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

Эта работа финансировалась стипендий Стэнфордского Дин (SEJdV), Национальные институты здравоохранения Pioneer Award директора (TRC DP0035350), премии Фонда Мак-Найт ученого (TRC) и R01 EY022638 (TRC).

1. Создание Channelrhodopsin мух <ol><li> Крест UAS-ChR2 мух с Gal4 водитель по вашему выбору, мы используем G105-Gal4, которая выражается в Фома-1 нейроны в оптической доле. </li><li> Чтобы исключить возможность визуального ответ на синей световой стимуляции, как муха линии в AW фоне + norpA. </li><li> Конечный резу?...

<ol>
	<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> Мы показали, optogenetic стимуляции побег поведения, купаясь свободно гуляющих мух в ярко-синий свет. Этот подход может быть легко адаптирована для изучения поведения в других свободно гуляющих мух, и можно масштабировать до больших платформ просто плитка светодиодных массивов мы испол?...

Растущий арсенал генетически закодирована инструменты были разработаны для работы нейронной активности в отдельных клетках дрозофилы 1. Эти инструменты позволяют неинвазивной активации или глушителей конкретных нейронов в нетронутой и свободно движущихся животных. Среди них Channelrhodopsin2 (ChR2), светло-активированных катионов канал, предлагает основные преимущества, так как он может быть временно управлять и быстро индуцированной. Когда нейроны, которые выражают ChR2 подвергаются ярко-синий (470 нм) света они быстро деполяризовать и обладают повышенной теплотехнической 3-5. Такие целевые активации специфических нейронов в свободном перемещении животных показали достаточность частности нейронов поведения, такие как CO 2 избежании 3, хоботок расширения 2,4, и гигантские волокна опосредованный ответ испуга 4. Однако, как интенсивный источник света необходимо стимулировать ChR2 также стимулировать фоторецепторы, применяя опtogenetic методов зрительной системы была ограничена. Объединив optogenetic подход с мутацией, которая ухудшает фототрансдукции, мы показали, что активация конкретного кластера нейронов в оптической доле мухи может управлять поведением побег используется, чтобы избежать столкновения 6. Большинство, если не все, визуально животные проявляют побег поведение, чтобы избежать столкновения с встречным объектов. Ходьба или стационарного мух, когда представлены надвигающегося столкновения, взлет в полете, от встречного столкновения 7-9. Эти взлетов характеризуется поднятыми крыльями до взлета и неустойчивую траекторию полета 10,11. Эта реакция отличается от гигантского волокна опосредованной реакции испуга, прыжки, которые не предшествовали поднятыми крыльями, и обычно приводят в свободном падении падение 4,9. После определения конкретного кластера ткацкий станок чувствительных нейронов в зрительных долей, Фома-1 нейроны, которые uniquЭли настроен для кодирования приближается объектов, мы стремились исследовать их участие в ткацком станке поведения побег мухи. Здесь мы демонстрируем использование optogenetics выборочно активировать эти нейроны и вызывает бегство поведение мухи. Мы используем Gal4-UAS транскрипционных активаторов системы управления экспрессией ChR2 в Фома-1 нейроны. ChR2 требует кофакторов все-транс-ретиналь и как этому можно найти в низких уровнях в Drosophila центральной нервной системы, оно должно быть дополнено в рационе мух. 3,4 Как яркий свет используется для активации ChR2 и мухи проявляют сильное поведение phototactic 12, мы стремились исключить возможность визуального ответ на стимул. Для этого мы использовали животных, которые были гомозиготных мутантных по нулевой аллель гена norpA, который кодирует одним из важнейших компонентов фототрансдукции каскада, фосфолипазы C-β. Фоторецепторов в таких мутантных мух не могут ответственD на свет 13. Чтобы проверить optogenetic стимуляции побег ответ, мы должны изолировать одну муху и купать его в ярко-синим светом. Чтобы сделать это, мы размещаем отдельные мухи в пипетки советов. Одна пипетка головка помещена в специально держателя, так что муха будет geotactically ходить кончик и выходит на прямоугольной платформе. Муха может свободно ходить на вершине этой платформы. Платформа окружен четырьмя синий светодиод массивов, каждый из которых содержит 3 светодиода, ориентированных на верхней части платформы. После того, как муха на платформе, светодиоды горят, и ответ мухи записывается с помощью высокоскоростной камеры 6.

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td> Реагент </td></tr><tr><td> All-транс сетчатки </td><td> Предварительная научная и химической Inc </td><td> R3041 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Оборудование </td></tr><tr><td> Радиатор 9,2 ° C / Вт </td><td> Luxeonstar </td><td> LPD30-30B </td><td> 30 мм квадратных X 30 мм </td></tr><tr><td> Carclo 18 ° Tri-объективом </td><td> Luxeonstar </td><td> 10507 </td><td></td></tr><tr><td> Синий светодиод на Rebel Tri-Star базы </td><td> Luxeonstar </td><td> MR-B0030-20T </td><td> 470 нм, 174 лм @ 700 мА. </td></tr><tr><td> 700 мА BuckPuck DC Driver </td><td> Luxeonstar </td><td> 3021-DE-700 </td><td></td></tr><tr><td> Жгут проводов для Driver BuckPuck </td><td> Luxeonstar </td><td> 3021-HE </td><td></td></tr><tr><td> Нарезанные тепловой клейкой ленты </td><td> Luxeonstar </td><td> LXT-S-12 </td><td> 20 мм базы Hex </td></tr><tr><td> Snap-Loc шланг охлаждающей жидкости, ¼ &quot;ID </td><td> McMaster-Carr </td><td> 5307K49 </td><td></td></tr><tr><td> Snap-Loc охлаждающей жидкости шланга </td><td> McMaster-Carr </td><td> 5307K39 </td><td> ¼ &quot;NPT </td></tr><tr><td> Лаборатория класс Переключение режима Программируемый источник питания постоянного тока </td><td> BK Precision </td><td> 1698 </td><td></td></tr><tr><td> Камера Exilim </td><td> Casio </td><td> EX-FH20 </td><td></td></tr></tbody></table>

optogenetic stimulation of escape behavior in drosophila melanogaster

Все большее число генетически закодирована инструменты становятся доступны, которые позволяют неинвазивным манипуляции с нейронной активности специфических нейронов дрозофилы 1. Главными среди них являются optogenetic инструменты, которые позволяют активации или глушителей конкретных нейронов в нетронутой и свободно движущихся животных с использованием яркого света. Channelrhodopsin (ChR2) является светло-активированных катионов канал, который при активации синий свет, вызывает деполяризацию нейронов, что выразить это. ChR2 была эффективна для выявления нейроны важны для конкретного поведения, такие как CO 2 избегания, хоботок расширение и гигантские волокна опосредованная реакция испуга 2-4. Однако, как яркие источники света используются для стимуляции ChR2 также стимулировать фоторецепторы, эти optogenetic методы ранее не были использованы в зрительной системе. Здесь мы объединяем optogenetic подход с мутацией, которая ухудшает фототрансдукции для демонстрацииnstrate, что активация кластера ткацкий станок-чувствительных нейронов в оптической доле мухи, Фома-1 нейроны, может управлять поведением побег используется, чтобы избежать столкновения. Мы использовали нулевой аллель из важнейших компонентов фототрансдукции каскада, фосфолипазы C-β, кодируемого геном norpA, оказывать летит слепым, а также использовать Gal4-UAS транскрипционных активаторов системы для управления экспрессией ChR2 в Фома-1 нейронов. Индивидуальные мух помещают на небольшой платформе окружении синих светодиодов. Если светодиоды горят, летит быстро взлета в полете, подобно визуально приводом станка-выход поведения. Мы считаем, что этот метод может быть легко адаптирована для изучения других поведения в свободном перемещении мухи.

Слепой летит выражения либо ChR2 или G105 драйвера только показывают низкую скорость взлета после их освещения с ярко-синим светом. Слепой летит выставлены с той же скоростью взлета независимо от освещения (рис. 2), предполагая, что эти взлетов было спонтанным, а не за счет освещени?...

Watch this Scientific Journal Video about Optogenetic Stimulation of Escape Behavior in Drosophila melanogaster at JoVE.com

Optogenetic Stimulation of Escape Behavior in Drosophila melanogaster

Генетически закодированный инструменты optogenetic позволяет неинвазивным манипуляции конкретных нейронов в<em&gt; Drosophila</em&gt; Мозг. Такие инструменты могут определить нейроны, активации достаточно, чтобы вызвать или подавить частности поведения. Здесь мы представляем метод для активации Channelrhodopsin2, что выражается в целевых нейронов в свободно гуляющих мух.

Optogenetic Стимулирование Побег поведения в<em&gt; Дрозофилы</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

Одноместный Recordings сенсиллы в Насекомые Дрозофилы И 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 ...

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

Селективный Вирусный трансдукция взрослых происхождения обонятельных нейронов при хроническом В естественных условиях Optogenetic Стимуляция

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

Одновременная запись кальция Сигналы от выявленных нейронов и пищевое поведение 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

Determination of the Spontaneous Locomotor Activity in Drosophila melanogaster

Определение спонтанную двигательную активность в<em&gt; Дрозофилы</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

В естественных условиях Optogenetic возбуждение нервной системы грызунов Центральной

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

Optogenetic Стимуляция слухового нерва

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

Условия, влияющие на социальное пространство в<em&gt; Дрозофилы</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

Высокое разрешение Количественное запаха, руководствуясь поведения в<em&gt; Дрозофилы</em&gt; Использование<em&gt; Flywalk</em&gt; Парадигма

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

Простой способ измерить изменения в Reward обращаемость за помощью<em&gt; Дрозофилы</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

Количественное определение поведения дрозофилы

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