Name: optogenetic stimulation of escape behavior in drosophila melanogaster
Uploaded: 2013-01-25T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Optogenetic Stimulation of Escape Behavior in Drosophila melanogaster at JoVE.com

Este trabalho foi financiado por uma bolsa Dean Stanford (SEJdV), dos Institutos Nacionais de Saúde Prêmio Diretor Pioneer (TRC DP0035350), um Prêmio Fundação McKnight estudioso (TRC) e R01 EY022638 (TRC).

1. Gerar Moscas channelrodopsina <ol><li> Cruz UAS-chr2 moscas com o motorista Gal4 de sua escolha, nós usamos G105-Gal4, que é expressa em foma-1 neurônios no lóbulo óptico. </li><li> Para eliminar a possibilidade de uma resposta visual para o estímulo de luz azul, ambas as linhas de mosca são em aw fundo norpA +. </li><li> Resultado final: w + norpA; G105-Gal4/UAS-ChR2 + </li><li> Depois de moscas adultas eclose, colocar as fêmeas seleccionadas com alimento fresco, suplementado com 10 u...

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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. 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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> Nós demonstramos estimulação optogenética de comportamentos de fuga, banhando livremente caminhar moscas em luz azul brilhante. Esta abordagem pode ser facilmente adaptada para analisar outros comportamentos em moscas livremente a pé, e pode ser escalado para plataformas maiores, simplesmente ladrilhos as matrizes de LED que usamos em uma área maior. Usando uma câmera barata do que descrever, ou outros sistemas de câmera disponíveis, o usuário pode ajustar a taxa de quadros e resolução espacial das ima...

A crescente arsenal de ferramentas geneticamente codificados têm sido desenvolvidos para manipular actividade neural em células específicas na Drosophila melanogaster 1. Estas ferramentas permitem a ativação não-invasiva ou silenciamento de neurônios específicos no animal intacto, e se movimentar livremente. Entre estes, Channelrhodopsin2 (CHR2), um canal de catião activado pela luz, apresenta vantagens importantes, uma vez que pode ser temporalmente controlado e rapidamente induzido. Quando os neurônios que expressam chr2 estão expostos a brilhante luz azul (470 nm), eles rapidamente despolarizar e apresentam elevadas taxas de disparo 3-5. Ativação de neurônios como alvo específicos em animais livremente móveis revelou a suficiência de neurônios específicos para comportamentos como evitar CO 2 3, tromba extensão 2,4, ea gigante de fibra respostas de alarme mediadas 4. No entanto, como as fontes de luz intensa necessárias para estimular CHR2 também estimular fotorreceptores, aplicando optogenetic técnicas para o sistema visual tem sido limitada. Através da combinação de uma abordagem optogenética com uma mutação que prejudica a fototransdução, nós demonstramos que a activação de um conjunto específico de neurónios no lóbulo óptico da mosca pode conduzir a um comportamento de escape utilizado para evitar a colisão 6. A maioria, se não todos, os animais visuais exibem um comportamento de fuga para evitar colisões com objectos que se aproximam. Andar a pé ou parado moscas, quando se apresenta com uma colisão iminente, o arranque em vôo, longe da colisão iminente 7-9. Estes decolagens caracterizam-se por asas levantadas antes da descolagem e uma trajetória de vôo instável 10,11. Esta resposta é distinto do gigante fibra resposta mediada sobressalto, saltos que não são precedidos por asas levantados, e, normalmente, resultaria em uma queda em queda livre 4,9. Tendo identificado um cluster específico de neurônios sensíveis tear no lobo óptico, Foma-1 neurônios, que são uniquely atento para codificar objetos que se aproximam, procurou-se investigar o seu envolvimento na mosca comportamento de fuga tear. Aqui demonstramos o uso de optogenética para ativar seletivamente esses neurônios e provocar o comportamento da mosca fuga. Usamos o Gal4-UAS sistema activador transcricional de dirigir a expressão de CHR2-nos uma foma neurónios. Chr2 requer o co-fator todo-trans-retinal e como esta é encontrada em níveis baixos no sistema central nervoso Drosophila deve ser completado na dieta das moscas. 3,4 Como a luz brilhante é usado para ativar chr2 e moscas exibem comportamentos phototactic fortes 12, procurou-se eliminar a possibilidade de uma resposta visual ao estímulo. Para fazer isto, utilizou-se animais que eram mutantes homozigóticos para um alelo nulo do gene norpA, que codifica um componente crítico da cascata de fototransdução, fosfolipase C-β. Fotorreceptores em tais moscas mutantes são incapazes de responsabilidaded a luz 13. Para testar a estimulação optogenética da resposta de fuga, é necessário isolar uma única mosca e banhar em luz azul brilhante. Para fazer isso, nós colocamos moscas individuais em pontas de pipeta. Uma ponta de pipeta é colocada num suporte personalizado, de tal modo que a mosca vai geotactically subida da ponta e para fora para uma plataforma rectangular. A mosca é capaz de caminhar livremente em cima desta plataforma. A plataforma está rodeada por quatro matrizes de LED azul, cada um contendo três LEDs, voltadas para o topo da plataforma. Depois da passagem está na plataforma, os LEDs são iluminados, e resposta da mosca é gravado usando uma câmera de alta velocidade 6.

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td> Reagente </td></tr><tr><td> All-trans retinal </td><td> O avanço científico &amp; Chemical Inc </td><td> R3041 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Equipamento </td></tr><tr><td> Dissipador de calor de 9,2 C / W </td><td> Luxeonstar </td><td> LPD30-30B </td><td> 30 milímetros quadrados X 30 mm de altura </td></tr><tr><td> CARCLO 18 ° Tri-Lens </td><td> Luxeonstar </td><td> 10507 </td><td></td></tr><tr><td> Rebelde LED azul na Tri-Star Base de </td><td> Luxeonstar </td><td> MR-B0030-20T </td><td> 470 nm, 174 lm @ 700 mA. </td></tr><tr><td> 700 mA BuckPuck driver DC </td><td> Luxeonstar </td><td> 3021-DE-700 </td><td></td></tr><tr><td> Cablagem para Driver BuckPuck </td><td> Luxeonstar </td><td> 3021-HE </td><td></td></tr><tr><td> Pré-corte da fita adesiva térmica </td><td> Luxeonstar </td><td> LXT-S-12 </td><td> Base de dados de 20 milímetros Hex </td></tr><tr><td> Snap-Loc Refrigeração, ¼ &quot;ID </td><td> McMaster-Carr </td><td> 5307K49 </td><td></td></tr><tr><td> Snap-Loc Conector Refrigeração </td><td> McMaster-Carr </td><td> 5307K39 </td><td> ¼ &quot;NPT </td></tr><tr><td> Laboratório Grau Switching Mode Power Supply DC programável </td><td> BK Precision </td><td> 1698 </td><td></td></tr><tr><td> Exilim câmera </td><td> Casio </td><td> EX-FH20 </td><td></td></tr></tbody></table>

optogenetic stimulation of escape behavior in drosophila melanogaster

Um número crescente de ferramentas codificados geneticamente estão ficando disponíveis que permitem não invasivo manipulação da actividade neural de neurónios específicos em Drosophila melanogaster 1. A principal delas são ferramentas optogenética, que permitem a ativação ou silenciamento de neurônios específicos no animal intacto, e movendo-se livremente com luz brilhante. Channelrodopsina (CHR2) é um canal de catião activado pela luz, que, quando activada pela luz azul, provoca a despolarização dos neurónios que expressam. Chr2 tem sido eficaz para a identificação de neurônios críticos para comportamentos específicos, tais como o CO 2 evasão, extensão e tromba gigante de fibra resposta de sobressalto mediada 2-4. No entanto, como as fontes de luz intensa, utilizados para estimular a CHR2 também estimular fotorreceptores, estas técnicas optogenética não tenham sido previamente utilizados no sistema visual. Aqui, nós combinamos uma abordagem optogenética com uma mutação que prejudica fototransdução a demonstrate que a ativação de um cluster de tear neurônios sensíveis em lobo óptico da mosca, foma-1 neurônios, pode dirigir um comportamento de fuga usado para evitar a colisão. Utilizou-se um alelo nulo de um componente crítico da cascata de fototransdução, fosfolipase C-β, codificada pelo gene norpA, para tornar a voa cego e também utilizar o Gal4-UAS sistema activador transcricional para comandar a expressão de CHR2 no Foma-1 neurônios. Moscas individuais são colocados em uma pequena plataforma cercada por LEDs azuis. Quando os LEDs são iluminadas, as moscas rapidamente descolagem em voo, de um modo semelhante ao comportamento visual impulsionada tear-escape. Nós acreditamos que esta técnica pode ser facilmente adaptada para analisar outros comportamentos em se movimentar livremente moscas.

Cego voa manifestou o chr2 ou o driver G105 só mostram uma baixa taxa de decolagem após a sua iluminação com luz azul brilhante. Cego moscas apresentaram a mesma taxa de descolagem independentemente de iluminação (Figura 2), sugerindo que estes eram take-off espontânea e não devido à iluminação com luz azul. Quando o CHR2 é expressa nos neurónios Foma1, no entanto, a iluminação com luz azul elicia a resposta de fuga. Mais de 50% das moscas testados tirou dentro de 1 segundo de iluminaçã...

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Optogenetic Stimulation of Escape Behavior in Drosophila melanogaster

Ferramentas optogenética codificados geneticamente permitir a manipulação não invasiva de neurónios específicos no<em&gt; Drosophila</em&gt; Cérebro. Tais ferramentas podem identificar neurónios cuja activação é suficiente para induzir ou suprimir determinados comportamentos. Aqui apresentamos um método para ativar Channelrhodopsin2 que se expressa em neurônios específicos em moscas livremente a pé.

Optogenética estimulação do comportamento de fuga em<em&gt; Drosophila melanogaster</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

Único Recordings Sensillum na Insetos Drosophila melanogaster E Anopheles gambiae</em

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

Neurociência

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

Transdução Viral seletiva de Adultos-nascido neurônios olfativos de crônica In vivo Estímulo Optogenetic

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

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De gravação simultânea de sinais de cálcio dos neurônios identificados e comportamento alimentar de Drosophila melanogaster</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

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