Erfahrungsabhängiger Umbau der synaptischen Konnektivität von olfaktorischen sensorischen Neuronen im juvenilen Gehirn in einer kritischen Phase im frühen Leben

Zusammenfassung

Wir beschreiben hier Methoden zur Induktion und Analyse des olfaktorischen erfahrungsabhängigen Umbaus von synaptischen Glomeruli des Antennenlappens im juvenilen Gehirn von Drosophila .

Zusammenfassung

Die olfaktorische sensorische Erfahrung im frühen Leben induziert einen dramatischen synaptischen Glomeruli-Umbau im jugendlichen Gehirn von Drosophila , der erfahrungsabhängig dosisabhängig, zeitlich begrenzt und nur in einer kurzen, genau definierten kritischen Periode vorübergehend reversibel ist. Die Richtungsabhängigkeit des Umbaus der synaptischen Konnektivität von Gehirnschaltkreisen wird durch den spezifischen Geruchsstoff bestimmt, der auf die Rezeptorklasse der Befragten von olfaktorischen sensorischen Neuronen wirkt. Im Allgemeinen exprimiert jede Neuronenklasse nur einen einzigen Geruchsrezeptor und innerviert einen einzelnen olfaktorischen synaptischen Glomerulus. Im genetischen Modell von Drosophila wurde das gesamte Spektrum der olfaktorischen Glomeruli anhand der Reaktionsfähigkeit von Geruchsstoffen und der Verhaltensleistung genau kartiert. Der Geruchsstoff Ethylbutyrat (EB) aktiviert Or42a-Rezeptorneuronen, die den VM7-Glomerulus innervieren. Während der kritischen Phase im frühen Leben führt die EB-Erfahrung zu einer dosisabhängigen Synapseneliminierung in den olfaktorischen sensorischen Neuronen von Or42a. Zeitlich begrenzte Zeiträume der dosierten Exposition gegenüber EB-Odorstoffen ermöglichen die Untersuchung der erfahrungsabhängigen Beschneidung der Schaltkreiskonnektivität im juvenilen Gehirn. Die konfokale Mikroskopie der synaptischen Glomeruli des Antennenlappens erfolgt mit Or42a-Rezeptor-gesteuerten transgenen Markern, die eine Quantifizierung der Synapsenzahl und des Innervationsvolumens ermöglichen. Das ausgeklügelte genetische Toolkit von Drosophila ermöglicht die systematische Aufschlüsselung der zellulären und molekularen Mechanismen, die den Umbau von Gehirnschaltkreisen vermitteln.

Einleitung

Der Umbau der Schaltkreise des juvenilen Gehirns während des frühen Lebens stellt die letzte Chance für großflächige Veränderungen der synaptischen Konnektivität dar, um der hochgradig variablen, unvorhersehbaren Umgebung, in die ein Tier geboren wird, gerecht zu werden. Als die am häufigsten vorkommende Gruppe von Tieren teilen Insekten diesen evolutionär konservierten, grundlegenden Mechanismus des Umbaus in der kritischen Periode¹. Kritische Perioden beginnen mit dem Einsetzen des sensorischen Inputs, weisen reversible Schaltkreisänderungen auf, um die Konnektivität zu optimieren, und schließen sich dann, we....

Protokoll

1. Exposition gegenüber Geruchsstoffen

1. Mit einem feinen Pinsel werden 40-50 Tiere im Entwicklungsstadium als dunkle Puppen (90+ h nach der Pupariation bei 25 °C) in 25 mm x 95 mm große Styropor-Drosophila-Fläschchen mit Standardfutter aus Maismehlmelasse sortiert (Abbildung 1A).
2. Legen Sie feines Edelstahldrahtgeflecht über das Ende der Drosophila-Fläschchen , um die Fliegen einzudämmen und gleichzeitig eine gute Luftzirkulation zu ermöglichen. Befestigen Sie die Drahtgeflechtkappen mit einer transparenten Folie an der Seite der Drosophila-Fläschch....

Diskussion

Das hier vorgestellte Protokoll zur Exposition gegenüber Geruchsstoffen und zur Bildgebung des Gehirns kann verwendet werden, um die erfahrungsabhängige Beschneidung der synaptischen Glomeruli durch olfaktorische sensorische Neuronen während einer kritischen Phase im frühen Leben zuverlässig zu induzieren und zu quantifizieren. Frühere Studien, die dieses Behandlungsparadigma zur Erforschung des Umbaus des olfaktorischen Schaltkreises verwendeten, begannen mit der Geruchsexposition.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
For Odor Exposure
Drosophila vials	Genesee Scientific	32-110
Ethyl butyrate	Sigma Aldrich	E15701
Microcentrifuge tubes	Fisher Scientific	05-408-129
Mineral oil	Sigma Aldrich	M3516
Odor chambers	Glasslock
Paint brushes	Winsor & Newton	Series 233
Parafilm	Thermofisher	S37440
Wire mesh	Scienceware	378460000
Brain Dissection
Ethanol, 190 proof	Decon Labs	2801	Diluted to 70%
Forceps	Fine Science Tools	11251-30	Dumont #5
Paraformaldehyde	Electron Microscope Sciences	157-8	Diluted to 4%
Petri dishes	Fisher Scientific	08-757-100B
Phosphate-buffered saline	Thermo Fisher Scientific	70011-044	Diluted to 1x
Sucrose	Fisher Scientific	BP220-1
Sylgard	Electron Microscope Sciences	24236-10
Triton-X 100	Fisher Scientific	BP151-100
Brain Immunocytochemistry
488 goat anti-chicken	Invitrogen	A11039
546 goat anti-rat	Invitrogen	A11081
Bovine serum albumin	Sigma Aldrich	A9647
Chicken anti-GFP	Abcam	13970
Coverslips	Avantor	48366-067	25 x 25 mm
Double-sided tape	Scotch	34-8724-5228-8
Fluoromount-G	Electron Microscope Sciences	17984-25
Microscope slides	Fisher Scientific	12-544-2	75 x 25 mm
Nail polish	Sally Hansen	109	Xtreme Wear, Invisible
Normal goat serum	Sigma Aldrich	G9023
Rat anti-CadN	Developmental Studies Hybridoma Bank	AB_528121
Confocal/Analysis
Any computer/laptop
Confocal microscope	Carl Zeiss		Zeiss 510 META
Fiji software	Fiji		Version 2.14.0/1.54f