spezifität des Tests mit Methyllycaconitine Citrat (MLA), ein nAChR-Antagonist, der die Verbindung zum PSI DLMn aber nicht die Verbindung zu GF oder die Funktion des NMJ am Sprung oder Flug Muskeln TTMn stört.
Vor Beginn dieses Video ist es wichtig, dass Sie genau beobachten und sich mit dem JoVE Video mit dem Titel "elektrophysiologischen Ableitungen aus dem Riesen-Fiber Pathway von D. Melanogaster "von Augustin et al 7, da das Video hier vorgestellt wird als Erweiterung dieser herkömmlichen Technik bestimmt. Hier haben wir die elektrophysiologischen Verfahren und Fokus verwenden im Detail nur für die Aufnahme eines der gepaarten nanoinjections und Überwachungstechnik.
1. Elektrophysiologie Rig Set-up
2. Nanoinjection Set-up
3. Drosophila melanogaster Vorbereitung
4. Gepaart Nanoinjection / Elektrophysiologie
Hinweis: Die Elektrophysiologie Spuren in dem Video gezeigt werden, sind nicht auf die Wirkungen von reinem Farbstoffinjektion entsprechen.
5. Repräsentative Ergebnisse
Wirkung eines Antagonisten am PSI zur Synapse des Riesen Fiber System DLM
Methyllycaconitine Citrat (MLA) ist ein nAChR-Antagonisten, die spezifisch für α7 nAChR-Subtypen ist. Die PSI zu Synapse in der GF-DLM Weg DLMn ist abhängig von der Dα7 nAChR-Subtyp für die ordnungsgemäße Funktion, während die genetische Entfernung von Dα7 nAChR-Subtyp hat keine Auswirkung auf die GF-Weg TTM 5,6. Um die Spezifität und Sensitivität unserer Test zeigen wir, injiziert MLA in unterschiedlichen Konzentrationen (0, 0,02, 0,04, 0.08, injiziert 0,12 ng / mg, 46 nl) in den Kopf des Tieres (n = 10 pro Verbindung Behandlung, n = 15 für Kochsalzlösung Behandlung). Nur männlichen Fliegen (des Wildtyp-Genotyp Wildtyp 10E) verwendet wurden, und die Wirkung der Verbindung wurde für insgesamt 15 Minuten nach der Injektion überwacht.
Abbildung 5 zeigt den Unterschied zwischen Baseline-Aufnahmen vor der Injektion erhalten und diese nach der Injektion in Reaktion auf MLA und Kochsalzlösung Control-Lösung erhalten. Wir fanden, dass die Injektion von MLA resultierte in der Unfähigkeit der GF-DLM Weg zum Eins-zu-eins bei 100 Hz folgen durch Reize der GfS im Gehirn während der GF-TTM Weg unbeeinflusst blieb. (Abbildung 5, Top-und mittleren Spur, t-Test zwischen Kochsalzlösung bei den Kontrollen [0 ng / mg] und den verschiedenen Konzentrationen von MLA zu jedem Zeitpunkt durchgeführt werden, es sei denn die Daten sind nicht-parametrische [Normalität und gleiche Varianzen getestet], da wir sonst verwenden ein Mann-Whitney-Rangsummentest. * p <0,001). Jedoch eine Eins-zu-Eins-response des DLM wurde beobachtet, wenn die motorischen Neurone wurden direkt (Abbildung 5, untere Kurve) stimuliert, die belegen, dass die NMJ Funktion des DLM und TTM nicht durch MLA betroffen. MLA erschien auf seine maximale Wirkung 1 Minute nach der Injektion zu erreichen für 0,04, 0,08 und 0,12 ng / mg MLA injiziert, da keine weiteren signifikanten Veränderungen während der folgenden 15 Minuten der Testphase festgestellt wurden. Darüber hinaus erreicht die Verbindung eine maximale Wirkung bei 0,08 ng / mg seit stärkere Reaktionen wurden nicht mit der höheren Dosierung von 0,12 ng / mg beobachtet.
Abbildung 1. Der Riese Fiber System Diagram of the Giant Fiber System (GFS). The Giant Fibers (GFS, in rot dargestellt) elektrisch Synapse (Gap Junctions) sowie chemisch (cholinergen) auf eine periphere Synapsing Interneuron (PSI, in grün dargestellt) und die Tergo Trochanteral Muscle Neuron (TTMn, gelb dargestellt) 5. Die PSIch DLMn (Dorsal Längsmuskulatur Neuron, in blau dargestellt) Verbindung ist abhängig von Dα7 nAChR-Subtyp 6. Schließlich wird der neuromuskulären Synapse (NMJ) des TTMn und der DLMn auf dem Sprung (TTM, dargestellt in lila) und Flugmuskeln (DLM, dargestellt in lila) ist Glutamat.
Hinweis: Die GF zu PSI-Verbindung ist sowohl elektrische und chemische. In shakB Mutanten (die Gap Junctions fehlt), kann keine Antwort von der DLM bei der Stimulation des GF im Gehirn aufgenommen werden, zeigt, daß die chemische Komponente in Abwesenheit von elektrischen Verbindungen nicht ausreicht, um ein Aktionspotential in der hervorzurufen PSI 5,16-18. Weil der GF zu PSI-Verbindung ist abhängig von Gap Junction zeigt diese Figur nur den Gap Junction an der Synapse der Einfachheit halber.
Abbildung 2.
Mikromanipulatoren set-up.
Abbildung 3. Abgeschrägte Injektion Mikropipette. Ein Diagramm eines ordnungsgemäß abgeschrägt Mikropipette wird hier gezeigt. Die Elektrode Öffnung sollte in einem 45 Grad-Winkel abgeschrägt sein und eine Öffnung zwischen 11 und 17 um. Ein richtiges abgeschrägte Injektion Mikropipette ist von entscheidender Bedeutung für einen reibungslosen Injektion mit minimalem dAmage zur Fliege.
Abbildung 4. Allgemeine Systematik des nanoinjection / Elektrophysiologie-Protokoll. Eine repräsentative Darstellung des Gesamtkonzepts für die nanoinjection / Elektrophysiologie-Protokoll. Beginnen Sie mit dem Erhalt einer Grundlinie Aufnahme durch die Stimulierung der Riesen-Fibers (GF) bei 100 Hz mit 10 von 10 Zügen je Reize (nur ein Zug hier abgebildet). Vor der Injektion beginnen die 1-Hz-Stimulation eine Sekunde auseinander. Während der Injektion (während Injektor angeschlossen wird beim Control Box), werden Sie feststellen, erhebliche Geräuschkulisse, jedoch nicht beenden die Aufnahmen. Nach der Injektion (und Injektor wird vom Steuergerät unplugged), weiterhin die 1-Hz-Stimulation für etwa 1 Minute. Schließlich gehen Sie auf das GVS mit 10 Züge von 10 Stimuli Spannung bei 100 Hz und weiterhin die Funktion der GF Wege mit diesem Paradigma alle 5 Minuten bis zu 15 Minuten zu testen. Hinweis: Aufnahmen were manipuliert werden, um die allgemeine Systematik zu schaffen und repräsentieren nicht ein bestimmtes Ergebnis zu erhalten. Nicht maßstabsgetreu sind nicht alle Spuren gezeigt. Klicken Sie hier für ein größeres Bild .
Abbildung 5. Die Auswirkungen der MLA in der GFS.
Die nanoinjection / Elektrophysiologie Bioassay hier vorgestellten ermöglicht eine schnelle Screening von Verbindungen im Nervensystem der Fruchtfliege. Dies ist ein neues in vivo-Technik, die kleine Mengen einer Verbindung benötigt, um einen Effekt auf einer Vielzahl von molekularen Zielstrukturen in einer gut charakterisierten neuronalen Schaltung auszulösen. Dieses Verfahren kann verwendet werden, um die Bioaktivität von verschiedenen Verbindungen zu testen, von unbekannten Toxine im Handel erhältlich p...
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Wir möchten die Mitglieder des Mari-Labor und das Labor Godenschwege, insbesondere Aline Yonezawa anerkennen, für Kommentare und helfen mit diesem Protokoll. Diese Arbeit wurde vom National Institute for Neurological Disorders and Stroke Zuschuss R21NS06637 von UKW-und TAG finanziert werden; AB wurde von der National Science Foundation Award Nummer 082925, URM finanziert: Integrative Biologie für zukünftige Forscher.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Name des Reagenzes | Firma | Katalog-Nummer | Kommentare |
Recording Glaselektroden: Borosilikatglas Kapillaren | World Precision Instruments | 1B100F-4 | 1,0 mm Außendurchmesser, 0,58 mm ID |
Stimulator | Grass Instruments | Modell S48 | |
Verstärker | Erste Instruments Inc. | Modell 5A | |
Datenerfassungs-Software: Digidata | Molecular Devices | Modell 1440A | |
Software zur Datenerfassung: pCLAMP | Molecular Devices | Version 10 | |
Stereomikroskop wit LWL-Mikroskop Ringlicht | AmScope | SM-4T Modell HL250-AR | |
Binokular für die Montage | AmScope | SM-2TZ | |
Kite & Manuelle Mikromanipulator Schwenkfuß | World Precision Instruments | Model # M3301 Kite: Model # KITE-M3-L | |
Drosophila melanogaster Wilde 10E-Genotyp (Wildtyp) | Bloomington Stock Center | Stock # 3892 | |
Vertikale Pipette Abzieher | David Kopf Instruments | Modell 700C | |
Injection Glasmikropipetten: Borosilikatglas Kapillaren | World Precision Instruments | Katalog # 4878 | OD 1,14 mm, 0,5 mm ID |
Silikonöl | Fischer | Katalog # S159-500 | |
Beveler | Sutter Instrument Co. | KT Braun Typ Model # BV-10 | |
Nanoliter2000 | World Precision Instruments | Katalog # B203XVY | |
Blaue Lebensmittelfarbe | McCormick | N / A | Zutaten: Wasser, Propylenglykol, FD & C Blue 1, und 0,1% Propylparaben (Konservierungsmittel). |
Methyllycaconitine Citrat (MLA) | Tocris Bioscience | Katalog # 1029 | |
Kunststoff-Wachs-Sticks | Hygenic Corporation (Akron Ohio USA) |
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