Name: optogenetic stimulation of escape behavior in drosophila melanogaster
Uploaded: 2013-01-25T13:00:00
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この作品は、スタンフォード·ディーンのフェローシップ（SEJdV）、健康ディレクターズパイオニア賞（TRC DP0035350）、マクナイト財団奨学生賞（TRC）とR01 EY022638（TRC）の国立研究所によって資金を供給された。

1。 Channelrhodopsinハエを生成<ol><li>あなたが選んだのGal4ドライバーとクロスUAS-ChR2ハエは、我々は視葉では、FOMA-1ニューロンに発現しているG105-GAL4を使用しています。 </li><li>青色光刺激に対する視覚反応の可能性を排除するには、両方のフライラインはAW + norpA背景にあります。 </li><li>最終結果：W + norpA; G105-Gal4/UAS-ChR2 + </li><li>大人が孵化するの便を運行する航空会社の後、?...

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	<li>Venken, K., Simpson, J., Bellen, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetic+manipulations+of+genes+and+cells+in+the+nervous+system+of+the+fruit+fly.">Genetic manipulations of genes and cells in the nervous system of the fruit fly.</a> Neuron. 72, 202-230 (2011).</li><li>Gordon, M., Scott, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motor+control+in+a+Drosophila+taste+circuit.">Motor control in a Drosophila taste circuit.</a> Neuron. 61, 373-384 (2009).</li><li>Suh, G. S. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light+activation+of+an+innate+olfactory+avoidance+response+in+Drosophila.">Light activation of an innate olfactory avoidance response in Drosophila.</a> Current Biology. 17, 905-908 (2007).</li><li>Zhang, W., Ge, W., Wang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+toolbox+for+light+control+of+Drosophila+behaviors+through+Channelrhodopsin+2-mediated+photoactivation+of+targeted+neurons.">A toolbox for light control of Drosophila behaviors through Channelrhodopsin 2-mediated photoactivation of targeted neurons.</a> European Journal of Neuroscience. 26, 2405-2416 (2007).</li><li>Nagel, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Channelrhodopsin-2,+a+directly+light-gated+cation-selective+membrane+channel.">Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel.</a> Proceedings of the National Academy of Science. 100, 13940-13945 (2003).</li><li>de Vries, S., Clandinin, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Loom-sensitive+neurons+link+computation+to+action+in+the+Drosophila+visual+system.">Loom-sensitive neurons link computation to action in the Drosophila visual system.</a> Current Biology. 22, 353-362 (2012).</li><li>Card, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Escape+behaviors+in+insects.">Escape behaviors in insects.</a> Current Opinion in Neurobiology. 22, 1-7 (2012).</li><li>Card, G., Dickinson, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visually+mediated+motor+planning+in+the+escape+response+of+Drosophila.">Visually mediated motor planning in the escape response of Drosophila.</a> Current Biology. 18, 1300-1307 (2008).</li><li>Fotowat, H., Fayyazuddin, A., Bellen, H. J., Gabbiani, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+neuronal+pathway+for+visually+guided+escape+in+Drosophila+melanogaster.">A novel neuronal pathway for visually guided escape in Drosophila melanogaster.</a> Journal of Neurophysiology. 102, 875-885 (2009).</li><li>Card, G., Dickinson, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+trade-offs+in+the+flight+initiation+of+Drosophila+melanogaster.">Performance trade-offs in the flight initiation of Drosophila melanogaster.</a> The Journal of Experimental Biology. 211, 341-353 (2008).</li><li>Hammond, S., O'Shea, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Escape+flight+initiation+in+the+fly.">Escape flight initiation in the fly.</a> Journal of Comparative Phsyiology A. 193, 471-476 (2007).</li><li>Benzer, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Behavioral+mutants+of+Drosophila+isolated+by+countercurrent+distribution.">Behavioral mutants of Drosophila isolated by countercurrent distribution.</a> PNAS. 58, 1112-1119 (1967).</li><li>Bloomquist, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+of+a+putative+phospholipase+C+gene+of+Drosophila,+norpA,+and+its+role+in+phototransduction.">Isolation of a putative phospholipase C gene of Drosophila, norpA, and its role in phototransduction.</a> Cell. 54, 723-733 (1988).</li><li>Gohl, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+versatile+in+vivo+system+for+directed+dissection+of+gene+expression+patterns.">A versatile in vivo system for directed dissection of gene expression patterns.</a> Nature Methods. 8, 231-237 (2011).</li><li>Zhang, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Red-shifted+optogenetic+excitation:+a+tool+for+fast+neural+control+derived+from+Volvox+cateri.">Red-shifted optogenetic excitation: a tool for fast neural control derived from Volvox cateri.</a> Nature Neuroscience. 11, 631-633 (2008).</li></ol>

<html>私達は明るい青い光でハエを歩いて自由に入浴することによってエスケープ行動のoptogenetic刺激を実証している。このアプローチは、簡単に自由に歩くハエに他の行動を調べるために適合させることができ、単純に我々はより大きな面積で使用されるLEDアレイをタイリングすることにより、より広いプラットフォームにスケーリングすることができます。私たちが説明する安価なカメラ?...

遺伝的にコードされたツールの成長武器は、 キイロショウジョウバエの 1で、特定の細胞の神経活動を操作するために開発されてきた。これらのツールは、無傷で自由に移動する動物の特定の神経細胞の非侵襲的な活性化またはサイレンシングを有効にしてください。それは時間的に制御し、迅速に誘導することができるので、これらのうち、Channelrhodopsin2（ChR2）、光活性化陽イオンチャネルは、重要な利点を提供しています。時急行ChR2それらが急速に脱分極および3-5高架発射速度を示す明るい青色（470 nm）の光にさらされていることをニューロン。自由に移動する動物における特定のニューロンのような標的と活性化は、CO 2の回避3、口吻伸展2,4、および巨大な繊維媒介驚愕応答4などの行動のための特定のニューロンの十分性を明らかにした。しかし、ChR2を刺激するために必要な強烈な光源としてもオペアンプを適用し、光受容体を刺激する視覚系にtogenetic技術が限られていました。光情報伝達を阻害する変異を有するoptogeneticアプローチを組み合わせることで、我々はハエの視葉のニューロンの特定のクラスターの活性化が衝突6を避けるために使用されるエスケープ動作を駆動することができることを実証した。 ほとんどが、すべてではありませんが、視覚的な動物が近づいてくるオブジェクトとの衝突を避けるために逃避行動を示す。迫り来る衝突が表示されたときに、ハエを歩いたり、静止した、離れて対向衝突7月9日から、飛行中に離陸。これらの離陸は離陸と不安定な飛行軌道10,11の前に隆起した翼によって特徴付けられる。この応答は、巨大な繊維媒介驚愕反応、隆起した翼が付いていませんジャンプとは区別され、通常は自由落下転倒4,9になる。 uniquアール視葉、FOMA-1ニューロンで織機感受性ニューロンの特定のクラスタを特定したエリーが近づいてオブジェクトをエンコードするように調整され、我々はハエの織機の逃避行動への関与を調べるためにしようとした。ここでは、選択的に、これらのニューロンを活性化し、ハエの逃避行動を誘発するoptogeneticsの使用例を示します。 我々は、FOMA-1ニューロンでChR2の発現を駆動するためにGAL4-UASの転写活性化システムを使用しています。 ChR2は補因子は全トランスレチナールが必要であり、これはショウジョウバエ中枢神経系における低レベルで検出されたとしてそれはハエの食事で補わなければなりません。明るい光がChR2を活性化するために使用し、ハエが強い走光の挙動を示すされている3,4のように12、我々は、刺激に対する視覚反応の可能性を排除するように努めた。これを行うには、我々は、光情報伝達カスケードの重要なコンポーネントで、ホスホリパーゼC-βをコードしてnorpA遺伝子のヌル対立遺伝子のホモ接合体変異た動物を使用していました。このような変異ハエにおける光受容体は責任することができませんdは13を点灯させる。エスケープ応答のoptogenetic刺激をテストするために、我々は1つのフライを隔離し、明るい青い光でそれを入浴する必要があります。これを行うには、我々は、ピペットチップ内の個々のハエを配置します。一つのピペットチップは、フライがgeotactically長方形のプラットフォーム上にチップと外を歩いていくようなカスタムホルダーに置かれます。ハエが自由にこのプラットフォームの上に歩くことができる。プラットフォームは、そのプラットフォームの上に焦点を当てた4つの青いLEDアレイ、それぞれ含む3つのLEDに囲まれています。ハエがプラットフォーム上に準備したら、LEDが点灯していると、フライの応答は、高速度カメラ6を使用して記録されます。

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td> 試薬 </td></tr><tr><td>網膜全トランス</td><td>アドバンス科学＆ケミカル株式会社</td><td> R3041 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> 機器 </td></tr><tr><td>熱は9.2℃/ Wのシンク</td><td> Luxeonstar </td><td> LPD30-30B </td><td>高30mm角X 30ミリメートル</td></tr><tr><td> Carclo 18°トライレンズ</td><td> Luxeonstar </td><td> 10507 </td><td></td></tr><tr><td>ブルーRebelはトライスターベースのLED </td><td> Luxeonstar </td><td> MR-B0030-20T </td><td> 470nmと、174 LM @ 700ミリアンペア。 </td></tr><tr><td> 700ミリアンペアBuckPuck dcドライバ</td><td> Luxeonstar </td><td> 3021-DE-700 </td><td></td></tr><tr><td> BuckPuckドライバ用ワイヤーハーネス</td><td> Luxeonstar </td><td> 3021-HE </td><td></td></tr><tr><td>プレカット熱接着テープ</td><td> Luxeonstar </td><td> LXT-S-12 </td><td> 20ミリメートル六角ベース</td></tr><tr><td>スナップ-Locのクーラントホース、¼ &quot;のID </td><td>マクマスター - カー</td><td> 5307K49 </td><td></td></tr><tr><td>スナップ-Locのクーラントホースコネクタ</td><td>マクマスター - カー</td><td> 5307K39 </td><td> ¼ &quot;NPTおねじ</td></tr><tr><td>実験室グレードスイッチングモードプログラマブルDC電源</td><td> BKプレシジョン</td><td> 1698 </td><td></td></tr><tr><td> EXILIMカメラ</td><td>カシオ</td><td> EX-FH20 </td><td></td></tr></tbody></table>

optogenetic stimulation of escape behavior in drosophila melanogaster

遺伝的にコードされたツールの数が増えてキイロショウジョウバエ 1における特定のニューロンの神経活動の非侵襲的な操作を可能にすることを利用可能になっています。これらの中で最も重要なのはそのままで特定のニューロンの活性化またはサイレンシングを有効にして、自由に明るい光を用いて動物を移動optogeneticツールです。 Channelrhodopsin（ChR2）は青色光によって活性化されると、それを表現するニューロンの脱分極を引き起こし、光活性化陽イオンチャネルである。 ChR2は、CO 2の回避、口先拡張と巨大な繊維媒介驚愕反応2月4日などの特定の行動のための重要な神経細胞を同定するために有効であった。しかしながら、また、ChR2を刺激する光受容体を刺激するために使用される強烈な光源として、これらoptogenetic技術は以前に視覚システムで使用されていない。ここで、我々はデモに光情報伝達を阻害する変異を有するoptogeneticアプローチを組み合わせるハエの視葉は、FOMA-1ニューロンにおける織機敏感なニューロンのクラスターの活性化をnstrate、衝突を回避するために使用されるエスケープ動作を駆動することができます。我々は盲目の飛んでもフォマ-1にChR2の発現を駆動するためにGAL4-UASは転写活性化システムを使用してレンダリングするnorpA遺伝子によってコードされたホスホリパーゼC-β、、、光情報伝達カスケードの重要なコンポーネントのヌル対立遺伝子を用いニューロン。個々のハエは、青色LEDに囲まれた小さなプラットフォーム上に配置されています。 LEDが点灯しているときに、視覚的に駆動織機逃避行動と同様に、飛行中に素早く離陸飛ぶ。我々は、この技術が簡単に自由に飛んで移動中に他の行動を調べるように適合させることができると信じています。

ブラインドはどちらChR2または単独G105ドライバ明るい青色光と、その照明に続いて離陸率の低さを示してを表現飛ぶ。ブラインドは、これらのテイクオフは青色光ではなく、自発的な照明によるものであったことを示唆しているにかかわらず、照明（ 図2）の離陸の同じ割合を示し飛ぶ。 ChR2がFoma1ニューロンに発現しているときは、しかし、青色光による照明は、エスケープ応答...

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Optogenetic Stimulation of Escape Behavior in Drosophila melanogaster

遺伝的にコードされoptogeneticツール内の特定の神経細胞の非侵襲的な操作を可能に<em&gt;ショウジョウバエ</em&gt;脳。このようなツールは、そのアクティベーション、特定の行動を誘発または抑制するのに十分である神経細胞を識別することができます。ここでは、自由に歩いてハエの標的ニューロンに発現しているChannelrhodopsin2を活性化するための方法を提案する。

で逃避行動のOptogenetic刺激<em&gt;キイロショウジョウバエ</em

A  growing number of genetically encoded tools are becoming available that allow non-invasive  manipulation of the neural activity of specific neurons in ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Optogenetic Stimulation of Escape Behavior in Drosophila melanogaster

Single Sensillum Recordings in the Insects Drosophila melanogaster and Anopheles gambiae

Single Sensillum Recordings in the Insects Drosophila melanogaster and Anopheles gambiae

昆虫における単一感覚子録音キイロショウジョウバエとハマダラカ</em

The sense of smell is essential for insects to find foods, mates, predators, and oviposition sites3. Insect olfactory sensory neurons (OSNs) are enclosed ...

Selective Viral Transduction of Adult-born Olfactory Neurons for Chronic in vivo Optogenetic Stimulation

Selective Viral Transduction of Adult-born Olfactory Neurons for Chronic in vivo Optogenetic Stimulation

慢性のためのアダルト生まれの嗅覚ニューロンの選択的なウイルス形質導入 in vivoで Optogenetic刺激

Local interneurons are continuously regenerated in the olfactory bulb of adult rodents1-3. In this process, called adult neurogenesis, neural stem cells ...

Simultaneous Recording of Calcium Signals from Identified Neurons and Feeding Behavior of Drosophila melanogaster

Simultaneous Recording of Calcium Signals from Identified Neurons and Feeding Behavior of Drosophila melanogaster

同定されたニューロンと摂食行動からカルシウム信号の同時記録キイロショウジョウバエ</em

To study neuronal networks in terms of their function in behavior, we must analyze how neurons operate when each behavioral pattern is generated.  Thus, ...

Determination of the Spontaneous Locomotor Activity in Drosophila melanogaster

Determination of the Spontaneous Locomotor Activity in Drosophila melanogaster

における自発運動量の測定<em&gt;キイロショウジョウバエ</em

Drosophila melanogaster has been used as an excellent model organism to study environmental and genetic manipulations that affect behavior. One such ...

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

齧歯類の中枢神経系の生体光遺伝学的刺激

The ability to probe defined neural circuits in awake, freely-moving animals with cell-type specificity, spatial precision, and high temporal resolution ...

Optogenetic Stimulation of the Auditory Nerve

聴覚神経の光遺伝学的刺激

Direct electrical stimulation of spiral ganglion neurons (SGNs) by cochlear implants (CIs) enables open speech comprehension in the majority of implanted ...

Conditions Affecting Social Space in Drosophila melanogaster

Conditions Affecting Social Space in Drosophila melanogaster

で社会空間に影響を与える条件<em&gt;キイロショウジョウバエ</em

The social space assay described here can be used to quantify social interactions of Drosophila melanogaster &#8212; or other small insects &#8212; in a ...

High-resolution Quantification of Odor-guided Behavior in Drosophila melanogaster Using the Flywalk Paradigm

High-resolution Quantification of Odor-guided Behavior in Drosophila melanogaster Using the Flywalk Paradigm

臭気誘導挙動の高分解能定量<em&gt;キイロショウジョウバエ</em&gt;使用<em&gt; Flywalk</em&gt;パラダイム

In their natural environment, insects such as the vinegar fly Drosophila melanogaster are bombarded with a huge amount of chemically distinct odorants. To ...

A Simple Way to Measure Alterations in Reward-seeking Behavior Using Drosophila melanogaster

A Simple Way to Measure Alterations in Reward-seeking Behavior Using Drosophila melanogaster

使用して報酬を求める行動の変化を測定するための簡単な方法<em&gt;キイロショウジョウバエ</em

We describe a protocol for measuring ethanol self-administration in fruit flies (Drosophila melanogaster) as a proxy for changes in reward states. We ...

Quantification of Drosophila Grooming Behavior

ショウジョウバエのグルーミング行動の定量

Drosophila grooming behavior is a complex multi-step locomotor program that requires coordinated movement of both forelegs and hindlegs. Here we present a ...