Rimodellamento dipendente dall'esperienza del cervello giovanile, neurone sensoriale olfattivo, connettività sinaptica in un periodo critico della prima infanzia

Riepilogo

Descriviamo qui i metodi per indurre e analizzare il rimodellamento olfattivo dipendente dall'esperienza dei glomeruli sinaptici del lobo antennale nel cervello giovanile di Drosophila .

Abstract

L'esperienza sensoriale olfattiva precoce induce un drammatico rimodellamento dei glomeruli sinaptici nel cervello giovanile di Drosophila , che è esperienzialmente dose-dipendente, temporalmente limitato e transitoriamente reversibile solo in un breve periodo critico ben definito. La direzionalità del rimodellamento della connettività sinaptica del circuito cerebrale è determinata dall'odorante specifico che agisce sulla classe di recettori rispondenti dei neuroni sensoriali olfattivi. In generale, ogni classe di neuroni esprime un solo recettore olfattivo e innerva un singolo glomerulo sinaptico olfattivo. Nel modello genetico di Drosophila , l'intera gamma di glomeruli olfattivi è stata mappata con precisione dalla risposta agli odori e dall'output comportamentale. L'odorizzante etilbutirrato (EB) attiva i neuroni del recettore Or42a che innervano il glomerulo VM7. Durante il primo periodo critico della vita, l'esperienza dell'EB guida l'eliminazione delle sinapsi dose-dipendenti nei neuroni sensoriali olfattivi Or42a. Periodi temporizzati di esposizione all'odorizzante EB dosato consentono di studiare la potatura della connettività circuitale dipendente dall'esperienza nel cervello giovanile. L'imaging al microscopio confocale dei glomeruli sinaptici del lobo antennale viene eseguito con marcatori transgenici guidati dal recettore Or42a che forniscono la quantificazione del numero di sinapsi e del volume di innervazione. Il sofisticato kit di strumenti genetici per la Drosophila consente la dissezione sistematica dei meccanismi cellulari e molecolari che mediano il rimodellamento dei circuiti cerebrali.

Introduzione

Il rimodellamento dei circuiti cerebrali giovanili durante i primi anni di vita rappresenta l'ultima possibilità per cambiamenti di connettività sinaptica su larga scala per adattarsi all'ambiente altamente variabile e imprevedibile in cui un animale nasce. Essendo il gruppo di animali più abbondante, gli insetti condividono questo meccanismo di rimodellamento del periodo critico fondamentale^{e conservato dal} punto di vista evolutivo 1. I periodi critici si aprono con l'inizio dell'input sensoriale, mostrano cambiamenti reversibili del circuito per ottimizzare la connettività e poi si chiudono quando le forze di....

Protocollo

1. Esposizione agli odori

1. Usando un pennello fine, selezionare 40-50 animali in fase di sviluppo come pupe scure di farato (90+ ore dopo la nascita a 25 °C) in fiale di polistirene Drosophila da 25 mm x 95 mm contenenti cibo standard per melassa di farina di mais (Figura 1A).
2. Posizionare una sottile rete metallica in acciaio inossidabile sull'estremità delle fiale di Drosophila per contenere le mosche e consentire anche un buon flusso d'aria. Fissare i tappi di rete metallica con una pellicola trasparente nastrata sul lato dei flaconcini di Drosop....

Discussione

Il protocollo di esposizione agli odori e di imaging cerebrale qui presentato può essere utilizzato per indurre e quantificare in modo affidabile la potatura dei glomeruli sinaptici dei neuroni sensoriali olfattivi dipendenti dall'esperienza durante un periodo critico precoce della vita. Studi precedenti che utilizzavano questo paradigma di trattamento per esplorare il rimodellamento del circuito olfattivo hanno iniziato l'esposizione agli odori il 2^° giorno dopo l'eclosion<.......

Materiali

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