Optogenetic Perturbation of Neural Activity with Laser Illumination in Semi-intact <em>Drosophila</em> Larvae in Motion

Drosophila larval locomotion is a splendid model system in developmental and physiological neuroscience, by virtue of the genetic accessibility of the ...

The University of Tokyo

the university of tokyo

Cell adhesion molecules (CAMs) are thought to mediate interactions between innervating axons and their targets. However, such interactions have not been directly observed in vivo. In this paper, we study the function and dynamics of Fasciclin2 (Fas2), a homophilic CAM expressed both pre- and postsynaptically during neuromuscular synapse formation in Drosophila melanogaster. We apply live imaging of functional fluorescent fusion proteins expressed in muscles and find that Fas2 and Discs-Large (Dlg; a scaffolding protein known to bind Fas2) accumulate at the synaptic contact site soon after the arrival of the nerve. Genetic, deletion, and photobleaching analyses suggest that Fas2-mediated trans-synaptic adhesion is important for the postsynaptic accumulation of both Fas2 itself and Dlg. In fas2 mutants, many aspects of synapse formation appear normal; however, we see a reduction in the synaptic accumulation of Scribble (another scaffolding protein) and glutamate receptor subunits GluRIIA and GluRIIB. We propose that Fas2 mediates trans-synaptic adhesion, which contributes to postsynaptic molecular assembly at the onset of synaptogenesis.

In vivo induction of postsynaptic molecular assembly by the cell adhesion molecule Fasciclin2.

Mol&eacute;cules d&#39;adh&eacute;rence cellulaire (CAMs) sont consid&eacute;r&eacute;s comme les interactions entre les axones innervating et leurs cibles. Cependant, ces interactions n&#39;ont pas &eacute;t&eacute; directement observ&eacute;es in vivo. Dans cet article, nous &eacute;tudions la fonction et la dynamique de Fasciclin2 (Fas2), une CAM homophile exprim&eacute;es avant et postsynaptique au cours de la formation des synapses neuromusculaires chez Drosophila melanogaster. Nous appliquons en imagerie des prot&eacute;ines de fusion fluorescente fonctionnelle exprim&eacute;es dans les muscles et trouve que Fas2 et disques-Large (Dlg ; une prot&eacute;ine d&#39;&eacute;chafaudage pour lier Fas2) s&#39;accumulent sur le site de contact synaptique peu apr&egrave;s l&#39;arriv&eacute;e du nerf. Des analyses g&eacute;n&eacute;tiques, suppression et photoblanchiment sugg&egrave;rent qu&#39;adh&eacute;rence trans-synaptique induite par le Fas2 est important pour l&#39;accumulation postsynaptique de deux Fas2 elle-m&ecirc;me et Dlg. Chez les mutants fas2, beaucoup d&#39;aspects de la formation des synapses semble normaux ; Cependant, nous constatons une r&eacute;duction de l&#39;accumulation synaptique de dessin &agrave; main lev&eacute;e (une autre prot&eacute;ine d&#39;&eacute;chafaudage) et sous-unit&eacute;s de r&eacute;cepteurs de glutamate GluRIIA et GluRIIB. Nous proposons que Fas2 m&eacute;die trans-synaptique adh&eacute;sion, ce qui contribue &agrave; une Assembl&eacute;e mol&eacute;culaire postsynaptique au d&eacute;but de la synaptog&eacute;n&egrave;se.

Induction in vivo de postsynaptique Assembl&eacute;e mol&eacute;culaire de la mol&eacute;cule d&#39;adh&eacute;sion cellulaire Fasciclin2.

Molecole di adesione cellulare (CAMs) sono pensati per mediare le interazioni tra i loro obiettivi e innervating assoni. Tuttavia, tali interazioni non sono state direttamente osservate in vivo. In questa carta, studiamo la funzione e la dinamica di Fasciclin2 (Fas2), un CAM omofilo espressi entrambi pre e postsynaptically durante la formazione di sinapsi neuromuscolare in Drosophila melanogaster. Applichiamo live imaging delle proteine di fusione fluorescenti funzionale espressa nei muscoli e trovare che Fas2 e dischi grandi (Dlg; una proteina ponteggi noto per associare Fas2) si accumulano nel sito contatto sinaptico subito dopo l&#39;arrivo del nervo. Analisi genetica, eliminazione e photobleaching suggeriscono che l&#39;adesione trans-sinaptica Fas2-mediata &egrave; importante per l&#39;accumulo postsinaptica di entrambi Fas2 stesso e Dlg. Fas2 mutanti, molti aspetti della formazione di sinapsi appaiono normali; Tuttavia, vediamo una riduzione nell&#39;accumulo sinaptica di scarabocchio (un&#39;altra proteina ponteggi) e glutammato subunit&agrave; del recettore GluRIIA e GluRIIB. Proponiamo che Fas2 media adesione trans-sinaptica, che contribuisce all&#39;assemblaggio molecolare postsinaptica all&#39;esordio della pervasivi.

Induzione in vivo dell&#39;Assemblea molecolare postsinaptica dalla molecola di adesione delle cellule Fasciclin2.

While much evidence suggests that postsynaptic dynamism contributes to the formation of synapses, few studies have addressed its possible role in target selection. Do postsynaptic motile structures seek specific synaptic partner cells, as does the presynaptic growth cone? Here we studied the dynamics of myopodia, postsynaptic filopodia in Drosophila muscles, and the role of Capricious (CAPS) during the process of synaptic matchmaking. CAPS is a target recognition molecule with an extracellular domain containing leucine-rich repeat sequences. It is expressed in specific subsets of embryonic/larval body wall muscles, including muscle 12 (M12). We provide evidence that implicates the tips of myopodia as loci of initial neuromuscular recognition: (1) CAPS, expressed as a GFP-fusion protein in M12, accumulated at the tips of myopodia; and (2) simultaneous live imaging of presynaptic motoneurons and postsynaptic myopodia revealed that initial neuromuscular contacts occur at the tips of myopodia. The live imaging also showed that individual postsynaptic myopodia appear to be able to discriminate partner and non-partner presynaptic cells: whereas many myopodial contacts with the partner motoneurons are stabilized to form synapses, those with non-partner neurons are retracted. In caps mutants, or in double mutants lacking both CAPS and the closely related protein Tartan, we observed fewer contacts between myopodia of M12 and the presynaptic growth cones during the process of initial neuromuscular interaction. The nascent synaptic sites of M12 were also reduced. These results provide evidence for the sensing function of postsynaptic filopodia, and implicate Caps-mediated recognition at the tips of myopodia in synaptic matching.

Target recognition at the tips of postsynaptic filopodia: accumulation and function of Capricious.

Nombreuses mises en &eacute;vidence sugg&egrave;re que le dynamisme postsynaptique contribue &agrave; la formation des synapses, peu d&#39;&eacute;tudes ont abord&eacute; son r&ocirc;le &eacute;ventuel dans la s&eacute;lection de la cible. Structures mobiles postsynaptiques poursuivent cellules partenaire synaptique sp&eacute;cifique, comme le fait le c&ocirc;ne de croissance pr&eacute;synaptique ? Ici, nous avons &eacute;tudi&eacute; la dynamique des myopodia, des filopodes postsynaptique dans les muscles de la drosophile et le r&ocirc;le de capricieux (CAPS) pendant le processus de jumelage synaptique. CAPS est une mol&eacute;cule cible de reconnaissance avec un domaine extracellulaire contenant des s&eacute;quences r&eacute;p&eacute;t&eacute;es de leucine-rich. Elle s&#39;exprime dans des sous-ensembles sp&eacute;cifiques de la paroi du corps embryonnaire et larvaire muscles, y compris le muscle 12 (M12). Nous fournissons une preuve qui implique le bout des myopodia des loci de la comptabilisation initiale neuromusculaire: (1) casquettes, exprim&eacute; comme une prot&eacute;ine GFP-fusion en M12, accumulent &agrave; l&#39;extr&eacute;mit&eacute; des myopodia ; et (2) l&#39;imagerie simultan&eacute;e direct des motoneurones pr&eacute;synaptiques et postsynaptique myopodia a r&eacute;v&eacute;l&eacute; que les premiers contacts neuromusculaires se produisent &agrave; l&#39;extr&eacute;mit&eacute; des myopodia. L&#39;imagerie live aussi ont montr&eacute; que myopodia postsynaptique individuel semblent capables de discriminer les cellules pr&eacute;synaptiques partenaires et non partenaires : alors que les nombreux contacts de myopodial avec les motoneurones du partenaire sont stabilis&eacute;s &agrave; forme synapses, ceux dont les neurones non partenaires sont r&eacute;tract&eacute;es. Chez les mutants de casquettes, ou en doubles mutants d&eacute;pourvus de casquettes et la prot&eacute;ine apparent&eacute;e Tartan, nous avons observ&eacute; moins de contacts entre myopodia de M12 et les c&ocirc;nes de croissance pr&eacute;synaptique au cours du processus d&#39;interaction neuromusculaire initiale. Les sites synaptiques naissants de M12 ont &eacute;galement &eacute;t&eacute; r&eacute;duits. Ces r&eacute;sultats d&eacute;montrent pour la fonction de d&eacute;tection des filopodes postsynaptique et impliquent reconnaissance m&eacute;di&eacute;e par les bouchons &agrave; l&#39;extr&eacute;mit&eacute; des myopodia de correspondance entre le synaptique.

Cibler la reconnaissance &agrave; l&#39;extr&eacute;mit&eacute; des filopodes postsynaptique : accumulation et fonction de capricieuse.

Mentre molte prove suggeriscono che postsinaptica dinamismo contribuisce alla formazione delle sinapsi, pochi studi hanno affrontato il suo possibile ruolo nella selezione di destinazione. Postsinaptiche motili strutture cercano le cellule specifico partner sinaptica, come fa il cono di crescita presinaptica? Qui abbiamo studiato le dinamiche di myopodia, filopodia postsinaptica in muscoli della drosofila e il ruolo della capricciosa (CAPS) durante il processo di matchmaking sinaptica. CAPS &egrave; una molecola di riconoscimento di destinazione con un dominio extracellulare contenente sequenze ripetute ricche di leucina. &Egrave; espresso in sottoinsiemi specifici dei muscoli della parete corpo embrionale/larvale, compreso il muscolo 12 (M12). Forniamo prove che implica le punte di myopodia loci del riconoscimento iniziale neuromuscolare: tappi (1), espresso come una proteina di fusione di GFP in M12, accumulata presso i consigli di myopodia; e (2) simultanea imaging diretta dei motoneuroni presinaptiche e postsinaptica myopodia rivelato che iniziale contatti neuromuscolari si verificano presso i consigli di myopodia. Il live imaging inoltre ha mostrato che singolo myopodia postsinaptica sembrano essere in grado di discriminare le cellule presinaptiche partner e non partner: considerando che molti contatti myopodial con motoneuroni partner sono stabilizzati a forma sinapsi, quelle con i neuroni non partner sono retratti. Mutanti di tappi, o doppi mutanti carente sia CAPS e la proteina strettamente correlata Tartan, abbiamo osservato meno contatti tra myopodia di M12 e i coni di crescita presinaptica durante il processo di interazione iniziale neuromuscolare. Il nascenti siti sinaptici di M12 anche sono stati ridotti. Questi risultati forniscono la prova per la funzione di rilevamento del filopodia postsinaptica e coinvolgono Caps-mediata riconoscimento alle punte di myopodia in corrispondenza di synaptic.

Riconoscimento alle punte di filopodia postsinaptica di destinazione: accumulo e funzione di capricciosa.

Halorhodopsin (NpHR), a light-driven microbial chloride pump, enables silencing of neuronal function with superb temporal and spatial resolution. Here, we generated a transgenic line of Drosophila that drives expression of NpHR under control of the Gal4/UAS system. Then, we used it to dissect the functional properties of neural circuits that regulate larval peristalsis, a continuous wave of muscular contraction from posterior to anterior segments. We first demonstrate the effectiveness of NpHR by showing that global and continuous NpHR-mediated optical inhibition of motor neurons or sensory feedback neurons induce the same behavioral responses in crawling larvae to those elicited when the function of these neurons are inhibited by Shibire(ts), namely complete paralyses or slowed locomotion, respectively. We then applied transient and/or focused light stimuli to inhibit the activity of motor neurons in a more temporally and spatially restricted manner and studied the effects of the optical inhibition on peristalsis. When a brief light stimulus (1-10 sec) was applied to a crawling larva, the wave of muscular contraction stopped transiently but resumed from the halted position when the light was turned off. Similarly, when a focused light stimulus was applied to inhibit motor neurons in one or a few segments which were about to be activated in a dissected larva undergoing fictive locomotion, the propagation of muscular constriction paused during the light stimulus but resumed from the halted position when the inhibition (>5 sec) was removed. These results suggest that (1) Firing of motor neurons at the forefront of the wave is required for the wave to proceed to more anterior segments, and (2) The information about the phase of the wave, namely which segment is active at a given time, can be memorized in the neural circuits for several seconds.

Optical dissection of neural circuits responsible for Drosophila larval locomotion with halorhodopsin.

Halorhodopsin (NpHR), une pompe de chlorure microbienne ax&eacute;e sur la lumi&egrave;re, permet de faire taire de fonction neuronale avec superbe r&eacute;solution temporelle et spatiale. Ici, nous avons g&eacute;n&eacute;r&eacute; une lign&eacute;e transg&eacute;nique de drosophile qui anime l&#39;expression de NpHR sous le contr&ocirc;le du syst&egrave;me de Gal4/UAS. Ensuite, nous avons utilis&eacute; pour diss&eacute;quer les propri&eacute;t&eacute;s fonctionnelles des circuits neuraux qui r&eacute;gulent le p&eacute;ristaltisme larvaire, une onde entretenue de la contraction musculaire de segments post&eacute;rieurs &agrave; la partie ant&eacute;rieure. Nous d&eacute;montrons d&#39;abord l&#39;efficacit&eacute; de NpHR en montrant cette inhibition optique globale et continue par NpHR des neurones moteurs ou neurones r&eacute;troaction sensorielle induisent les m&ecirc;mes r&eacute;ponses comportementales chez les larves rampants &agrave; ces stimul&eacute;s lorsque la fonction de ces neurones sont inhib&eacute;es par la Shibire(ts), &agrave; savoir toutes les paralysies ou ralentissent la locomotion, respectivement. Nous avons ensuite appliqu&eacute; transitoire et/ou ax&eacute; sur des stimuli lumineuses inhibe l&#39;activit&eacute; des neurones moteurs dans un plus dans le temps et dans l&#39;espace restreint de mani&egrave;re et a &eacute;tudi&eacute; les effets de l&#39;inhibition optique sur le p&eacute;ristaltisme. Lorsqu&#39;un stimulus lumineux bref (1 &agrave; 10 sec) a &eacute;t&eacute; appliqu&eacute; &agrave; une larve rampante, la vague de la contraction musculaire s&#39;est arr&ecirc;t&eacute; de fa&ccedil;on transitoire mais a repris depuis la position arr&ecirc;t&eacute;e lorsque l&#39;&eacute;clairage est &eacute;teint. De m&ecirc;me, lorsqu&#39;un stimulus lumineux concentr&eacute; a &eacute;t&eacute; appliqu&eacute; pour inhiber les neurones moteurs dans un ou plusieurs segments qui &eacute;taient sur le point d&#39;&ecirc;tre activ&eacute; dans une larve diss&eacute;qu&eacute;e en cours de locomotion fictive, la propagation de constriction musculaire en pause pendant le stimulus lumineux mais a repris depuis la position arr&ecirc;t&eacute;e lorsque l&#39;inhibition (&gt; 5sec) a &eacute;t&eacute; supprim&eacute;. Ces r&eacute;sultats sugg&egrave;rent que (1) cuisson des neurones moteurs &agrave; la pointe de la vague est requis pour la vague de proc&eacute;der &agrave; plusieurs segments ant&eacute;rieurs et (2) les informations sur la phase de l&#39;onde, &agrave; savoir quel segment est active &agrave; un moment donn&eacute;, peuvent &ecirc;tre m&eacute;moris&eacute;s dans les circuits neurones pendant plusieurs secondes.

Optique dissection de circuits neuronaux responsables de locomotion larve de drosophile avec halorhodopsin.

Halorhodopsin (NpHR), una pompa di cloruro microbica basati sulla luce, consente di silenziamento della funzione neuronale con eccellente risoluzione spaziale e temporale. Qui, abbiamo generato una linea transgenica di Drosophila che spinge l&#39;espressione di NpHR sotto il controllo del sistema Gal4/UAS. Poi, abbiamo utilizzato per sezionare le propriet&agrave; funzionali dei circuiti neurali che regolano la peristalsi larvale, un&#39;onda continua di contrazione muscolare da segmenti posteriori all&#39;anteriore. Abbiamo prima dimostrare l&#39;efficacia del NpHR mostrando che globale e continua NpHR-ottico inibizione mediata dei motoneuroni o neuroni sensoriali feedback inducono le stesse risposte comportamentali in larve striscianti a quelli indotti quando la funzione di questi neuroni sono inibiti da Shibire(ts), vale a dire completano paralisi o rallentarono locomozione, rispettivamente. Abbiamo poi applicato transitori e/o concentrato leggeri stimoli per inibire l&#39;attivit&agrave; dei neuroni motori in maniera pi&ugrave; temporaneamente e spazialmente limitato modo e ha studiato gli effetti dell&#39;inibizione ottico sulla peristalsi. Quando uno stimolo luminoso breve (1-10 sec) &egrave; stato applicato a una larva strisciante, l&#39;onda di contrazione muscolare si ferm&ograve; transitoriamente ma ripreso dalla posizione interrotta quando la luce &egrave; stata spenta. Allo stesso modo, quando uno stimolo luminoso concentrato &egrave; stato applicato per inibire i motoneuroni in uno o pochi segmenti che stavano per essere attivato in una larva sezionata in fase di locomozione fittizia, la propagazione della costrizione muscolare in pausa durante lo stimolo luminoso ma ripreso dalla posizione interrotta quando l&#39;inibizione (&amp;gt; 5 sec) &egrave; stato rimosso. Questi risultati suggeriscono che (1) Firing dei neuroni motori all&#39;avanguardia dell&#39;onda &egrave; necessaria per l&#39;ondata di procedere a pi&ugrave; segmenti anteriore e (2) le informazioni sulla fase dell&#39;onda, vale a dire quale segmento &egrave; attivo in un dato momento, pu&ograve; essere memorizzato nei circuiti neurali per alcuni secondi.

Ottica dissezione dei circuiti neurali responsabili per la locomozione delle larve di Drosophila con halorhodopsin.

Come si formano i circuiti neurali funzionali durante lo sviluppo? Nonostante i recenti progressi nella nostra comprensione dello sviluppo dei singoli neuroni, poco &egrave; conosciuto circa come complessi circuiti sono assemblati per generare comportamenti specifici. Qui, descriviamo i modi in cui drosofila circuiti motori servono come sistema modello eccellente per affrontare questo problema. Riassumiamo in primo luogo ci&ograve; che &egrave; stato appreso nel corso degli ultimi decenni sulla connettivit&agrave; e sviluppo dei neuroni del componente, in particolari dei motoneuroni e i neuroni sensoriali feedback. Poi passiamo in rassegna i recenti progressi nella comprensione dello sviluppo dei circuiti, nonch&eacute; di studi che si applicano optogenetics e altre tecniche innovative per sezionare il diagramma del circuito. Nuovi approcci utilizzando Drosophila come sistema modello sono ora rendendo possibile la ricerca per lo sviluppo norme che regolano la costruzione dei circuiti neurali.

Sviluppo larvale circuiti motore in drosofila.

How are functional neural circuits formed during development? Despite recent advances in our understanding of the development of individual neurons, little is known about how complex circuits are assembled to generate specific behaviors. Here, we describe the ways in which Drosophila motor circuits serve as an excellent model system to tackle this problem. We first summarize what has been learned during the past decades on the connectivity and development of component neurons, in particular motor neurons and sensory feedback neurons. We then review recent progress in our understanding of the development of the circuits as well as studies that apply optogenetics and other innovative techniques to dissect the circuit diagram. New approaches using Drosophila as a model system are now making it possible to search for developmental rules that regulate the construction of neural circuits.

Development of larval motor circuits in Drosophila.

Comment sont forment les circuits neurones fonctionnels au cours du d&eacute;veloppement ? Malgr&eacute; les progr&egrave;s r&eacute;cents dans notre compr&eacute;hension du d&eacute;veloppement de neurones individuels, peu est connu sur des circuits complexes soient-ils, sont assembl&eacute;s pour g&eacute;n&eacute;rer des comportements sp&eacute;cifiques. Nous d&eacute;crivons ici la fa&ccedil;on dans laquelle Drosophila circuits du moteur servent un syst&egrave;me excellent mod&egrave;le pour s&#39;attaquer &agrave; ce probl&egrave;me. Tout d&#39;abord, nous r&eacute;sumons ce qui a &eacute;t&eacute; appris durant les derni&egrave;res d&eacute;cennies sur la connectivit&eacute; et le d&eacute;veloppement des neurones composant, en particuliers des neurones moteurs et les neurones de la r&eacute;troaction sensorielle. Nous passons en revue puis les progr&egrave;s r&eacute;cents dans notre compr&eacute;hension du d&eacute;veloppement de la circuits ainsi que les &eacute;tudes qui s&#39;appliquent &agrave; optogenetics et autres techniques innovantes de diss&eacute;quer le sch&eacute;ma de c&acirc;blage. Nouvelles approches &agrave; l&#39;aide de la drosophile comme mod&egrave;le sont maintenant permettant de rechercher des r&egrave;gles du d&eacute;veloppement qui r&eacute;gissent la construction de circuits neuronaux.

D&eacute;veloppement des circuits de moteurs larvaires chez la drosophile.

Neuronal circuits are formed according to a genetically predetermined program and then reconstructed in an experience-dependent manner. While the existence of experience-dependent plasticity has been demonstrated for the visual and other sensory systems, it remains unknown whether this is also the case for motor systems. Here we examined the effects of eliminating sensory inputs on the development of peristaltic movements in Drosophila embryos and larvae. The peristalsis is initially slow and uncoordinated, but gradually develops into a mature pattern during late embryonic stages. We tested whether inhibiting the transmission of specific sensory neurons during this period would have lasting effects on the properties of the sensorimotor circuits. We applied Shibire-mediated inhibition for six hours during embryonic development (15-21 h after egg laying [AEL]) and studied its effects on peristalsis in the mature second- and third-instar larvae. We found that inhibition of chordotonal organs, but not multidendritic neurons, led to a lasting decrease in the speed of larval locomotion. To narrow down the sensitive period, we applied shorter inhibition at various embryonic and larval stages and found that two-hour inhibition during 16-20 h AEL, but not at earlier or later stages, was sufficient to cause the effect. These results suggest that neural activity mediated by specific sensory neurons is involved in the maturation of sensorimotor circuits in Drosophila and that there is a critical period for this plastic change. Consistent with a role of chordotonal neurons in sensory feedback, these neurons were activated during larval peristalsis and acute inhibition of their activity decreased the speed of larval locomotion.

Role of sensory experience in functional development of Drosophila motor circuits.

Circuits neuronaux sont form&eacute;s suivant un programme g&eacute;n&eacute;tiquement pr&eacute;d&eacute;termin&eacute; et puis reconstruites d&#39;une mani&egrave;re d&eacute;pendante de l&#39;exp&eacute;rience. Bien que l&#39;existence de la plasticit&eacute; de l&#39;exp&eacute;rience-d&eacute;pendante a &eacute;t&eacute; d&eacute;montr&eacute;e pour le visuel et les autres syst&egrave;mes sensoriels, il reste inconnu si c&#39;est aussi le cas pour les syst&egrave;mes moteurs. Ici, nous avons examin&eacute; les effets de l&#39;&eacute;limination des inputs sensoriels sur le d&eacute;veloppement des mouvements p&eacute;ristaltiques dans des embryons de drosophile et les larves. Le p&eacute;ristaltisme est initialement lente et non coordonn&eacute;e, mais se d&eacute;veloppe progressivement dans un mod&egrave;le de maturit&eacute; au cours des derniers stades embryonnaires. Nous avons test&eacute; si inhibant la transmission des neurones sensoriels sp&eacute;cifiques au cours de cette p&eacute;riode, il aurait des effets durables sur les propri&eacute;t&eacute;s des circuits sensorimotrices. Nous avons appliqu&eacute; inhibition par Shibire pendant six heures au cours du d&eacute;veloppement embryonnaire (15-21 h apr&egrave;s la ponte [AEL]) et &eacute;tudi&eacute; ses effets sur le p&eacute;ristaltisme chez les larves de deuxi&egrave;me et troisi&egrave;me-stades matures. Nous avons trouv&eacute; que l&#39;inhibition des organes chordotonaux, mais pas multidendritic neurones, a entra&icirc;n&eacute; une diminution durable de la vitesse de locomotion larvaire. Pour affiner la p&eacute;riode sensible, nous avons appliqu&eacute; une inhibition plus courte &agrave; divers stades de d&eacute;veloppement embryonnaires et larvaires et a conclu que l&#39;inhibition de deux heures pendant 16-20 h AEL, mais pas &agrave; des stades plus t&ocirc;t ou plus tard, &eacute;tait suffisante pour provoquer l&#39;effet. Ces r&eacute;sultats sugg&egrave;rent que l&#39;activit&eacute; neurale m&eacute;di&eacute;e par les neurones sensoriels sp&eacute;cifiques est impliqu&eacute;e dans la maturation des circuits sensori-moteur chez la drosophile et qu&#39;il y a une p&eacute;riode critique pour ce changement en plastique. Conform&eacute;ment &agrave; un r&ocirc;le des neurones chordotonaux en r&eacute;troaction sensorielle, ces neurones sont activ&eacute;s pendant le p&eacute;ristaltisme larvaire et inhibition aigu&euml; de leur activit&eacute; a diminu&eacute; la vitesse de locomotion larvaire.

R&ocirc;le de l&#39;exp&eacute;rience sensorielle en d&eacute;veloppement fonctionnel des circuits de moteurs de drosophile.

Circuiti neuronali sono formati secondo un programma geneticamente predeterminato e quindi ricostruiti in maniera dipendente dalla esperienza. Mentre &egrave; stata dimostrata l&#39;esistenza di plasticit&agrave; esperienza-dipendente per il visual e altri sistemi sensoriali, rimane sconosciuto se questo &egrave; anche il caso di sistemi a motore. Qui abbiamo esaminato gli effetti di eliminare gli input sensoriali sullo sviluppo dei movimenti peristaltici in drosofila embrioni e larve. La peristalsi sono inizialmente lenta e scoordinata, ma gradualmente si sviluppa in un modello maturo durante fasi embrionali. Abbiamo testato sia inibendo la trasmissione dei neuroni sensoriali specifici durante questo periodo avrebbe avuto effetti sulle propriet&agrave; dei circuiti sensitivo-motoria duraturi. Abbiamo applicato l&#39;inibizione mediata da Shibiresasu per sei ore durante lo sviluppo embrionale (15-21 h dopo uovo posa [AEL]) e ha studiato gli effetti sulla peristalsi nelle larve mature di seconda e terza instar. Abbiamo trovato che l&#39;inibizione degli organi chordotonal, ma non multidendritic neuroni, ha portati ad una diminuzione duratura nella velocit&agrave; di locomozione delle larve. Per restringere il periodo sensibile, abbiamo applicato pi&ugrave; breve inibizione a vari stadi embrionale e larvale e trovato che l&#39;inibizione di due ore durante 16-20 h AEL, ma non nelle fasi precedenti o successive, &egrave; stato sufficiente a causare l&#39;effetto. Questi risultati suggeriscono che attivit&agrave; neuronale mediata dai neuroni sensoriali specifici &egrave; coinvolto nella maturazione dei circuiti sensitivo-motoria in Drosophila e che c&#39;&egrave; un periodo critico per questo cambiamento in plastica. Coerente con un ruolo di neuroni chordotonal feedback sensoriali, questi neuroni sono stati attivati durante la peristalsi larvale e inibizione acuta della loro attivit&agrave; diminuita la velocit&agrave; di locomozione delle larve.

Hiroshi Kohsaka

Department of Complexity Science and Engineering,
Graduate School of Frontier Sciences,
Department of Complexity Science and Engineering, Graduate School of Frontier Sciences

The University of Tokyo

Optogenetic Perturbation of Neural Activity with Laser Illumination in Semi-intact Drosophila Larvae in Motion

Hiroshi Kohsaka

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The University of Tokyo

Optogenetic Perturbation of Neural Activity with Laser Illumination in Semi-intact Drosophila Larvae in Motion

Department of Complexity Science and Engineering,
Graduate School of Frontier Sciences,
Department of Complexity Science and Engineering, Graduate School of Frontier Sciences