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Os processos nos neurônios aferentes que vão do receptor sensorial ao corpo celular são considerados axônios ou dendritos?

Os processos nos neurônios aferentes que vão do receptor sensorial ao corpo celular são considerados axônios ou dendritos?



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As referências às fibras da dor dizem que os impulsos se movem ao longo dos axônios até o SNC, mas pensei que, por definição, os axônios carregam os impulsos para fora do corpo celular.


Eles são considerados axônios. As células pseudounipolares têm uma morfologia um pouco estranha.

A razão pela qual você considera todo o comprimento um axônio é porque tudo cresce a partir de um único processo a partir do soma, que então se ramifica. Terminologia é apenas terminologia, então as "regras" costumam ser feitas para serem quebradas na biologia: sim, um axônio normalmente carrega informações para fora do soma, mas esse não é o caso aqui para neurônios em que a informação meio que contorna o soma.

Além da origem do desenvolvimento de um único processo, o local de iniciação para um potencial de ação está na extremidade distal do axônio, em vez de em um outeiro do axônio conectado ao soma, e se você tivesse uma seção do axônio em cada lado do soma não seria evidente para qual lado você estava olhando.


Tandrup, T. (1995). Os neurônios do gânglio da raiz dorsal são pseudounipolares? Uma comparação do número de neurônios e número de fibras mielinizadas e não mielinizadas na raiz dorsal. Journal of Comparative Neurology, 357 (3), 341-347.


Os processos nos neurônios aferentes que vão do receptor sensorial ao corpo celular são considerados axônios ou dendritos? - Biologia

Genes envolvidos no desenvolvimento de tecidos e órgãos

Antena, aparelho auditivo e sensação sonora

  • Genes expressos na seção da antena do disco da antena do olho e / ou antena adulta
    • jumb 6 quimiossensorial anormal
    • ausência de neurônios MD e sensilas olfativas
    • alicórnio
    • arco
    • Ponta de flecha
    • atonal
    • bric & agrave brac
    • irmão de estranho com entranhas limitadas
    • BONÉ
    • combgap
    • saca rolhas
    • apertado
    • enrugado (mioVIIA)
    • crossveinless 2
    • cubitus interruptus
    • cortar
    • bassê
    • dachsous
    • decapentaplégico
    • Deformado expresso no disco olho-antenal
    • antena distal e relacionada à antena distal
    • discos grandes 1
    • Sem distal
    • divisão anormalmente atrasada
    • espiráculos vazios
    • Elav
    • gravado
    • expandido
    • extradentículo
    • perdido
    • facetas gordas
    • quadriculado
    • infrutífero
    • sulcado
    • Receptor gustativo 21a e receptor gustativo 63a
    • Repetição HEAT contendo 2
    • homotórax
    • inativo
    • Receptor de inositol 1,4,5, -tris-fosfato
    • Receptor ionotrópico 8a
    • Receptor ionotrópico 21a
    • Receptor ionotrópico 25a
    • Proteína 3 associada à cinesina
    • Proteína semelhante à cinesina em 64D e proteína semelhante à cinesina em 68D
    • confusão
    • Lady Bird adiantada e Lady Bird atrasada
    • sem pernas
    • Leonardo
    • Lim1
    • pastilha
    • exuberante
    • esteiras
    • moira
    • Mães contra dpp
    • musashi
    • Bomba Na e subunidade alfa
    • Óxido nítrico sintase
    • nenhum potencial mecanorreceptor C
    • Receptor de odorante 22a e receptor de odorante 22b
    • Receptor de odorante 65a
    • Receptor odorante 67d
    • pangolim
    • período
    • batedor de carteira 25
    • pleiohomeótico
    • Presenilin
    • Prospero
    • rápido para o tribunal
    • RacGAP50C
    • Rfx
    • RNA no X-1
    • rotundo
    • mais áspero
    • tremendo b
    • mudou
    • Seven Up
    • Pentes sexuais no meio da perna
    • Pentes sexuais reduzidos expressos no disco da antena do olho
    • estilingue
    • espumante
    • spalt
    • covarde
    • retirar
    • alvo de Pox-n
    • Fator 1 associado ao receptor de TNF
    • sem asas
    • Genes envolvidos na audição
      • Beethoven
      • inativo
      • Proteína 3 associada à cinesina
      • nenhum potencial mecanorreceptor C
      • Rootletin

      Mecanismos celulares no desenvolvimento da arista

      As células epidérmicas de Drosophila formam uma variedade de estruturas polarizadas durante sua diferenciação. Essas estruturas polarizadas incluem os pêlos epidérmicos, as hastes das cerdas sensoriais, os dentículos larvais e as laterais das aristas. O arista é o segmento terminal da antena e consiste em um núcleo central e uma série de extensões laterais. O desenvolvimento da arista é um processo complexo que envolve mudanças coordenadas da forma celular, alongamento do núcleo central, apoptose, migração nuclear, formação de células poliplóides e crescimento das laterais. Este programa de desenvolvimento é altamente conservado no desenvolvimento da arista na mosca doméstica (Musca domestica) Alterar o número de células de arista em Drosophila, estimulando ou inibindo a apoptose, resulta em um número alterado de laterais. Curiosamente, o aumento do número de laterais que resultam da inibição da apoptose em Drosophila resulta em uma arista cuja morfologia é uma reminiscência da Musca arista. Os citoesqueletos de actina e microtúbulos demonstraram ter funções importantes na morfogênese celular de cabelos e cerdas. Esse também é o caso para a formação das laterais aristas, argumentando que a actina e os citoesqueletos dos microtúbulos têm funções semelhantes na morfogênese de todos esses tipos de células. Conclui-se que as laterais de arista são um valioso sistema de tipo de célula complementar para estudar a morfogênese de extensões celulares polarizadas em Drosophila (He, 2001).

      A Drosophila arista adulta consiste em um núcleo central com cerca de 300 mm de comprimento e 10-20 mm de diâmetro. As laterais estendem-se tanto anterior quanto posteriormente fora do núcleo central. Existem 3-4 laterais longas no lado anterior e 5-7 no lado posterior de uma antena Drosophila típica. O comprimento das laterais longas é de aproximadamente 140 mm. Além das laterais longas, 5-7 laterais menores (cerca de 20-30 mm de comprimento) são encontradas no lado dorsal da haste do núcleo central. Um estudo comparativo foi realizado do desenvolvimento da arista no díptero maior Musca domestica . A mosca doméstica adulta arista difere em vários aspectos da Drosophila arista. A arista da mosca doméstica (mais de 650 mm) tem aproximadamente o dobro do comprimento e o núcleo central tem uma forma um pouco diferente sendo muito mais largo em sua extremidade proximal (diâmetro de cerca de 80 mm). O Musca arista contém um número maior de laterais longas e curtas que se estendem para fora do núcleo central e laterais grandes estão ausentes perto da extremidade distal da arista (He, 2001).

      As aristas são compostas por uma série de laterais longas e finas. Isso parece ser de importância funcional. As evidências sugerem que o arista atua na detecção do som. Pensa-se que a arista é desviada por vibrações sonoras e essa deflexão resulta no movimento do terceiro segmento antenal e isso é detectado pelos neurônios sensoriais no segundo segmento antenal. Também há seis neurônios presentes no núcleo central e estes enviam processos distalmente através do lúmen cheio de hemolinfa do fino núcleo central. Com base na morfologia, foi sugerido que três deles funcionam como termorreceptores. Para funções de detecção de som e temperatura, a morfologia longa e fina da arista parece apropriada, embora mais pesquisas sejam necessárias para obter evidências rigorosas sobre este ponto (He, 2001 e referências nele).

      É provável que a morfologia dramática da arista tenha restringido os mecanismos de desenvolvimento envolvidos em sua morfogênese. O desenvolvimento da arista epidérmica envolve vários tipos diferentes de processos celulares. A conformação do núcleo central parece ocorrer em duas etapas: extensão e desbaste. A arista é vista pela primeira vez como um outpocketing de células do terceiro segmento antenal. Este outpocketing se alonga ao longo de um período de 12 horas para atingir seu comprimento máximo. Nenhuma evidência experimental foi observada para a divisão celular na arista alongada, sugerindo que o número de células é constante durante este processo. O alongamento resulta em um número muito reduzido de células ao longo da circunferência em todos os locais ao longo do eixo distal proximal do núcleo central. Conseqüentemente, o alongamento arista parece ser um exemplo de extensão convergente. O alongamento da arista difere da eversão dos apêndices, como a perna e a asa, por ocorrer nas pupas e não nas prepupas (He, 2001).

      O alongamento das laterais aristas começa depois que o núcleo central atinge seu comprimento final. Nesse momento, os núcleos começam a desaparecer na metade distal da arista. A partir de observações de lapso de tempo, argumenta-se que isso se deve em grande parte (ou inteiramente) à migração proximal dos núcleos. Durante este período, as células tornam-se alongadas em sua superfície apical e a extensão do movimento nuclear sugere que o alongamento pode ser mais extremo basalmente. A migração dos núcleos permite que o núcleo central da arista se torne muito mais fino e sugere-se que isso seja importante para a função fisiológica da arista. Consistente com esta hipótese, o movimento nuclear é inibido pela injeção de antagonistas dos microtúbulos, o que resulta em um núcleo central espessado. Evidências de migração nuclear também são vistas durante o desenvolvimento da arista da mosca doméstica. Começando logo antes do início do crescimento lateral, a apoptose é vista no núcleo central. Isso resulta em uma diminuição no número de células na arista e os dados argumentam que isso é importante para a morfogênese da arista. O número de células foi manipulado por meios genéticos e descobriu-se que o aumento do número de células (diminuindo a apoptose) resulta na formação de laterais ectópicas, enquanto a diminuição do número de células (presumivelmente aumentando a apoptose) resulta em uma perda de laterais. Como o número de células altera a decisão celular de fazer ou não uma lateral não está claro, mas é provável que haja um sistema de sinalização intercelular que permite às células avaliar o número arista ou se seus vizinhos fizeram uma lateral. Este sistema parece ser aquele que a evolução usou para selecionar a morfologia arista alterada. O núcleo central da arista da mosca doméstica é mais espesso que seu homólogo de Drosophila e é decorado com um grande número de laterais curtas que lembram aqueles vistos quando a apoptose é inibida em Drosophila. Não está claro por que os dípteros desenvolveram um programa de desenvolvimento que produz células extras de arista que são perdidas devido à apoptose. Uma possibilidade é que seja uma consequência da morfologia muito longa e fina da arista. Talvez as células extras sejam necessárias para permitir que a extensão convergente produza uma arista de comprimento suficiente. A apoptose subsequente, a migração nuclear e o alongamento proximal / distal das células restantes poderiam funcionar para permitir que o núcleo central atingisse sua forma longa e fina (He, 2001).

      O desenvolvimento da arista e, em particular, das laterais envolve mudanças dramáticas na forma das células. Não surpreendentemente, os laterais em desenvolvimento coram muito fortemente para F-actina e também contêm microtúbulos. Os citoesqueletos de actina e microtúbulos parecem ter funções sobrepostas, mas distintas no desenvolvimento das laterais. O antagonismo de qualquer um dos citoesqueletos pela injeção de inibidores nas pupas resulta na iniciação retardada do crescimento lateral, no alongamento lateral lento e nas laterais divididas. Esses efeitos são semelhantes aos efeitos que os mesmos inibidores têm na morfogênese dos cabelos e cerdas, que são outros exemplos de células epidérmicas de Drosophila que formam protuberâncias altamente polarizadas. Algumas diferenças foram observadas nos efeitos da actina em relação aos inibidores dos microtúbulos. Os antagonistas do citoesqueleto de actina são mais potentes em retardar a iniciação lateral e causar rachaduras laterais. Os antagonistas dos microtúbulos são relativamente mais potentes na inibição da extensão lateral e do afinamento do núcleo central. Várias dessas observações são uma reminiscência de observações feitas anteriormente em cerdas e cabelos. Os inibidores da polimerização da actina são potentes em causar rachaduras nas cerdas e cabelos, embora este seja um efeito menor dos antagonistas do citoesqueleto dos microtúbulos. Da mesma forma, os inibidores da polimerização da actina são potentes no retardo da iniciação pré-cabelo e pré-cerdas, enquanto os antagonistas dos microtúbulos não são. Finalmente, os antagonistas dos microtúbulos são particularmente potentes na inibição do alongamento das cerdas. Essas semelhanças nos efeitos dos inibidores do citoesqueleto sugerem funções paralelas para a actina e os citoesqueletos dos microtúbulos na morfogênese de todas as três células polarizadas. O arranjo surpreendentemente semelhante de feixes de actina e microtúbulos em cerdas e laterais também aponta para funções equivalentes para o citoesqueleto na morfogênese desses tipos de células. Essas semelhanças também são suportadas por fenótipos análogos produzidos em todos esses tipos de células por mutações em alguns genes (por exemplo, tricornered, que codifica uma proteína quinase) (He, 2001). Aparelho auditivo de Drosophila

      O sistema auditivo Drosophila é apresentado como um novo sistema de modelo genético poderoso para a compreensão dos aspectos moleculares do desenvolvimento e fisiologia dos órgãos auditivos. A orelha da mosca reside na antena, com o órgão de Johnston servindo como mecanorreceptor. Novas abordagens usando eletrofisiologia e vibrometria a laser forneceram ferramentas úteis para serem aplicadas ao estudo de mutações que prejudicam a audição. Os processos fundamentais de desenvolvimento que geram o sistema nervoso periférico são razoavelmente bem compreendidos, embora variações específicas desses processos para órgãos cordotonais (CHO) e especialmente para o órgão de Johnston exijam mais escrutínio. Em contraste, mesmo o funcionamento fisiológico fundamental dos sistemas mecanossensíveis ainda é pouco compreendido, mas o rápido progresso recente está começando a lançar luz. A identificação e análise de mutações que afetam a função auditiva são resumidas aqui, juntamente com uma discussão de como a análise do papel do sistema auditivo da Drosophila irá promover uma compreensão da audição de insetos e vertebrados (Caldwell, 2002).

      A antena de Drosophila é uma estrutura flagelar assimétrica composta por três segmentos [a1 (segmento antenal) ou escapo, a2 ou pedicelo e a3 ou funículo] e uma arista penugenta que se estende do segmento mais distal. A arista ressoa na presença do canto de corte específico da espécie e torce a3 em relação a a2. A arista em forma de pena (segmentos antenais 4, 5 e 6) se estende anterolateralmente de a3 e ligeiramente para baixo. A arista é inervada por três sensilas, que não estão fisiologicamente envolvidas na audição, mas provavelmente na termossensibilidade. Para a audição, o arista é um componente do funcionamento mecânico da antena (Caldwell, 2002).

      O único estímulo acústico conhecido ao qual Drosophila responde é a canção de namoro, produzida pelo homem em cortejo. o D. melanogaster A 'canção de amor' específica da espécie é composta de componentes de pulso e seno. Acredita-se que a música senoidal 'corteje' as mulheres antes do namoro e é, em média, uma onda sonora sinusoidal de 160 Hz, embora haja uma variação considerável entre os homens. A música de pulso é composta de trens de pulsos com intervalos de interpulso característicos de 30 a 45 ms entre pulsos de 5 a 10 ms. O intervalo interpulso oscila ritmicamente com um período de 50-65 s. Curiosamente, esta foi descrita como a característica musical mais relevante para aumentar a receptividade feminina e estimular ambos os parceiros no namoro para acelerar a cópula (Caldwell, 2002).

      A intensidade do som é expressa em uma relação simples do produto da pressão e da velocidade da partícula. O macho fica a menos de 5 mm de distância da fêmea durante o namoro, menos do que o comprimento de onda do som que está sendo produzido. A esta distância, a energia acústica está quase inteiramente na velocidade da partícula, e não na pressão. Quando o macho está posicionado a um comprimento de onda da fêmea, a dissipação de energia é baixa e a amplitude do campo próximo é de 80-95 dB. Em Drosophila, portanto, é vantajoso usar um receptor de deslocamento como o arista em vez de um receptor de pressão. Curiosamente, o homem também detecta e responde à canção do namoro. Esta característica foi explorada na concepção de um rastreio de mutagénese para mutantes surdos. Os papéis dos estímulos de namoro para o namoro masculino são mal compreendidos, podem ser autoestimulantes ou importantes em situações competitivas (Caldwell, 2002).

      O arista e o a3 juntos são os receptores de som da mosca que oscilam simpaticamente quando estimulados acusticamente. A vibrometria a laser foi realizada para analisar a biomecânica da antena Drosophila. As medições das oscilações feitas em diferentes locais ao longo da arista e a3 indicam que a arista e a3 vibram juntas como uma unidade rígida e giram em torno do eixo longitudinal de a3; entretanto, a2 e a cápsula cefálica permanecem estacionárias. Assim, a articulação principal está na articulação a2 / 3. Essa articulação causa alongamento do transdutor de som, o órgão de Johnston (JO). O JO é um órgão sensorial que medeia a audição em a2 e é um agrupamento de cerca de 200 escolopídios, que são as unidades funcionais dos órgãos cordotonais (CHOs) (Caldwell, 2002).

      Uma característica útil da antena, como um receptor de som assimétrico que representa um oscilador harmônico simples moderadamente amortecido quando apresentado com som, é que a frequência de ressonância do arista e a3 aumenta com a intensidade do som, permitindo que a mosca sintonize uma grande faixa dinâmica de som: audição aguda em baixas intensidades e sensibilidade amortecida em altas intensidades (G & oumlpfert, 2002). Essa sintonia ampla garante que as vibrações da antena sejam detectáveis ​​tanto em frequências abaixo da ressonância antenal (quando eliciadas de perto) quanto quando a distância entre o macho que está cortejando e o receptor da fêmea aumenta (G & oumlpfert, 2002). O arista e a3 giram em relação a a2 e vibram visivelmente quando apresentados com estimulação acústica. Essa vibração, por sua vez, estimula os escolopídios mecanossensíveis de JO em a2. De fato, os escolopídios JO são dispostos de forma a detectar facilmente vibrações acústicas nos segmentos antenais mais distais e a imobilização ou perda dos segmentos antenais reduz drasticamente os potenciais evocados por som (Caldwell, 2002).

      A não linearidade representada pela resposta de frequência dependente da intensidade das vibrações antenais de Drosophila tem efeitos mínimos na nitidez e sensibilidade do ajuste (G & oumlpfert, 2002). Portanto, essa não linearidade está na rigidez do ressonador. Isso contrasta com o encontrado na orelha dos vertebrados (que está por trás do amplificador coclear) e na antena do mosquito, onde a não linearidade é introduzida pelo amortecimento negativo. Resta testar se a não linearidade da Drosophila na rigidez é mediada por processos ativos, como a potência gerada pelos órgãos sensoriais, ou por processos passivos (Caldwell, 2002).

      O órgão auditivo mecanorreceptivo da antena de Drosophila é um grande CHO em a2, compreendendo 150-200 unidades sensoriais. O CHO homólogo no mosquito foi proposto como órgão auditivo por Christopher Johnston (1855), portanto, esse CHO é referido como órgão de Johnston (JO). As unidades sensoriais cordotonais, chamadas de escolopídios, são classificadas como órgãos dos sentidos do tipo I: possuem neurônios ciliados monodendríticos associados a células acessórias. Em comparação, os órgãos dos sentidos do tipo II são neurônios multidendríticos, não conciliados, sem células acessórias. Os CHOs não estão associados a estruturas externas, ao contrário de outros órgãos dos sentidos do tipo I, como órgãos com cerdas e sensilas campaniformes que, juntos, são chamados de órgãos sensoriais externos.Em vez disso, os CHOs agem como receptores de estiramento com ligações em dois pontos da cutícula, geralmente nas articulações dos apêndices. Em moscas adultas, cada escolopídio possui dois ou três neurônios bipolares e várias células acessórias. A composição precisa das células acessórias em JO ainda não foi bem definida, mas provavelmente inclui células cap, células escolopais e células ligamentares semelhantes às dos CHOs larvais. As células cap são responsáveis ​​pelas inserções apicais de escolopídios, embora também possa haver células epidérmicas acessórias que secretam elementos cuticulares especializados para a fixação. As células do ligamento CHO larval são responsáveis ​​pelas inserções basais; os equivalentes JO devem desempenhar uma função semelhante. A célula escolopale envolve várias vezes ao redor do segmento dendrítico externo neuronal (o cílio) em camadas semelhantes a bainhas de mielina que são unidas por extensas junções septadas. A célula escolopale também sela ao redor do segmento dendrítico interno dos neurônios com junções desmossomais. Todas essas junções permitem um espaço linfático receptor extracelular selado, o espaço escolopal, que serve como um compartimento iônico semelhante à endolinfa que pode conduzir os potenciais do receptor. Finalmente, a célula de escolopala também elabora uma série proeminente de bastonetes de escolopala compostos de grossos feixes de actina filamentosa. Ainda não está claro se essas hastes são componentes estruturais fixos ou contribuem para a adaptação ajustando seu comprimento (Caldwell, 2002).

      Em geral, os CHOs se desenvolvem da mesma maneira que outros elementos do SNP. Eles surgem de epitélios, células dos quais são equipotentes para os destinos CHO. Um pré-padrão definido por genes que estabelecem os eixos dorso-ventral, ântero-posterior e proximo-distal influencia as posições nas quais os agrupamentos de células adquirem competência para o desenvolvimento de CHO. A competência desses agrupamentos proneurais é alcançada pela expressão do gene proneural, no caso de desenvolvimento de CHO, atonal (ato) é o gene proneural primário. De cada agrupamento, um único precursor de órgão cordotonal (COP) é ​​selecionado por sobre-regulação do ligante transmembrana, Delta (Dl). O ligante Delta liga-se ao receptor Notch (N) nas outras células do cluster. A ativação de N bloqueia a expressão gênica proneural e os não-COPs perdem sua competência para o destino cordotonal, via inibição lateral. No caso de clusters CHO, como o leg CHO, os COPs recrutam primeiro COPs adicionais de forma reiterativa. Os primeiros COPs especificados deslaminam do epitélio e ativam o gene romboide (rho), que resulta na sinalização por meio do receptor do fator de crescimento epidérmico [Egfr] nas células não COP ativadas por N do agrupamento. A ativação de Egfr atenua a sinalização de N e ativa Dl e ato, gerando COPs adicionais. Uma vez que os COPs são especificados, eles passam por várias divisões assimétricas para produzir neurônios diferenciados e as células de suporte de um escolopídio maduro (Caldwell, 2002).

      Nos últimos anos, grandes avanços foram feitos no sentido de identificar a maquinaria molecular que está por trás da mecanotransdução de JO, bem como os efeitos que as mutações desses componentes têm na audição e em outros mecanosenses na mosca. Os rastreios genéticos para mutantes auditivos, proprioceptivos e mecanossensoriais são adequados para isolar a maquinaria molecular envolvida nestes processos, independentemente da abundância ou natureza do componente. O único pré-requisito é que os mutantes de perda de função exibam um fenótipo facilmente reconhecível (Caldwell, 2002).

      Kernan (1994) isolou numerosos mutantes em uma tela de mutagênese EMS para genes que codificam componentes de transdução mecanossensorial porque eles exibiram resposta comportamental larval reduzida ao toque suave. Mutações ligadas ao X em larva B não coordenada (inc), semelhante a não coordenada (uncl) e insensível ao toque (tilB) foram isoladas na tela primária. Uma triagem adicional para mutantes no segundo cromossomo que exibiu descoordenação semelhante à de mutantes unc resultou em vários mutantes sem potencial mecanorreceptor (nomp) e um mutante com potencial mecanorreceptor reduzido (remp). Mutações nesses genes nomp produzem moscas com sensibilidade ao toque, coordenação e recepção acústica aberrantes. A função das cerdas foi medida anexando uma pipeta de registro de voltagem à linfa do receptor rico em K + de uma cerda mecanossensorial exposta e usando um estágio piezoelétrico para fornecer um movimento preciso do eixo da cerda. Em moscas do tipo selvagem, uma cerda na posição de repouso exibe um potencial transepitelial positivo (TEP: a diferença de voltagem entre os lados apical e basal do epitélio sensorial), refletindo a riqueza em K + da linfa do receptor. As deflexões da cerda em direção ao corpo provocam uma corrente estereotípica fortemente despolarizante, transportada pelo fluxo de íons K + da linfa receptora para os neurônios, presumivelmente através do canal de mecanotransdução. Essa corrente de transdução resulta em um potencial de mecanorreceptor (MRP: a mudança de tensão na deflexão). As mutações unc, uncl, nomp e remp reduzem ou abolem o MRP, enquanto o TEP é relativamente não afetado (Caldwell, 2002 e referências nele).

      Posteriormente, foi demonstrado que esses mutantes também interrompem as respostas eletrofisiológicas evocadas por som medidas a partir do nervo antenal (Eberl, 2000). Vários mutantes foram isolados em uma tela de mutagênese EMS para mutações no cromossomo 2 que interrompem uma resposta auditiva em adultos de Drosophila. As cepas mutantes foram identificadas com base em defeitos no comportamento de cortejo vigoroso do grupo normalmente visto quando os machos são apresentados com a música de pulso. O ensaio anterior para a função auditiva era a receptividade feminina medida estatisticamente por uma diferença na latência da cópula, um ensaio proibitivo para a eficiência da triagem. A partir desta tela, 15 linhas mutantes exibindo uma perda ou redução do comportamento de encadeamento masculino foram ainda caracterizadas. Destes, o mutante 5P1 [mais tarde denominado beethoven (btv)] foi o único a afetar severamente a eletrofisiologia sensorial de JO (Eberl, 2000). Desde então, foi descoberto que o mutante 5D10 também tem um efeito moderado na fisiologia de JO. Finalmente, homólogos de Drosophila para genes de surdez de vertebrados começaram a se mostrar promissores. Talvez o melhor exemplo disso seja o gene enrugado, que codifica um homólogo da miosina VIIa. Além disso, um mutante, smetana, foi descoberto como uma mutação não relacionada em um cromossomo carregando outra mutação mecanossensorial (Caldwell, 2002 e referências nele).

      Mutações analisadas a partir dessas várias fontes podem potencialmente interromper várias estruturas ou processos diferentes envolvidos na mecanossensação em JO. (1) As vibrações mecânicas acusticamente induzidas devem ser propagadas para os neurônios mecanossensoriais. Isso é provavelmente alcançado por um sistema tensionado que depende de forças contrárias, a saber, elasticidade da cutícula opondo-se à tensão dos escolopídios JO. A propagação do sinal requer ligações estruturais intactas dos elementos distais vibrantes. (2) Dado que as vibrações mecânicas são entregues aos neurônios, a maquinaria de transdução mecânica dentro do neurônio deve estar intacta para permitir a ativação de uma resposta sensorial fisiológica. Isso deve ocorrer em algum lugar ao longo do segmento dendrítico externo, que é banhado pela linfa receptora, embora a localização precisa ainda não seja conhecida. A transdução provavelmente ocorre por ativação direta de um canal iônico, que pode ser parte de um complexo multiproteico. A arquitetura citoesquelética especializada é provavelmente necessária não apenas para a localização de componentes de transdução por proteínas motoras, mas também para ancorar o complexo de transdução para permitir a ativação direta (Caldwell, 2002).

      O gene enrugado (ck) de Drosophila codifica a miosina VIIa. A miosina VIIa de vertebrados é uma miosina não convencional expressa principalmente em células ciliadas sensoriais. Ortólogos de rugas foram estudados em humanos (MYO7A), camundongo (shaker-1) e peixe-zebra (marinheiro). Em humanos, os defeitos em MYO7A estão principalmente na base da síndrome de Usher tipo 1B, caracterizada por surdez neurossensorial, disfunção vestibular e retinite pigmentosa, e mutações específicas são responsáveis ​​por duas formas de surdez não sindrômica, DFNB2 e DFNA11. Em Drosophila, os mutantes ck fortes são completamente surdos, conforme determinado eletrofisiologicamente pela ausência de potenciais evocados por som no nervo antenal. No exame histológico preliminar das antenas mutantes ck, os escolopídios JO aparecem destacados da articulação a2 / a3. Isso sugere que as vibrações mecânicas do arista e do a3 não podem ser propagadas para os escolopídios. Embora esse defeito explicasse adequadamente o fenótipo da surdez, é bem possível que o motor da miosina codificado por ck seja necessário não apenas para as inserções escolopidiais apicais ou sua manutenção, mas também para a função fisiológica dos escolopídios. Tal dualismo parece ser verdadeiro para a miosina VIIa de vertebrados também porque os mutantes não só mostram defeitos estruturais grosseiros nos estereocílios, sugerindo um papel de manutenção morfológica, mas também mostram defeitos nas propriedades de passagem do canal de transdução, sugerindo um papel mais íntimo adicional em transdução (Caldwell, 2002 e referências nele).

      Os veios de cerdas em ck adultos também são mais curtos e parecem tortos quando comparados com o tipo selvagem. Amplitudes de MRP de cerdas são severamente reduzidas em mutantes ck. Isso é consistente com o amplo compartilhamento de componentes de mecanotransdução entre órgãos de cerdas e CHOs (Eberl, 2000). A base estrutural ou fisiológica da disfunção das cerdas ck ainda não está clara (Caldwell, 2002).

      Como ck, os mutantes de potencial A (nompA) sem mecanorreceptor interrompem a propagação física do sinal mecânico para os neurônios sensoriais. No entanto, no nompA a ruptura aparece como um desprendimento dos dendritos sensoriais da capa dendrítica elaborada pelas células de suporte. Assim, a interrupção é mais avançada ao longo da cadeia de estímulos mecânicos. No entanto, algum descolamento apical de escolopídios da articulação a2 / a3 também é visto. nompA foi recuperado como um grupo de complementação de dois alelos mutantes associados à descoordenação severa em adultos e um terceiro alelo foi identificado posteriormente. Mutações em nompA afetam tanto es quanto CHOs, conforme evidenciado pela falta de MRPs com cerdas e falta de potenciais sonoros evocados de JO, ambos os quais são resgatados com um transgene nompA +. nompA codifica uma proteína transmembranar de passagem única específica para sensila tipo I com domínios extracelulares que incluem um domínio Zona Pellucida (ZP) e cinco módulos de plasminogênio N-terminal (PAN). No CHO, a proteína NompA é um componente da capa dendrítica produzida pela célula escolopale, mas não é expressa no neurônio. O domínio ZP é necessário e suficiente para incorporação na matriz cap, enquanto os domínios PAN divergentes podem permitir que o cap se ligue a uma matriz diversa de locais de fixação. Em es órgãos, as células do eixo (tricogênio) e do alvéolo (tormogênio) secretam endolinfa rica em K + que gera a TEP, enquanto a célula da bainha (teogênio) embainha o cílio sensorial e produz a capa dendrítica. nompA é expresso principalmente na célula da bainha dos órgãos es em mutantes, o dendrito é geralmente destacado da capa dendrítica, consistente com o desacoplamento do estímulo mecânico da maquinaria de transdução mecânica. Claramente, nompA codifica uma proteína essencial para a organização da capa e sua fixação adequada aos cílios mecanossensoriais e às estruturas cuticulares apicais (Caldwell, 2002).

      nenhum potencial mecanorreceptor C (nompC) mutantes eram de interesse por causa da descoordenação grave, perda de sensibilidade ao toque das larvas e perda de MRPs em órgãos com cerdas. O gene nompC foi clonado, ele codifica uma proteína de domínio transmembranar de seis, distantemente relacionada à família de canais iônicos TRP (potencial receptor transiente), e no terminal amino citoplasmático tem uma longa série de 29 repetições de anquirina, que podem mediar associações com uma variedade de componentes celulares, incluindo o citoesqueleto. Sob condições de fixação de voltagem, três alelos sem sentido de nompC, todos causando forte descoordenação, exibem uma perda quase completa da corrente do mecanorreceptor (MRC: corrente do receptor evocada por estimulação mecânica) quando a cerda é desviada em direção ao corpo e uma redução severa no número de potenciais de ação disparados. Um quarto alelo missense com descoordenação menos severa mostra a retenção da resposta mecanicamente evocada robusta, mas exibe adaptação a perturbações mecânicas muito mais rapidamente do que em controles do tipo selvagem e uma redução dupla dos potenciais de ação. Portanto, essas moscas produzem menos potenciais de ação devido à rápida adaptação que limita o tempo de despolarização do receptor. Essas características argumentam fortemente que nompC representa o principal canal de mecanotransdução em órgãos com cerdas e imita muito de perto as propriedades biofísicas dos canais de transdução de células ciliadas de vertebrados. Surpreendentemente, os mutantes nompC mostram apenas uma redução modesta dos potenciais evocados por som registrados do JO quando apresentados com a música de pulso. Na verdade, de todos os mutantes MRP com cerdas testados para resposta de JO, nompC foi o único que reteve muito da resposta evocada por som. Assim, embora o nompC seja absolutamente necessário para a função significativa do órgão com cerdas, ele parece desempenhar apenas um papel menor na transdução de estímulos auditivos em JO. Portanto, um canal de transdução adicional é inferido para operar em CHOs. Este canal inferido adicional pode ser específico para CHO, ou pode ser responsável pelo pequeno MRC remanescente em órgãos de cerdas em mutantes nompC (Caldwell, 2002 e referências nele).

      As moscas nompB, como nompA, não exibem MRP de cerdas e nenhum potencial evocado por som em resposta à música de pulso. Tal como acontece com o nomp A, os mutantes nompB mostram lacunas entre as pontas dos dendritos sensoriais e as estruturas sensoriais externas das sensilas campaniformes. Ao contrário do nompA, é a terminação sensorial do neurônio, e não a capa dendrítica, que é anormal. Isso é claro nos longos segmentos externos de CHOs, que estão ausentes ou malformados em mutantes nompB. A análise molecular do locus nompB sugere que a base do fenótipo de destacamento dendrítico é diferente daquela do nompA. nompB codifica uma proteína contendo dez repetições de tetratricopeptídeos que compõem dois domínios potenciais de interação de proteínas. É homólogo ao gene Tg737 / orpk de camundongo e humano, ao osm-5 em C. elgans e para IFT88 em Chlamydomonas. Essas proteínas estão todas associadas a defeitos de alongamento ciliar, que, em alguns desses sistemas, demonstraram resultar de defeitos no transporte intraflagelar (IFT). IFT é um mecanismo pelo qual as proteínas necessárias para a montagem e manutenção do axonema são traficadas ao longo dos microtúbulos axonemais dos cílios e dos microtúbulos dos flagelos. Assim, o fenótipo mutante de nompB é consistente com o papel do componente IFT putativo que ele codifica (Caldwell, 2002 e referências nele).

      O mutante 5P1, recuperado como um mutante de comportamento auditivo, foi mais tarde denominado beethoven (btv) porque interrompe a função JO, mas deixa os MRPs com cerdas intactos. Essas moscas são ligeiramente descoordenadas e sedentárias, o que é consistente com defeitos em todos os CHOs. A microscopia eletrônica preliminar revela defeitos ciliares no segmento dendrítico externo dos neurônios JO, bem como outras anormalidades no aparecimento dos escolopídios. Homens homozigotos e hemizigotos btv têm espermatozoides móveis e são férteis, enquanto os homens deficientes para a região btv em combinações de deficiência cromossômica sobrepostas são estéreis. Ainda não se sabe se a esterilidade masculina resulta da exclusão completa do btv ou de uma função genética separada, embora a última interpretação seja favorecida. O gene btv mapeia para a região 36DE do cromossomo 2. A sequência na região candidata codifica dois candidatos convincentes para o gene btv. Um é um novo gene da caderina (CadN2) que é adjacente ao CadN e que provavelmente surgiu de uma duplicação-divergência tandem de um único gene ancestral. O outro candidato principal é uma cadeia pesada de dineína, Dhc36C, especificamente a isoforma 1b implicada na IFT em outros organismos (Caldwell, 2002).

      As duas mutações da larva B (tilB) insensíveis ao toque, recuperadas em uma tela de toque larval, interrompem os CHOs, mas não têm efeito sobre a fisiologia das cerdas ou MRP, refletindo o defeito visto em btv. Ao contrário dos genes nomp, os mutantes tilB mostram apenas uma leve descoordenação motora. os potenciais do nervo antenal evocados por som tilB estão completamente ausentes. Além da disfunção auditiva, esses mutantes também são masculinos estéreis devido à amotilidade dos espermatozoides. Ultraestruturalmente, os axonemas de espermátide tilB têm defeitos no arranjo de dupleto de microtúbulo externo. Os axonemas das espermátides de tipo selvagem são 9 x 2 + 2. Cada dupleto de microtúbulo tem braços de dineína internos e externos que se estendem do microtúbulo A e uma ligação de nexina entre os microtúbulos AB. Os braços dineína, necessários para o deslizamento dos microtúbulos para efetuar a motilidade do esperma, estão ausentes nos mutantes tilB (como talvez esteja a ponte nexina). tilB mapeia geneticamente para uma lacuna não sequenciada no genoma no cromossomo X (Caldwell, 2002). Semelhante ao tilB, as moscas smetana (smet) são deficientes para audição e fertilidade masculina. Esta combinação sugere que smet também é necessário para a integridade axonemal de flagelos de esperma e CHOs. smet foi descoberto fortuitamente como uma mutação não relacionada adicional em um cromossomo mutante nompC que resultou na perda completa de potenciais evocados por som. smet foi mapeado para uma lacuna não sequenciada perto do agrupamento do gene da histona no cromossomo 2 (Caldwell, 2002).

      A função do unc em Drosophila também está atualmente sob investigação. Além de sua descoordenação e defeitos de MRP com cerdas, os mutantes unc também são surdos e estéreis do sexo masculino. Os machos não produzem espermatozoides maduros e os flagelos das espermátides primárias apresentam defeitos graves em sua estrutura axonemal. unc codifica uma proteína coiled-coil que é expressa apenas em neurônios de mecanorreceptores ciliados tipo I e na linha germinativa masculina. Ele está localizado nos centríolos dos espermatócitos primários e na junção do núcleo e do flagelo na diferenciação das espermátides, mas não nos espermatozoides maduros. Os segmentos dendríticos internos da perna e escolopídios JO são normais, mas os segmentos dendríticos externos ciliados não conseguem se conectar à capa dendrítica. Claramente, o unc tem um papel importante na formação axonemal em cílios sensoriais e flagelos, porque parece estar envolvido na conversão de centríolos mitóticos em corpos basais ciliogênicos (Caldwell, 2002).

      Recentemente, o papel na audição foi investigado do knockout técnico (tko), um gene nuclear que codifica a proteína ribossomal S12 mitocondrial. Em humanos, as mutações do DNA mitocondrial (mtDNA) são responsáveis ​​por um grande número de síndromes patológicas com as quais a surdez neurossensorial está frequentemente associada. Em alguns casos, o único defeito fisiológico nos pacientes é a perda auditiva. As moscas tko são sensíveis ao estrondo, exibindo uma paralisia temporária devido à perturbação mecânica. A paralisia pode ser explicada em parte pelo feedback sensorial alterado das cerdas mecanossensíveis. Essa sensibilidade à vibração mecânica é encontrada de forma semelhante em humanos, como resultado da sinalização sensorial aberrante de mecanorreceptores no ouvido interno. Além de tempos de desenvolvimento prolongados, os machos tko também mostram uma resposta de corte masculino reduzida na apresentação da música de pulso, sugerindo uma deficiência auditiva.Esses fenótipos estão associados a uma única mutação missense (L85H) de tko, e as larvas mutantes têm atividade reduzida de enzimas redox mitocondriais e rRNA de subunidade pequena mitocondrial. A criação de moscas do tipo selvagem na doxiciclina gera uma fenocopia dos fenótipos tko. É provável que a audição seja um processo energeticamente caro e, consistente com isso, níveis reduzidos de ATP foram encontrados em moscas tko. Registros eletrofisiológicos serão necessários no futuro para determinar a localização anatômica da surdez comportamental. No entanto, esse mutante fornece um modelo atraente para surdez mitocondrial que poderia ser usado para estudar não apenas o papel preciso das próprias mitocôndrias, mas talvez também seu transporte intracelular para partes relevantes da célula (Caldwell, 2002).

      Conclui-se que a construção de um receptor auditivo funcional requer integração adequada dos processos de desenvolvimento e mecânicos. A especificação, as divisões assimétricas e a diferenciação das células que produzem os órgãos dos sentidos devem ocorrer sem perturbações. Então, os órgãos dos sentidos devem expressar a variedade diversa de componentes celulares que estabelecem o ambiente intercelular e intracelular para que o órgão dos sentidos seja preparado para a mecanossensação. Além disso, as células mecanorreceptivas devem ser mecanicamente ligadas às estruturas vibratórias acusticamente sensíveis. O desenvolvimento de JO, o órgão auditivo da Drosophila na antena, é compreendido de muitas maneiras fundamentais, pelo menos indiretamente. Embora poucos estudos tenham focado especificamente em JO, acredita-se que as etapas básicas do desenvolvimento do SNP, geralmente bem compreendidas, também serão válidas para JO. Assim, novos estudos sobre o desenvolvimento de JO devem se concentrar em determinar a extensão das variações sobre um tema conhecido. Em alguns casos, já foi visto que os mecanismos podem diferir em JO, como no papel de sal / salr. Especificamente, as moscas nas quais a expressão sal / salr está ausente na antena são completamente surdas para a canção do namoro por causa de defeitos no JO. Nestes mutantes, a cutícula especializada na articulação a2 / a3 onde JO está anexado está ausente. a2 e a3 nessas moscas são efetivamente fundidos, restringindo a rotação de a3 em relação a a2. Essa fusão impede a propagação do sinal mecânico para JO, portanto, os mutantes sal / salr apresentam perda auditiva condutiva. Além disso, a maioria ou todos os escolopídios de JO estão ausentes em mutantes sal / salr. Escolopídios mutantes parecem ser especificados, mas não são mantidos (Caldwell, 2002).

      Muitas perspectivas futuras permanecem para a pesquisa em audição de Drosophila: (1) é importante entender as questões de desenvolvimento que tornam JO como outros órgãos dos sentidos, e aqueles que o distinguem como um órgão especializado para a audição (2) a clonagem de mais componentes de transdução irá iluminar compreensão da natureza da maquinaria mecanossensorial. Em particular, deve ser identificado o canal de transdução que opera em JO e atua em paralelo com o nompC. (3) Para entender a função de cada componente, determinar a relação dos componentes entre si será crucial. Experimentos de epistasia, por meio de telas de interação ou localização de componentes em fundos genéticos mutantes para vários outros componentes auditivos, seriam paradigmas experimentais úteis. (4) O papel fundamental da ação ciliar na transdução de CHOs ainda não é compreendido. No entanto, a análise de mutantes auditivos com vibrometria a laser pode adicionar muito a esse esforço. (5) Para que a Drosophila atinja sua maior utilidade na compreensão da relação entre os mecanismos auditivos de inseto e vertebrado, a comparação contínua e o teste de homologia com genes e mecanismos auditivos de vertebrados devem ser realizados. O sistema auditivo da Drosophila está prestes a se tornar um importante sistema de teste para dissecar a função de homólogos humanos, até mesmo componentes auditivos específicos do ser humano (Caldwell, 2002). Representações sensoriais distintas do vento e do som de campo próximo no cérebro da Drosophila

      Acredita-se que as respostas comportamentais ao vento tenham um papel crítico no controle da dispersão e genética da população de espécies selvagens de Drosophila, bem como sua navegação em vôo, mas sua base neurobiológica subjacente é desconhecida. Este estudo mostra que a Drosophila, como cepas de Drosophila selvagens capturadas, exibe robusta supressão induzida pelo vento da locomoção em resposta às correntes de ar entregues em velocidades normalmente encontradas na natureza. Neurônios sensíveis ao vento foram identificados no órgão de Johnston, uma estrutura mecanossensorial antenal implicada na detecção de som de campo próximo (Caldwell, 2002 Kernan, 2007). Usando linhas de armadilha de realçador direcionadas a diferentes subconjuntos de neurônios do órgão de Johnston e um indicador de cálcio geneticamente codificado, foi mostrado que o vento e o som de campo próximo (canto de corte) ativam populações distintas de neurônios do órgão de Johnston, que se projetam para diferentes regiões da antena e centro motor mecanossensorial no cérebro central. A ablação genética seletiva dos neurônios do órgão de Johnston sensíveis ao vento na antena abole a supressão induzida pelo vento do comportamento de locomoção, sem prejudicar a audição. Além disso, diferentes subconjuntos neuronais dentro da população sensível ao vento respondem a diferentes direções de deflexão de arista causada pelo fluxo de ar e se projetam para diferentes regiões do centro motor antenal e mecanossensorial, fornecendo um mapa rudimentar da direção do vento no cérebro. É importante ressaltar que os neurônios do órgão de Johnston sensíveis ao vento e ao som exibem diferentes propriedades de resposta intrínseca: os primeiros são ativados fasicamente por pequenos deslocamentos bidirecionais das aristas, enquanto os últimos são ativados tonicamente por deflexões estáticas unidirecionais de maior magnitude. Essas diferentes propriedades intrínsecas são adequadas para a detecção de pulsos oscilatórios de som de campo próximo e fluxo de ar laminar, respectivamente. Esses dados identificam neurônios sensíveis ao vento no órgão de Johnston, uma estrutura que tem sido principalmente associada à audição, e revelam como o cérebro pode distinguir diferentes tipos de movimentos de partículas de ar usando um órgão sensorial comum (Yorozu, 2010).

      A drosófila exibe uma parada rápida e reversível da atividade de caminhada sob suaves correntes de ar (0,7-1,6 m / s). Este comportamento também é exibido por espécies de Drosophila capturadas na natureza, em velocidades de vento (1,7 m / s - 2,8 m / s) dentro da faixa medida em seus habitats naturais. Este comportamento, denominado supressão da locomoção induzida pelo vento (WISL), pode ser observado independentemente de a atividade locomotora ter sido aumentada por sobressalto mecânico antes da introdução do fluxo de ar. É importante ressaltar que WISL não foi observado em resposta a estímulos sonoros de campo próximo, como canção de corte (canção de pulso de 280 Hz: 75-100 dB (Yorozu, 2010).

      Experimentos recentes de colagem de antenas envolveram a antena e, por extensão, JO, na sensação do vento em Drosophila. A remoção cirúrgica do terceiro segmento antenal (a3) ​​ou a colagem de a3 no segundo segmento antenal (a2), ambos causando um comprometimento funcional de JO, eliminou o WISL. Ablação genética de neurônios cordotonais mecanossensoriais usando nanchung-Gal4 e UAS-hid, um gene de morte celular de Drosophila, também eliminou WISL. Tomados em conjunto, esses resultados apoiam a ideia de que JO é necessário para WISL, uma conclusão confirmada pela ablação genética de subpopulações específicas de JO (Yorozu, 2010).

      Para investigar como o vento e o som são discriminados pelo cérebro, gravações extracelulares foram realizadas a partir do nervo antenal. Em algumas colocações de eletrodos, os trens de pico foram evocados pelo vento (0,3-0,9 m / s) e canção de corte (canção de pulso). A curta duração dos potenciais de ação evocados pelo vento (& # x0003c1 mseg) é consistente com os potenciais de ação neuronal, em vez de muscular. Em outros casos, as respostas foram evocadas pelo som, mas não pelo vento (alguns picos foram detectados no início e no deslocamento do estímulo do vento), ou pelo vento, mas não pelo som. Esses resultados sugeriram que diferentes axônios dentro do nervo antenal podem responder diferentemente ao vento versus som (Yorozu, 2010).

      Para determinar se subconjuntos distintos de neurônios JO são ativados pelo vento vs. som de campo próximo, experimentos de imagem funcional foram realizados, usando um sensor de cálcio codificado geneticamente (GCaMP-1.3), controlado por diferentes linhas de armadilha de realçador Gal4 expressas em JO. Essas linhas identificam 5 grupos principais de projeções axonais de JO no AMMC, chamados zonas A, B, C, D e E. Cada driver Gal4 rotula um subconjunto de zonas, mas a análise de mosaico revelou que neurônios JO individuais inervam apenas uma zona. Uma vez que é difícil distinguir os corpos celulares desses 5 grupos de neurônios no próprio JO, a atividade foi fotografada nos terminais dos axônios de JO no AMMC, onde as 5 zonas são facilmente discriminadas. Para fazer isso, moscas vivas foram montadas em uma orientação invertida sob um microscópio de 2 fótons, enquanto o fluxo de ar e / ou o som de campo próximo foram emitidos a partir de um tubo e um alto-falante, respectivamente (Yorozu, 2010).

      Usando uma linha de armadilha intensificadora (JO-AB) que rotula seletivamente os neurônios nas zonas A e B, a forte ativação do GCaMP foi observada pela canção de corte (canção de pulso 400 Hz, 90 dB SPL, mas não pelo vento (0,9 m / s). , usando uma linha diferente (JO-CE) que rotula seletivamente as zonas C e E, as respostas ao fluxo de ar foram observadas, mas não à canção de corte. Para comparar diretamente as respostas ao vento e ao som na mesma preparação, uma terceira linha, que rotula os neurônios nas zonas A, C e E. Esses experimentos confirmaram que a zona A foi ativada por som, mas não por fluxo de ar, enquanto a zona E foi ativada por fluxo de ar, mas não por som. As mesmas respostas seletivas foram observadas quando os dois estímulos foram apresentados Em conjunto, esses dados indicaram que JO contém populações distintas de neurônios responsivos ao som e ao vento que se projetam para diferentes regiões da AMMC (Yorozu, 2010).

      Para determinar se os neurônios JO sensíveis ao vento também são necessários para o comportamento WISL, esses neurônios foram geneticamente ablados usando uma toxina, a cadeia A de ricina. Como o driver JO-CE Gal4 é expresso não apenas em neurônios JO, mas também no cérebro central, uma estratégia interseccional foi empregada para restringir a ablação à antena usando eyeless-FLP recombinase. A especificidade desta manipulação foi confirmada usando um repórter mCD8GFP dependente de FLP (Yorozu, 2010).

      Após a ablação dos neurônios JO-C e -E, o comportamento do WISL foi eliminado, enquanto a atividade locomotora basal (antes da exposição ao vento) e o comportamento da fototaxia não foram afetados. É importante ressaltar que as fêmeas sem neurônios JO-CE tinham audição normal, como evidenciado por sua receptividade imperturbada ao namoro por machos do tipo selvagem, um comportamento que depende da capacidade das fêmeas de ouvir a canção de namoro masculino. Em contraste, as mulheres carecem Nanchung, um gene necessário para a audição, ou cujas aristas estavam coladas na cabeça, exibia uma latência muito aumentada para a cópula. Esses dados indicam que os neurônios JO-CE são necessários para o comportamento WISL, mas dispensáveis ​​para um comportamento dependente da audição (Yorozu, 2010).

      Em seguida, a significância funcional das duas subpopulações de JO sensíveis ao vento foi investigada. Axônios que inervam as zonas C e E terminam em domínios lateral vs. medial da AMMC, respectivamente. Quando o fluxo de ar foi aplicado na parte frontal da cabeça (0 & # x000b0), ou em 45 & # x000b0, houve forte ativação na zona E e pouca ativação na zona C. Por outro lado, o fluxo de ar aplicado na parte traseira (180 & # x000b0) foi ativado zona C e zona ligeiramente inibida E. O fluxo de ar aplicado ao lado da cabeça (90 & # x000b0) ativou a zona C ipsilateralmente e a zona E contralateralmente. Assim, os neurônios das zonas C e E são diferencialmente sensíveis à direcionalidade do fluxo de ar (Yorozu, 2010).

      A análise de vídeo de alta ampliação sugeriu uma hipótese simples para explicar essas observações: o fluxo de ar de diferentes direções move as aristas anteriormente ou posteriormente, e a direção da deflexão da arista determina se os neurônios da zona C ou E são ativados. Os experimentos de ablação da Arista indicaram que a ativação dos neurônios JO sensíveis ao vento, como a dos neurônios JO sensíveis ao som, depende dessa estrutura. Para testar a hipótese diretamente, as aristas foram movidas em diferentes direções usando uma sonda controlada por um motor DC. Deslocar a arista posteriormente com uma sonda ativou a zona E quase tão fortemente quanto o vento fornecido pela frente e inibiu fracamente a zona C, enquanto deslocando-a anteriormente ativou a zona C e inibiu a zona E. Esses dados demonstram que as zonas C e E são sensíveis a diferentes direções de deflexão arista. Este modelo pode explicar a ativação assimétrica das zonas C e E nos hemi-cérebros ipsi e contral-laterais durante a estimulação do vento de 90 & # x000b0, porque este estímulo produz deflexão oposta das aristas nos lados ipsi e contra-laterais do cabeça. Uma comparação interna da atividade entre as zonas C e E, tanto dentro quanto entre cada hemi-cérebro, poderia fornecer uma base para calcular a direção do vento (Yorozu, 2010).

      Quais características de estímulo são responsáveis ​​pela ativação seletiva de neurônios sensíveis ao som e vento em JO? Foi perguntado primeiro se essas duas classes de mecanorreceptores são sensíveis a diferentes amplitudes de estímulo, ou seja, velocidades de partículas de ar (var) Um microfone gradiente de pressão posicionado na antena produziu um var = 0,011 m / s para o estímulo sonoro de 400 Hz reproduzido a 90dB, que ativou ao máximo os neurônios JO-AB. No entanto, este estímulo sonoro não ativou os neurônios da zona E, embora esses neurônios sejam ativados pelo fluxo de ar em um var tão baixo quanto 0,005 m / s. Assim, a seletividade dos neurônios JO-CE e -AB para vento vs. som não se deve simplesmente a diferenças na magnitude do estímulo (Yorozu, 2010).

      Em seguida, foi perguntado se os neurônios JO-AB e -CE podem ter diferentes sensibilidades intrínsecas a diferentes tipos de movimentos aristas, movendo as aristas em etapas de diferentes magnitudes e padrões usando uma sonda controlada por um motor DC. Os neurônios sensíveis ao som na zona A foram ativados por deslocamentos tão pequenos quanto 0,01 mm, enquanto os neurônios sensíveis ao vento na zona E foram ativados apenas fracamente em deslocamentos abaixo de 0,04 mm. Assim, os neurônios da zona A têm um limiar de deslocamento inferior do que os neurônios da zona E (Yorozu, 2010).

      Surpreendentemente, foi observado que os neurônios da zona E permaneceram ativos enquanto as aristas foram deslocadas, enquanto os neurônios da zona A foram ativados apenas transitoriamente no início e no deslocamento do deslocamento da sonda. Isso sugeriu que os neurônios da zona E podem se adaptar lentamente e, portanto, responder tonicamente, enquanto os neurônios da zona A podem se adaptar rapidamente e, portanto, responder fasicamente. Para confirmar isso, as aristas foram movidas em três etapas sucessivas de 0,033 mm cada (deslocamento total de 0,099 mm). Os neurônios da zona A exibiram respostas transitórias (fásicas) após cada deslocamento, enquanto os neurônios da zona E foram ativados tonicamente durante cada deslocamento e foram ativados ao máximo após a segunda etapa. Esses dados indicam que os neurônios JO-AB e JO-CE respondem fásica e tonicamente ao deslocamento de arista, com limiares de ativação baixos vs. altos, respectivamente. Além disso, os neurônios da zona A foram ativados por movimentos bidirecionais, enquanto os neurônios da zona E foram ativados apenas unidirecionalmente. Essas diferentes propriedades de resposta intrínseca são bem combinadas com os movimentos oscilatórios da arista causados ​​por pulsos de som de campo próximo vs. deflexões unidirecionais da arista causadas pelo vento. A capacidade da mosca de discriminar vento vs. som usando um órgão sensorial comum é, portanto, explicada por diferentes populações de neurônios JO com diferentes propriedades de resposta intrínseca, que se projetam para áreas distintas da AMMC (Yorozu, 2010).

      A identificação de diferentes subpopulações de neurônios JO com propriedades de resposta tônica vs. fásica ilustra uma característica geral e conservada da mecanosensação. Na pele dos mamíferos, as células de Merkel ativadas tonicamente e de adaptação lenta, e os corpúsculos de Meissner ativados de forma fásica e de adaptação rápida são usados ​​para diferentes tipos de sensação de toque leve. Em Drosophila, essas duas propriedades foram adaptadas para detectar diferentes tipos de movimentos de partículas de ar por diferentes subconjuntos de neurônios JO. Os neurônios da zona AB são ativados pelo som e necessários para a audição. Os neurônios da zona CE são necessários para a resposta comportamental à gravidade (gravitaxe negativa), uma força que também poderia produzir deflexões estáticas da arista, embora de magnitude menor do que as produzidas pelo vento (Yorozu, 2010).

      Os dados aqui apresentados indicam que JO não é simplesmente um órgão auditivo, mas também medeia a detecção do vento, de forma sensível à direção. Além disso, neurônios ativados pelo vento em JO são necessários para uma resposta comportamental inata ao vento. A função do WISL na natureza não é clara. Estudos de campo sugeriram que o vento é um fator ambiental importante que afeta a dispersão das populações de Drosophila selvagens. WISL pode ter evoluído para controlar a dispersão da população e, assim, manter a homogeneidade genética. Alternativamente, WISL pode representar um mecanismo de defesa que serve para proteger as moscas individuais de ferimentos, ou para prevenir a dispersão de recursos alimentares. A identificação dos neurônios sensoriais que medeiam o WISL abre caminho para uma análise sistemática dos genes e circuitos neurais que estão por trás dessa resposta comportamental inata e robusta ao vento (Yorozu, 2010).

      Mapas funcionais de características mecanossensoriais no cérebro de Drosophila

      O órgão de Johnston é o maior órgão mecanossensorial da Drosophila. Contribui para a audição, tato, detecção vestibular, propriocepção e detecção do vento. Este estudo usou imagens de cálcio de 2 fótons in vivo e segmentação de imagem não supervisionada para mapear as propriedades de ajuste dos neurônios do órgão de Johnston (JONs) no local onde seus axônios entram no cérebro. A mesma metodologia foi então aplicada para estudar duas regiões principais do cérebro que processam sinais de JONs: o centro mecanossensorial e motor da antena (AMMC) e a cunha, que fica a jusante do AMMC. Em primeiro lugar, uma diversidade de tipos de resposta JON foi identificada que dividem o espaço de frequência e formam um mapa tonotópico aproximado. Alguns tipos de resposta JON são seletivos de direção, outros são especializados para codificar modulações de amplitude em uma faixa específica (fracionamento de faixa dinâmica). Em seguida, foi descoberto que tanto o AMMC quanto a cunha contêm um mapa tonotópico, com um aumento significativo na tonotopia - e um estreitamento da sintonia de frequência - no nível da cunha. Enquanto o mapa tonotópico AMMC é unilateral, o mapa tonotópico em cunha é bilateral. Por fim, foi identificada uma sub-região da AMMC / cunha que responde preferencialmente à rotação coerente dos dois órgãos mecânicos na mesma direção angular, indicativa de fluxo de ar estável orientado (vento direcional). Juntos, esses mapas revelam a ampla organização das regiões mecanossensoriais primárias e secundárias do cérebro. Eles fornecem uma estrutura para esforços futuros para identificar os tipos de células e mecanismos específicos que fundamentam o remapeamento hierárquico de informações mecanossensoriais neste sistema (Patella, 2018).

      Este estudo registrou a atividade em regiões específicas de neurópilos no cérebro de Drosophila. Esse foco foi colocado no neurópilo, em vez de somata neural, pode exigir uma explicação para leitores não familiarizados com a neuroanatomia da Drosophila.Resumidamente, a maior parte do volume do cérebro de Drosophila é exclusivamente neurópilo, ou seja, axônios e dendritos. Axônios e dendritos com propriedades de sintonia semelhantes são frequentemente co-localizados e, portanto, a imagem GCaMP pan-neuronal pode revelar mapas ordenados de características de estímulo sensorial no neurópilo cerebral de Drosophila. Em contraste, o somata neural é excluído do neurópilo e, em vez disso, está confinado a uma camada fina ao redor do núcleo do neurópilo. Não existe uma regra simples que relacione a localização do soma de um neurônio à localização de seu axônio e dendritos. Assim, células sintonizadas de forma semelhante costumam ter localizações diferentes de soma, e um estímulo sensorial normalmente evoca atividade em somata amplamente dispersa na superfície do cérebro. O objetivo deste estudo era visualizar mapas de recursos de estímulo mecanossensorial no cérebro e, portanto, a imagem do neurópilo foi uma escolha apropriada (Patela, 2018).

      Uma limitação da imagem neuropil (em comparação com a imagem somática) é que os sinais estão sendo medidos a partir de grupos de neurônios, não de neurônios individuais. A diversidade do tipo de célula pode desaparecer devido à mistura óptica. Alternativamente, a diversidade pode realmente ser superestimada. Considere um cenário hipotético com apenas dois tipos de células, ocorrendo em 10 proporções diferentes em 10 sub-regiões de neurópilos diferentes, o algoritmo identificaria 10 tipos de resposta devido à mistura óptica. É razoavelmente certo que a diversidade não está sendo superestimada a diversidade por causa da mistura óptica, porque as linhas Gal4 esparsas (onde apenas células espalhadas são marcadas) revelaram coletivamente o mesmo tipo de diversidade visto com uma linha Gal4 ampla. Parece mais provável que a diversidade esteja sendo subestimada em vez de superestimada. A imagem do cálcio também tem resolução temporal limitada. Isso é especialmente relevante para a mecanosensação, que é a modalidade sensorial mais rápida conhecida. Ambos os neurônios JONs e AMMC podem bloquear a fase para vibrações de até 500 Hz. Os sinais GCaMP6f revelarão apenas o envelope de modulação de amplitude dessas respostas, não sua estrutura fina (Patela, 2018).

      Todos os estímulos transduzidos pelo órgão de Johnston podem ser reduzidos a uma única variável, a saber, o ângulo de rotação do segmento distal antenal e sua evolução ao longo do tempo. Essa única variável descreve totalmente o rico conteúdo dos estímulos naturais que afetam o órgão de Johnston. Isso inclui estímulos tão diversos como música de cortejo, vento, padrões de batida de asas autogerados, pistas vestibulares e estímulos táteis. Da mesma forma, o rico conteúdo da fala humana e da música também é descrito por uma única variável, ou seja, a posição da membrana do tímpano (Patela, 2018).

      Qualquer sinal unidimensional variável no tempo pode ser descrito em termos de três características fundamentais: frequência, amplitude e fase. Os resultados mostram que os neurônios mecanossensoriais neste sistema mostram especializações para codificar todas as três características fundamentais. Coletivamente, eles dividem o espaço de frequência, o espaço de amplitude e o espaço de fase. Abaixo, cada um desses recursos é discutido separadamente (Patela, 2018).

      Quase todos os tipos de resposta neural identificados foram ajustados para frequência. Além disso, o ajuste de frequência foi consistentemente relacionado à posição espacial. Em outras palavras, a tonotopia foi encontrada em todos os níveis desse sistema, de JONs a AMMC e WED (Patela, 2018).

      A tonotopia pode ser útil porque permite que neurônios sintonizados interajam uns com os outros usando um gasto mínimo de 'fio'. Esse arranjo deve maximizar a velocidade e minimizar os custos metabólicos. Os mapas tonotópicos são uma característica proeminente dos sistemas auditivos dos vertebrados em células periféricas e neurônios do SNC. Em insetos, mapas tonotópicos têm sido descritos em células periféricas, mas há menos evidências de tonotopia em neurônios do SNC. Tonotopia grosseira foi relatada em alguns neurônios do SNC, mas em outros casos há falta de tonotopia. Na verdade, foi proposto que o SNC do inseto geralmente descarta a organização tonotópica da periferia. Surpreendentemente, este estudo descobriu que a tonotopia é uma característica proeminente da AMMC e WED no cérebro de Drosophila, sugerindo que pode haver mais similaridade funcional do que se suspeitava anteriormente nos sistemas auditivos de insetos e vertebrados. A proeminência da tonotopia no AMMC e no WED (e a estreiteza da sintonia de frequência no WED) também é surpreendente por outro motivo: pistas espectrais são supostamente irrelevantes para determinar as respostas comportamentais à canção de cortejo em Drosophila. No entanto, os comportamentos de namoro não são os únicos comportamentos que dependem do órgão de Johnston. Pistas espectrais podem ser importantes para outros comportamentos da Drosophila que são muito menos estudados, por exemplo, supressão da locomoção por vento turbulento, manobras de direção de voo ou reações defensivas a sons de predadores (Patela, 2018).

      Foram encontrados diferentes canais neurais especializados para codificar a amplitude do estímulo em diferentes intervalos. Em um extremo, alguns canais responderam a vibrações tão pequenas quanto 225 nm. Isso está próximo da menor amplitude de vibração que elicia uma resposta eletrofisiológica ou comportamental detectável (Patela, 2018).

      Curiosamente, os canais de codificação mais sensíveis já estavam se aproximando da saturação em amplitudes de baixo estímulo. Esses canais devem ser relativamente insensíveis às modulações de amplitude em amplitudes altas. De fato, quando o estímulo é o som do próprio vôo da mosca (que é um zumbido alto, da perspectiva da mosca), os JONs de alta sensibilidade estão saturados e, portanto, não podem seguir o envelope de modulação da amplitude do som. Isso ilustra a necessidade de canais de baixa sensibilidade também. Consequentemente, este estudo encontrou canais de codificação de baixa sensibilidade que não saturaram em amplitudes de alto estímulo. Juntos, esses resultados ilustram o princípio do fracionamento da faixa dinâmica: diferentes faixas de intensidade do estímulo são alocadas para diferentes canais de codificação. Este princípio se aplica a muitas células sensoriais periféricas, incluindo receptores auditivos de insetos e proprioceptores. Em outros sistemas sensoriais, tipos de células distintos compreendem subtipos de baixo e alto limiar. Por exemplo, no sistema somatossensorial dos vertebrados, cada pedaço de pele contém aferentes de baixo e alto limiar. No sistema auditivo dos vertebrados, cada banda de frequência contém fibras auditivas de baixo e alto limiar. Da mesma forma, no cérebro de Drosophila, cada banda de frequência contém canais de alta e baixa sensibilidade. Em outras palavras, esses canais neurais agrupam tanto o espaço de frequência quanto o espaço de amplitude (Patella, 2018).

      A fase é a terceira característica fundamental dos sinais variáveis ​​no tempo. Assim como a frequência e a amplitude, a fase também é representada sistematicamente em JONs e neurônios do SNC a jusante. Os canais push / pull são um bom exemplo. Quando a antena é empurrada e puxada, os canais push / pull respondem

      180 graus fora de fase. Isso equivale a dizer que esses dois canais têm direções preferenciais opostas (Patela, 2018).

      A sensibilidade à direção tem utilidade óbvia na detecção do vento. As moscas ambulantes usam a direção do vento como uma dica de orientação. O órgão de Johnston é um órgão sensor de vento, por isso é interessante compará-lo com o órgão sensor de vento mais bem estudado, o cercus de críquete. Os mecanismos de sensibilidade à direção são bastante diferentes no cercus do críquete e na antena da mosca. O cercus é coberto por minúsculos pêlos. Devido à estrutura assimétrica da tomada do cabelo, cada cabelo tem uma direção preferencial de movimento, e o vento de diferentes direções desviará ao máximo os diferentes fios. Cada fio de cabelo é inervado por um neurônio mecanorreceptor, que só aumenta quando o cabelo é empurrado em sua direção preferida. Por outro lado, no sistema de detecção de vento de Drosophila, há um único receptor mecânico (ou seja, o arista, que é rigidamente acoplado ao segmento distal antenal) que contrasta com os muitos receptores mecânicos no cercus de críquete (ou seja, os muitos fios de cabelo que se movem de forma independente). Enquanto cada receptor no cercus do críquete é inervado por um único neurônio, o único receptor no órgão de Johnston é inervado por muitos neurônios (JONs), com algumas células tendo respostas opostas ao mesmo movimento do receptor. Assim, no cercus a complexidade periférica é mecânica, enquanto no órgão de Johnston a complexidade periférica é neural (Patela, 2018).

      A sensibilidade à direção também é potencialmente útil na detecção de som, porque a fase relativa (direção) dos movimentos das antenas direita e esquerda pode transportar informações sobre a localização da fonte de som no azimute. Assim, a sensibilidade de direção pode existir em JONs com preferência por vibração. Na verdade, a sensibilidade à direção existe em certos neurônios que preferem vibração no AMMC que se projetam para o WED. No entanto, neste estudo, não foi possível resolver a sensibilidade de direção em sub-regiões JONs ou AMMC / WED que preferem vibração, porque os sinais de GCaMP não podem flutuar rapidamente o suficiente para capturar qualquer sensibilidade de direção (preferências de fase) em respostas de vibração (Patela, 2018).

      Este estudo fornece a primeira evidência fisiológica de integração bilateral a jusante do órgão de Johnston. Notavelmente, foi descoberto que cada faixa do mapa tonotópico do WED recebe entrada convergente de ambas as antenas. Dentro de cada faixa, as preferências de frequência ipsi e contralateral são combinadas. Uma função potencial da integração bilateral é a localização sonora. Em vertebrados e em grandes insetos, o som lateralizado produz uma diferença detectável na amplitude e / ou tempo dos sinais de pressão sonora nos dois órgãos auditivos. No entanto, à medida que o tamanho do corpo diminui, as diferenças de pressão sonora tornam-se difíceis de resolver. Por exemplo, na mosca Ormia ochracea, os dois órgãos auditivos são apenas

      Com 500 & m de distância, esta espécie desenvolveu mecanismos para amplificar as diferenças esquerda / direita na pressão sonora. Drosophila melanogaster é ainda menor que Ormia ochracea, significando que as diferenças esquerda / direita na pressão sonora são correspondentemente menores também. Consequentemente, a Drosophila desenvolveu um órgão auditivo que não detecta a pressão do som: em vez disso, o segmento distal da antena sopra para frente e para trás com as flutuações da velocidade das partículas de ar (como uma bandeira), em vez de expandir e comprimir com as flutuações da pressão do ar (como um balão) . Assim, cada antena tem sensibilidade de direção intrínseca. Como as duas aristas estão posicionadas em ângulos diferentes, elas têm direções preferenciais diferentes. Comparações bilaterais ainda seriam necessárias para a verdadeira audição direcional, porque um órgão sozinho não poderia dizer a diferença entre um som baixo vindo de uma direção preferida e um som alto vindo de uma direção não preferida. O ponto chave é que cada órgão é inerentemente direcional, portanto, não há necessidade de serem separados por uma grande distância (Patela, 2018).

      Nos grilos, a integração bilateral para localização sonora ocorre nas células diretamente pós-sinápticas aos aferentes auditivos periféricos. Essas células recebem estímulos antagônicos dos órgãos auditivos ipsi e contralaterais. Em contraste, em Drosophila, a bilateralidade não parece surgir nas células diretamente pós-sinápticas para JONs (neurônios AMMC). Em vez disso, este estudo encontrou a primeira evidência de bilateralidade no WED. Além de encontrar bilateralidade em sub-regiões com preferência por vibração, a bilateralidade também foi encontrada em uma sub-região do SNC que preferia deslocamentos antenais constantes. Esta sub-região atravessa a fronteira entre o AMMC e o WED. Esta sub-região é particularmente interessante porque tem preferências direcionais antagônicas para deslocamentos ipsi e contralaterais: ela responde melhor quando a antena ipsilateral é puxada enquanto a antena contralateral é empurrada. Este padrão de antagonismo bilateral confere seletividade para o vento direcionado para o lado ipsilateral da cabeça (Patela, 2018).

      É claro que a integração bilateral não envolve necessariamente antagonismo esquerda / direita. Em vez disso, os sinais excitatórios dos dois órgãos auditivos podem simplesmente ser somados. Esse tipo de agrupamento bilateral pode melhorar a precisão das decisões comportamentais com base nas características temporais ou espectrais dos estímulos sonoros (Patela, 2018).

      Os neurobiologistas da Drosophila referem-se às regiões pouco estudadas do cérebro da mosca como terra incógnita. Novas ferramentas recentemente abriram essas regiões cerebrais para a caracterização funcional. Como exploradores em uma terra desconhecida, os neurobiólogos da Drosophila agora enfrentam a tarefa de fazer mapas (Patella, 2018).

      Este estudo ilustra uma abordagem geral da cartografia que não faz suposições sobre a escala ou a forma dos compartimentos funcionais ou as propriedades funcionais que os distinguem. Essa abordagem rendeu mapas refinados de representações de características mecanossensoriais. Mapas como esses complementarão as novas ferramentas de bioinformática que permitem aos pesquisadores pesquisar linhas de direcionamento genético usando critérios anatômicos refinados. Juntas, essas ferramentas permitirão investigações detalhadas de tipos específicos de células e os cálculos neurais que implementam (Patella, 2018). O canal NompC TRP é essencial para a função do receptor de som da Drosophila

      A ideia de que o canal NompC TRPN1 é o Drosófila transdutor para audição foi desafiado por potenciais nervosos evocados por som remanescentes em nompC nulos. Este estudo relata que o NompC é essencial para a função de Drosófila receptores de som e que os potenciais nervosos remanescentes de nompC mutantes são fornecidos por células receptoras de gravidade / vento. A ablação dos receptores de som reduz a amplitude e a sensibilidade das respostas nervosas evocadas por som, e os mesmos efeitos decorrem de mutações em nompC. A ablação dos receptores de som também é suficiente para abolir a amplificação mecânica, que surge da motilidade do receptor ativo, está ligada à transdução e também requer NompC. A imagem do cálcio mostra que os potenciais do nervo remanescente em nompC mutantes estão associados com a atividade de receptores de gravidade / vento e que os receptores de som dos mutantes não respondem ao som. Assim, os receptores sonoros da Drosophila requerem o NompC para detecção e amplificação mecânica do sinal, demonstrando a importância desse canal do potencial receptor transiente para a audição e reavivando a ideia de que o transdutor auditivo da mosca pode ser o NompC (Effertz, 2011).

      Desde que NompC (também conhecido como TRPN1) foi implicado em Drosófila sensação de toque, especulou-se que este canal de potencial receptor transiente (TRP) poderia ser um dos canais de transdução elusivos para a audição. Com uma região de poro prevista e uma mola de anquirina N-terminal, o NompC parece estruturalmente qualificado por ser um canal de íons operado por mola, implicado na transdução auditiva. Embora exiba uma aparência filogenética bastante irregular, o NompC é necessário para a função de certos mecanorreceptores de Drosophila e nematóides e células ciliadas de peixe-zebra. O NompC também é expresso nas células ciliadas das rãs e nos mecanorreceptores da orelha da Drosophila, mas embora o NompC possa comprovadamente servir como canal de mecanotransdução, sua importância para a transdução auditiva e a audição permanece incerta: nas células ciliadas das rãs, o NompC localiza os cinocílios que são dispensáveis para transdução. E no ouvido da Drosophila, a perda de nompC a função reduz a amplitude das respostas nervosas aferentes evocadas por som em apenas cerca da metade (Effertz, 2011).

      Uma possível explicação para o último efeito leve surgiu com a recente descoberta de que o órgão auditivo antenal de Drosófila, Órgão de Johnston (JO), abriga receptores de som e gravidade / vento: cerca de metade das aproximadamente 480 células receptoras de JO da mosca respondem preferencialmente a vibrações antenais dinâmicas e servem para detecção de som, enquanto a outra metade responde preferencialmente a deflexões antenais estáticas e medeia a detecção da gravidade e do vento. Direcionar genes repórter por meio de um nompC-Gal4 o construto de fusão do promotor rotulou apenas os receptores de som, sugerindo que os potenciais nervosos evocados por som que persistem em nompC mutantes podem ser contribuídos por nompC- células receptoras de gravidade / vento JO independentes. nompC-Gal4, no entanto, reproduz endógenos nompC expressão apenas parcialmente, e um anticorpo detectou a proteína NompC em virtualmente todos os receptores de JO. Para explorar se os dois tipos de receptor de JO, no entanto, diferem em seus nompC dependência, função JO foi analisada em nompC mutantes e em moscas com células receptoras de som ou gravidade / vento ablacionadas (Effertz, 2011).

      Para remover seletivamente o som JO ou os receptores de gravidade / vento, Toxina A de UAS-ricina foi expresso nessas células usando drivers GAL4 específicos do tipo de receptor em conjunto com o sistema ey-FLP / FRT para restringir a expressão de toxinas a células que expressam GAL4 na antena e no olho. Para avaliar a função de JO, as moscas foram expostas a tons puros de diferentes intensidades e a entrada mecânica resultante e a saída elétrica de JO foram monitoradas simultaneamente. A entrada mecânica foi medida como deslocamento induzido por som da arista da antena, enquanto a saída elétrica foi registrada na forma de potenciais de ação compostos evocados por som (CAPs) dos axônios receptores no nervo antenal. A frequência dos tons foi ajustada para a melhor frequência mecânica da antena, que foi deduzida do espectro de potência das flutuações livres da antena. A intensidade dos tons foi medida como a velocidade da partícula sonora na posição da mosca (Effertz, 2011).

      De acordo com observações anteriores, verificou-se que os potenciais nervosos evocados por som remanescentes persistem em nompC nulos: variando a velocidade da partícula sonora entre aproximadamente 0,001 e 10 mm / s evocou CAPs em nompC 2 e nompC 3 mutantes nulos cujas amplitudes máximas foram

      6 vezes menor do que os do tipo selvagem e controles. Moscas mutantes carregando o alelo mais fraco nompC 4 exibiram amplitudes CAP igualmente reduzidas, mas as amplitudes eram normais quando um UAS-nompC-L construção de resgate foi expressa em todos os receptores JO de nompC 3 nulos. Amplitudes de CAP reduzidas conforme observado em nompC mutantes também resultaram da ablação direcionada de receptores de som JO. Quando os receptores de gravidade / vento JO foram eliminados, no entanto, as amplitudes CAP permaneceram normais, assemelhando-se às de moscas do tipo selvagem e controles. Assim, os potenciais sonoros evocados no nervo antenal da mosca não são apenas contribuídos pelos receptores de som de JO: se esses receptores forem eliminados, os CAPs residuais persistem cujas amplitudes se assemelham às de nompC nulos (Effertz, 2011).

      Mutações em nompC, além de reduzir os potenciais nervosos evocados por som, prejudicam a audição sensível. Esta redução na sensibilidade auditiva tornou-se aparente quando as amplitudes CAP relativas foram plotadas contra o deslocamento antenal induzido por som correspondente. Em moscas de tipo selvagem e controle, deslocamentos antenais iguais ou maiores que

      50 nm foram suficientes para eliciar CAPs, e a amplitude do CAP aumentou monotonamente para deslocamentos entre aproximadamente 50 e 600 nm. No nompC mutantes, esta faixa dinâmica da resposta CAP mudou consistentemente até deslocamentos de antenas entre aproximadamente 160 e 2.000 nm, correspondendo a um

      Queda de sensibilidade de 3 vezes. Essa queda de sensibilidade, que foi resgatada expressando UAS-nompC-L nos receptores JO de nompC 3 mutantes, também foi observada em moscas com células receptoras de som JO ablacionadas.Quando os receptores de gravidade / vento foram removidos, no entanto, a sensibilidade auditiva permaneceu inalterada (Effertz, 2011).

      Quando as amplitudes CAP relativas foram plotadas contra a velocidade da partícula de som em vez do deslocamento da antenal, a queda de sensibilidade observada em nompC mutantes e moscas com receptores de som ablacionados foi ainda mais pronunciado. Consequentemente, a perda de nompC A função e a perda da função do receptor de som reduzem tanto a sensibilidade do JO aos deslocamentos da antena quanto, além disso, a sensibilidade mecânica da antena ao som (Effertz, 2011).

      Para avaliar a sensibilidade mecânica da antena, seu deslocamento varia com a intensidade do som foi determinado. Em moscas do tipo selvagem e controle, o deslocamento da antena aumentou de forma não linear com a velocidade da partícula de som, exibindo uma não linearidade compressiva que, decorrente da atividade mecânica dos receptores JO, aumentou a sensibilidade mecânica

      8 vezes quando o som era fraco. Consistente com observações anteriores, verificou-se que esta amplificação mecânica não linear foi perdida em nompC mutantes, tornando suas antenas mecanicamente menos sensíveis a estímulos acústicos, de modo que sons mais altos eram necessários para deslocar suas antenas em uma determinada distância, além dos deslocamentos antenais maiores que eram necessários para eliciar CAPs em seus nervos antenais. Também foi descoberto que esta amplificação não linear poderia ser resgatada expressando UAS-nompC-L em receptores de JO e que exigia especificamente células receptoras de som de JO: a ablação apenas dos receptores de som aboliu a amplificação mecânica, e o mesmo efeito foi causado por mutações em nompC. No nompC mutantes, essa perda de amplificação foi associada a alterações na sintonia da antena e na potência de flutuação que foram quantitativamente mimetizadas em moscas com células receptoras de som ablacionadas. Se os receptores de gravidade / vento foram ablacionados, no entanto, a amplificação mecânica permaneceu normal, com a não linearidade compressiva da antena, sua sintonia e sua potência de flutuação semelhantes aos do tipo selvagem, nompC-L resgate e controle de moscas. Portanto, a amplificação mecânica não linear na Drosófila ouvido requer tanto o canal NompC quanto os receptores de som JO, mas é independente das células do receptor de gravidade / vento JO (Effertz, 2011).

      A ablação de receptores de som JO fenocopia os defeitos auditivos de nompC mutantes, sugerindo que NompC é essencial para a função mecanossensorial dessas células. Para testar esta hipótese, os sinais de cálcio evocados mecanicamente foram monitorados no corpo dos receptores de JO de nompC 3 mutantes nulos e controles ao mesmo tempo em que registram o deslocamento da antena e os CAPs subsequentes do nervo antenal. Os sinais de cálcio foram medidos através da cutícula da antena usando o sensor de cálcio raciométrico codificado geneticamente Cameleon2.1 (Cam2.1). Para evocar sinais de cálcio, a antena foi acionada sinusoidalmente em sua melhor frequência mecânica com força eletrostática (Effertz, 2011).

      Quando Cam2.1 foi expresso apenas nos receptores de som ou em todos os receptores JO, as vibrações da antena evocaram sinais robustos de cálcio nos controles. Os sinais de cálcio dos receptores de som foram totalmente abolidos em nompC 3 mutantes, mas quando Cam2.1 foi expresso em todos os seus receptores JO, pequenos sinais de cálcio foram detectados que se assemelhavam aos dos receptores de gravidade / vento dos controles. Para avaliar a relação entre os sinais de cálcio de JO e os potenciais do nervo antenal, suas respectivas amplitudes foram plotadas em relação ao deslocamento da antena. Os grandes sinais de cálcio dos receptores de som dos controles sobrepostos às amplitudes relativas dos CAPs gravados simultaneamente e dos CAPs de moscas com células receptoras de gravidade / vento ablacionadas. Os pequenos sinais de cálcio dos receptores de gravidade / vento foram deslocados para deslocamentos antenais maiores e sobrepostos aos CAPs de moscas com células receptoras de som ablacionadas. Os sinais de cálcio obtidos de todos os receptores JO dos controles tiveram amplitudes intermediárias, identificando-os como sinais mistos contribuídos por células receptoras de som e gravidade / vento. Os CAPs residuais de nompC 3 os mutantes não se associaram aos sinais de cálcio em seus receptores de som, mas se sobrepuseram aos pequenos sinais de cálcio obtidos de todos os receptores JO dos mutantes e dos receptores JO de gravidade / vento dos controles. Embora a recombinação malsucedida tenha impedido a expressão seletiva de Cam2.1 nos receptores de gravidade / vento dos mutantes, as descobertas acima mostram que os sinais de cálcio que podem ser atribuídos a esses receptores estão associados aos CAPs residuais em nompC nulos. Evidência adicional de que os sinais de cálcio nos mutantes surgem de receptores de gravidade / vento foi obtida quando o curso de tempo desses sinais foi inspecionado: nos controles, o início dos sinais de cálcio de todos os receptores JO seguiu dois exponenciais. O exponencial com a constante de tempo maior se ajustou bem aos sinais de cálcio de seus receptores de som. O exponencial com a menor constante de tempo se ajustou bem aos sinais de cálcio de seus receptores de gravidade / vento e também aqueles de nompC 3 nulos. Assim, em vez de ser contribuído por receptores de som JO, os CAPs residuais de nompC mutantes são considerados como refletindo a atividade das células receptoras de gravidade / vento JO (Effertz, 2011).

      A julgar pelos sinais de cálcio intracelular, as respostas dos receptores de gravidade / vento de JO ao forçamento sinusoidal são independentes do NompC. Como esses receptores respondem preferencialmente ao forçamento estático, as antenas das moscas foram desviadas estaticamente e os sinais de cálcio que se seguiram foram medidos. De acordo com observações anteriores, os receptores de som de JO dificilmente responderam às deflexões antenais e os sinais de cálcio obtidos de todos os receptores de JO de nompC 3 mutantes eram indistinguíveis dos controles. Conseqüentemente, enquanto o NompC é essencial para a função mecanossensorial dos receptores de som do JO, a função mecanossensorial dos receptores de gravidade / vento do JO parece independente do NompC. Como o NompC é detectável nas pontas dendríticas de virtualmente todos os receptores de JO, outras proteínas podem compensar a perda de NompC nos receptores de gravidade / vento de JO. Possivelmente, ambos os tipos de receptor de JO também usam diferentes isoformas NompC, o que também poderia explicar por que certas nompC os construtos de fusão do promotor são expressos seletivamente em células receptoras de som JO. A isoforma NompC-L resgata os defeitos auditivos de nompC mutantes e, portanto, parece crucial para a função do receptor de som JO. Determinar padrões de isoforma NompC em JO pode ajudar a entender por que os receptores de gravidade / vento expressam, mas aparentemente não precisam, deste TRP (Effertz, 2011).

      Este estudo mostrou que o NompC é essencial para a função mecanossensorial de Drosófila receptores de som, tornando este canal TRP um forte candidato para o mecanotransdutor auditivo da mosca. A precedência de que o NompC pode servir como um canal de mecanotransdução vem do trabalho em C. elegans, e a importância do NompC para Drosófila a transdução auditiva é apoiada por sua necessidade de amplificação mecânica não linear: no ouvido da Drosophila, a fonte dessa amplificação foi rastreada até os mecanotransdutores que, a julgar pelo presente estudo, residem nos receptores de som. Perda de amplificação em moscas com receptores de som ablacionados e em nompC mutantes indica que esses transdutores auditivos requerem NompC. Claramente, mais trabalho é necessário para dissecar os papéis específicos do NompC na transdução auditiva, e tal dissecção agora parece mais valiosa dada a importância auditiva deste TRP (Effertz, 2011).

      Prestin é um transportador de ânions dispensável para amplificação de feedback mecânico na audição de Drosophila

      Em mamíferos, a proteína Prestin, baseada em membrana, confere propriedades eletromotilares únicas às células ciliadas externas da cóclea, que contribuem para o amplificador coclear. Como os mamíferos, as orelhas dos insetos, como as de Drosophila melanogaster, amplificam mecanicamente os estímulos sonoros e também foi relatado que expressam homólogos de Prestin. Para determinar se o homólogo de D. melanogaster Prestin (dpres) é necessário para amplificação auditiva, dpres moscas mutantes foram geradas e analisadas. dpres é expressado de forma robusta no ouvido antenal da mosca. Contudo, dpres moscas mutantes apresentam respostas normais do nervo auditivo e amplificação não linear intacta. Assim, conclui-se que, em D. melanogaster, a amplificação auditiva é independente de Prestin. Este achado ressoa com análises filogenéticas anteriores, que sugerem que a função motora derivada do Prestin de mamífero substituiu, ou corrigiu, uma função de transporte ancestral. Na verdade, este estudo mostra que dpres codifica um transportador de ânions funcional. Curiosamente, a nova função motora adquirida na linhagem filogenética que leva a pássaros e mamíferos coincide com a perda do canal mecanotransdutor NompC (= TRPN1), que se mostrou necessário para a amplificação auditiva em moscas. O advento de Prestin (ou perda de NompC, respectivamente) pode, portanto, marcar uma transição evolutiva de um mecanismo de amplificação auditiva baseado em transdutor para um baseado em Prestin (Kavlie, 2014).

      A Drosophila voadora estabiliza seu controlador de velocidade baseado na visão ao detectar o vento com suas antenas

      As moscas e outros insetos usam a visão para regular a velocidade em relação ao solo durante o vôo, permitindo-lhes voar em condições de vento variáveis. Em comparação com as modalidades mecanossensoriais, no entanto, a visão requer um longo atraso de processamento (

      100 ms) que pode introduzir instabilidade se operado com alto ganho. As moscas também sentem o movimento do ar com suas antenas, mas não se sabe como isso é usado no controle de vôo. Este estudo manipulou a função antenal das moscas-das-frutas através da ablação de suas aristas, forçando-as a confiar apenas na visão para regular a velocidade no solo. As moscas ablacionadas com Arista em voo exibiram uma variabilidade de velocidade em relação ao solo significativamente maior do que as moscas intactas. Em seguida, foram submetidos a uma série de rajadas de vento impulsivas controladas por um pistão de ar e antenas manipuladas experimentalmente e feedback visual. Os resultados mostram que uma resposta mediada por antena altera o movimento da asa para fazer com que as moscas acelerem na mesma direção da rajada. Esta resposta se opõe a voar contra o vento contrário, mas voa regularmente contra o vento. Para resolver esta discrepância, um modelo dinâmico do regulador de velocidade da mosca foi obtido ajustando parâmetros de modelos candidatos aos dados experimentais. O modelo sugere que a variabilidade da velocidade de solo de moscas ablacionadas com arista é o resultado de oscilações de feedback instáveis ​​causadas pelo atraso e alto ganho de feedback visual. A resposta da antena conduz o amortecimento ativo com um atraso mais curto (

      20 ms) para estabilizar este regulador, em troca de aumentar o efeito dos ventos rápidos. Isso fornece uma visão sobre a arquitetura de feedback sensorial multimodal das moscas e constitui um papel até então desconhecido para as antenas (Fuller, 2014).

      Engrailed altera a especificidade das conexões sinápticas dos neurônios auditivos de Drosophila com a fibra gigante

      Um subconjunto de neurônios do órgão de Johnston detectores de som (JONs) em Drosophila melanogaster que expressam os fatores de transcrição Engrailed (En) e Invected (Inv) formam entradas sinápticas elétricas e químicas mistas no dendrito de fibra gigante (GF). Essas conexões sinápticas são detectadas por transferência trans-sináptica de Neurobiotina (NB) e por co-localização de pontos curtos de Bruchpilot. A expressão incorreta de En pós-mitoticamente em um segundo subconjunto de JONs responsivos ao som faz com que eles formem sinapses elétricas e químicas ectópicas com o GF, por sua vez fazendo com que o neurônio pós-sináptico redistribua seus ramos dendríticos na vizinhança desses aferentes. Um paradigma de registro eletrofisiológico simples foi introduzido para quantificar a atividade elétrica pré-sináptica e pós-sináptica nesta sinapse, medindo os potenciais sonoros evocados (SEPs) extracelulares do nervo antenal enquanto monitora a probabilidade de GF disparar um potencial de ação em resposta ao subliminar simultâneo estímulos de som e tensão. A expressão pré-sináptica ectópica de En fortalece a conexão sináptica, consistente com a formação de mais contatos sinápticos. Finalmente, o knockdown de En e Inv mediado por RNAi em neurônios pós-mitóticos reduz a amplitude SEP, mas também reduz a força sináptica na sinapse JON-GF. No geral, esses resultados sugerem que En e Inv em JONs regulam tanto a excitabilidade neuronal quanto a conectividade sináptica (Pezier, 2014).

      O tremor B medeia o acoplamento sináptico entre os neurônios sensoriais auditivos e a fibra gigante de Drosophila melanogaster

      Os neurônios do órgão de Johnston (JONs) formam sinapses químicas e elétricas no neurônio de fibra gigante (GF), como parte do circuito neuronal que medeia a resposta de escape de GF em Drosophila. Este estudo examinou qual das 8 innexinas de Drosophila (proteínas de junção de hiato de invertebrados) medeia a conexão elétrica nesta sinapse. O GF é conhecido por expressar Shaking B (ShakB), especificamente a isoforma ShakB N + 16 apenas, em suas sinapses de saída no tórax. o shak B2 a mutação interrompe essas saídas GF e também abole a transmissão sináptica JON-GF. A amplitude do potencial de ação composto registrado em resposta ao som da base da antena (potencial evocado por som, ou SEP) foi reduzida pelo RNAi das innexinas Ogre, Inx3, Inx6 e, em menor grau, Inx2, sugerindo que eles pode ser necessária em JONs para o desenvolvimento adequado, excitabilidade ou sincronização de potenciais de ação. A força da conexão JON-GF em si foi reduzida aos níveis de fundo apenas por RNAi de shakB, não das outras sete innexins. O knockdown de ShakB evitou o acoplamento de Neurobiotina entre GF e JONs e removeu as placas de imunorreatividade da proteína ShakB que estão presentes na região de contato. Específico shakB As linhas de RNAi que são previstas para atingir as isoformas ShakB L ou ShakB N sozinhas não reduziram a força sináptica, implicando que é ShakB N + 16 que é necessário nos neurônios pré-sinápticos. Também foi sugerido que as proteínas de junção gap podem ter um papel instrutivo na escolha do alvo sináptico (Pezier, 2016).

      Papéis específicos do tipo celular das subunidades Na + / K + ATPase na mecanosensação auditiva de Drosophila

      A homeostase iônica é um processo celular fundamental, particularmente importante nas atividades das células excitáveis, como a audição. Ele depende da Na (+) / K (+) ATPase (também conhecida como bomba de Na), que é composta de uma subunidade alfa e catalítica e uma subunidade beta necessária para seu transporte para a membrana plasmática e para regular sua atividade. Este estudo mostra que as subunidades alfa e beta são expressas no órgão de Johnston (JO), o órgão auditivo da Drosophila. Expressão de subunidades alfa (ATP e alfa e semelhantes a alfa) e subunidades beta (nrv1, nrv2, e nrv3) foram derrubados individualmente em JO com RNAi mediado por UAS / Gal4. ATP e alfa mostram expressão elevada na membrana ablumenal das células de escolopala, que envolvem os dendritos neuronais JO em compartimentos semelhantes à endolinfa. Derrubar ATP & alpha, mas não & alpha-like, em todo o JO ou apenas em células escolopais usando drivers específicos, resultou em surdez completa. Entre as subunidades & beta, nrv2 é expresso em células escolopais e nrv3 em neurônios JO. Derrubando nrv2 nas células scolopale bloquearam a expressão de Nrv2, reduziram a expressão de ATP e alfa nas células scolopale e causaram surdez quase completa. Além disso, o knockdown de qualquer nrv2 ou ATP e alfa especificamente em células de escolopala causam acúmulo de material denso de elétrons anormal no espaço de escolopala. De forma similar, nrv3 funções em JO, mas não em células de escolopala, sugerindo especificidade do neurônio paralela nrv2 suporte específico para células scolopale do ATP e alfa catalítico. Esses estudos fornecem um modelo adequado para investigar a geração de compartimentos extracelulares semelhantes à endolinfa (Roy, 2013).

      Usando a energia da hidrólise do ATP, a bomba de Na expulsa Na + citoplasmático (saída) e K + extracelular (entrada) na proporção de 3: 2 e mantém o gradiente desses cátions através da membrana, controlando assim o equilíbrio eletrolítico e de fluidos no células e órgãos em todo o corpo. Entre suas outras funções, a bomba de Na ajuda a manter o potencial de repouso das células, regula o volume celular e facilita o transporte de solutos para dentro e para fora das células. A homeostase iônica da maioria dos sistemas biológicos depende da bomba de Na. No sistema auditivo, essa bomba tem sido associada à manutenção do equilíbrio osmótico da orelha interna (Bartolami, 2011). A escala média do ouvido interno é preenchida com um fluido extracelular rico em K + conhecido como endolinfa, que é essencial para preservar as estruturas sensoriais e apoiar a transdução. Manter a homeostase da endolinfa é fundamental para sustentar as funções auditivas. A perda do equilíbrio endolinfático causa colapso do compartimento endolinfático, levando à perda auditiva em mamíferos. Canais e bombas de K +, incluindo a bomba de Na, garantem o ciclo adequado e a secreção de íons K + nas células da estria vascular da cóclea. A bomba de Na também foi associada à perda auditiva relacionada à idade e à doença M & # x000e9ni & # x000e8re. Uma análise funcional detalhada desta bomba é, portanto, necessária para obter um insight sobre a fisiologia molecular da perda auditiva resultante da perda da homeostase iônica auditiva (Roy, 2013).

      Embora os sistemas auditivos de vertebrados e invertebrados difiram estruturalmente, eles evoluíram dos mesmos mecanossensores primitivos, e há semelhanças genéticas de desenvolvimento impressionantes entre as duas linhagens. O órgão auditivo da mosca, órgão de Johnston (JO), é um órgão cordotonal (cho) alojado no segundo segmento antenal (9-9292369817 "> 9). O JO compreende uma série de

      250 unidades auditivas ou escolopídios. Cada escolopídio compreende de dois a três neurônios sensoriais ciliados associados a várias células de suporte. Esses neurônios bipolares são monodendríticos com um único cílio distal e um axônio proximal. A célula escolopale, a principal célula de suporte, envolve os dendritos neuronais em um lúmen cheio de fluido, o espaço escolopal. Este fluido, a linfa receptora, assemelha-se à endolinfa coclear e, como a endolinfa, acredita-se que seja rico em íons K +. As células de escolopala são reforçadas estruturalmente com bastonetes de escolopala à base de actina. A mecanosensação auditiva envolve a transdução do estímulo sonoro mecânico por meio da rotação dos segmentos antenais distais em uma resposta neuronal em JO. Por meio de técnicas eletrofisiológicas é possível registrar os potenciais evocados por som (PES) do nervo auditivo. O JO também medeia a gravidade e a detecção do vento, além da mecanossensação auditiva (Roy, 2013).

      Este estudo utilizou o sistema mecanossensorial auditivo de Drosophila melanogaster, com suas técnicas genéticas moleculares e eletrofisiológicas, para entender o papel da bomba de Na na manutenção da homeostase auditiva de íons. Foi hipotetizado que a bomba de Na é importante na manutenção da homeostase iônica da linfa do receptor auditivo. Este estudo mostra que ATP& alpha é a única bomba de Na & subunidade alfa em JO e que tem expressão elevada nas células escolopais. As subunidades & # x003b2 mostram expressões e funções específicas do tipo de célula em JO, com nrv2 sendo específico para células escolopais e nrv3 específico para neurônios. Também foi mostrado que ATP& alpha localiza-se preferencialmente na membrana ablumenal da célula de escolopala. Essa localização de bomba funcional é consistente com um papel no bombeamento de íons K + para a célula escolopale a caminho da linfa do receptor, um papel que se assemelha à sua contribuição para gerar a endolinfa do ouvido interno dos vertebrados (Roy, 2013).

      Este estudo mostrou que a bomba de Na está localizada preferencialmente na membrana plasmática ablumenal da célula escolopale, de onde ela provavelmente bombeia íons K + para o citoplasma da célula escolopale a caminho do espaço escolopal. Várias linhas de evidência apóiam essa conclusão. Em primeiro lugar, foi observado que ATP e alfa, a principal subunidade de JO e alfa, tem uma expressão surpreendentemente alta na célula escolopale. Isso sugeriu que o ATP e alfa gene tem um papel especializado específico da célula de scolopale. Em segundo lugar, a maioria das proteínas ATP e alfa localiza-se fora dos bastonetes de escolopala, apoiando uma localização na membrana plasmática ablumenal. Terceiro, ATP e alfa o knockdown na célula escolopale resultou em surdez, perda da integridade da célula escolopale e defeitos morfológicos, como presença de cílios distendidos, implicando em desequilíbrio iônico no espaço escolopal. Em conjunto, é provável que a bomba de Na esteja envolvida na manutenção da homeostase dos íons linfáticos do receptor de JO. Outros atores moleculares devem trabalhar em conjunto com a bomba de Na para manter a homeostase de íons do sistema. No entanto, sua identificação deve aguardar um estudo mais aprofundado (Roy, 2013).

      A bomba de Na também pode ter funções alternativas que não dependem da atividade da bomba. Os resultados atuais mostram a localização subcelular da proteína de fusão ATP e alfa-GFP que se acumula perto da junção da célula da capa da célula de escolopale e da junção do segmento dendrítico interno da célula de escolopala com o neurônio. Sabe-se que as junções septadas estão presentes entre esses tipos de células. As junções septadas dos insetos formam uma barreira de difusão transepitelial que limita a passagem do soluto pelos espaços entre as células adjacentes em um epitélio. A bomba de Na tem uma atividade de junção celular independente da bomba responsável por manter a função de barreira epitelial no Drosófila sistema traqueal, mediado pela subunidade Nrv2 & # x003b2 (Paul, 2003 Paul, 2007). No sistema auditivo da mosca, a falha em preservar a integridade juncional das células escolopais devido à falta de bombas funcionais também pode causar retenção de líquidos dentro do espaço escolopal, que pode se manifestar como anormalidades morfológicas vistas quando ATP e alfa ou nrv2 foram derrubados na cela de escolopale. No entanto, um ensaio de exclusão de corante Lucifer Yellow, em animais em que ATP e alfa foi derrubado com nompA-Gal4, argumenta contra esse papel juncional da bomba de Na nas células escolopais, embora não se possa absolutamente descartar um papel juncional da bomba porque as moléculas de Lúcifer Yellow podem ser muito grandes para detectar um leve comprometimento juncional, ou o RNAi pode não inibir completamente o bombear. Além disso, as junções septadas requerem vários outros componentes, portanto, a perda de apenas um componente pode não desmontar completamente as junções septadas nessas células. Futuros experimentos de resgate genético usando construções com função de bomba inativada em um ATP e alfa O fundo de knockdown indicaria se o fenótipo de knockdown observado é uma função independente da bomba de Na. No entanto, devido ao requisito inicial da bomba de Na durante o desenvolvimento e a reatividade cruzada do RNAi para as cópias do gene da construção endógena e de resgate, tais experimentos atualmente não são viáveis ​​(Roy, 2013).

      O achado de organelas como as mitocôndrias no espaço escolopal, muitas vezes desprovido de invólucro da membrana plasmática, levanta a questão de sua origem. A fonte mais provável é a própria célula de escolopala. Uma possibilidade é que a homeostase iônica e o equilíbrio osmótico concomitantemente comprometidos resultem na ruptura da membrana celular de escolopala, liberando conteúdo celular. As membranas rasgadas podem se selar rapidamente por meio de um processo dependente de Ca 2+. No Drosófila embriões, células que sofrem tal ruptura da membrana celular formam um tampão de membrana para selar novamente a lacuna na bicamada lipídica por meio de uma atividade coordenada da membrana celular e do citoesqueleto. Uma segunda possibilidade é que o material estranho no espaço escolopal resulte principalmente de uma necessidade de desenvolvimento da bomba de Na. A linhagem de células cho para cada escolopídio vem de uma célula precursora de órgão de sentido único, especificada no epitélio do disco imaginal. A divisão celular da linhagem ocorre cedo, antes de mudanças massivas na forma celular, com enorme alongamento subsequente. A perda da homeostase do íon durante esse processo pode impedir a alta fidelidade de desenvolvimento necessária para essas mudanças na forma da célula. Uma terceira explicação possível pode ser a apoptose parcial da célula escolopale. Ultraestruturalmente, está claro que a célula escolopale ainda está viva nos animais knockdown porque os núcleos não são heteropicnóticos e nenhum encolhimento celular é visto, ambos os quais são marcas registradas das células apoptóticas. No entanto, desequilíbrios iônicos ou osmóticos na célula podem desencadear um subconjunto de características apoptóticas, como bolhas na membrana plasmática. Essas bolhas no espaço escolopal seriam inicialmente ligadas por membrana, mas esta membrana pode ser instável e quebrar no contexto do espaço escolopal. As mitocôndrias encontradas no espaço escolopal também frequentemente exibem inchaço ou cristas interrompidas, observações que também são consistentes com características apoptóticas em Drosófila (Roy, 2013).

      As correntes do receptor neuronal resultantes da transdução auditiva provavelmente causam depleção de íons na linfa do receptor, portanto, deve existir um mecanismo pelo qual a linfa do receptor é reabastecida com um suprimento constante de íons K +. A linfa do receptor que preenche o espaço escolopal em JO é provavelmente altamente enriquecida em íons K + em analogia aos receptores de cerdas e sensilas campaniformes em insetos que se mostraram ricos em íons K +. Além disso, a endolinfa de vertebrados é enriquecida com K +. O modelo da bomba de Na no sistema auditivo da mosca é que ela está presente na membrana plasmática ablumenal da célula escolopale, onde transporta ativamente íons K + para a célula escolopale a caminho do espaço escolopal para ajudar a manter sua riqueza em K + composição iônica. O knockdown mediado por RNAi das subunidades da bomba de Na resulta em surdez e perda de integridade morfológica. Todas essas descobertas são consistentes com o modelo. No entanto, para confirmar absolutamente a relevância deste modelo, são necessários experimentos adicionais. Em primeiro lugar, seria informativo medir a concentração iônica do receptor e demonstrar diretamente a alta concentração de K + no espaço escolopal. No entanto, esses experimentos podem ser tecnicamente desafiadores devido ao pequeno tamanho do escolopídio. Também é necessário identificar outras moléculas que atuam em combinação com a bomba de Na para manter a linfa do receptor para uma transdução auditiva eficiente (Roy, 2013).

      No ouvido interno dos vertebrados, o potencial endococlear é obtido pela manutenção da composição iônica da endolinfa no compartimento fluido para o qual os estereocílios se projetam. Acredita-se que a desregulação da concentração de íons ou do volume de fluido na endolinfa, mediada por células na estria vascular e nas paredes laterais do órgão de Corti, seja a base de distúrbios auditivos, como a doença de Alzheimer, e pode contribuir para a perda auditiva relacionada à idade. Embora se acredite que a bomba de Na participe do enriquecimento de K + na endolinfa e contribua para a homeostase do volume de fluido na endolinfa, os mecanismos precisos da doença de Alzheimer e doenças relacionadas não são bem compreendidos. Este artigo aproveitou o rápido avanço da compreensão do Drosófila sistema auditivo para investigar sistematicamente a expressão e os papéis funcionais de cada subunidade da bomba de Na no órgão auditivo. A especificidade do tipo de célula das subunidades da bomba de Na foi definida, bem como as consequências funcionais e morfológicas da perda de função específica do tipo de célula dessas subunidades. Ele também prepara o terreno para estudos futuros para elucidar as vias e mediadores detalhados do transporte de íons e regulação de fluidos. O modelo da localização subcelular da bomba de Na na membrana ablumenal da célula escolopale fornece um sistema útil para investigar a geração de potencial endococlear em compartimentos extracelulares semelhantes à endolinfa e suas disfunções em relação a distúrbios do ouvido interno, como perda auditiva relacionada à idade e M & # Doença de x000e9ni & # x000e8re (Roy, 2013).

      Diversos papéis das dineínas axonemais na função do neurônio auditivo da Drosophila e na amplificação mecânica da audição

      Muito parecido com as células ciliadas de vertebrados, os neurônios sensoriais cordotonais que medeiam a audição em Drosophila são móveis e amplificam a entrada mecânica do ouvido. Como os neurônios carregam cílios mecanossensoriais primários cujos axonemas dos microtúbulos exibem braços de dineína, foi levantada a hipótese de que sua motilidade é alimentada por dineínas. Este estudo descreve duas proteínas dineína axonemal que são necessárias para a função do neurônio auditivo da Drosophila, localizam-se em seus cílios primários e contribuem de forma diferente para a amplificação mecânica da audição. Fusões de promotores revelaram que os dois genes dineína axonemal Dmdnah3 (= CG17150) e Dmdnai2 (= CG6053) são expressos em neurônios cordotonais, incluindo os auditivos no ouvido da mosca. Os alelos nulos de ambas as dineínas aboliram igualmente as respostas elétricas dos neurônios auditivos, embora as mutações em Dmdnah3 facilitassem a amplificação mecânica, a amplificação foi abolida por mutações em Dmdnai2. A análise da epistasia revelou que o Dmdnah3 atua a jusante dos canais Nan-Iav no controle do ganho amplificatório. Dmdnai2, além de ser necessário para a amplificação, é essencial para os braços de dineína externos nos cílios dos neurônios auditivos. Defeitos mutantes na competição espermática sugerem que ambas as dineínas também atuam na motilidade espermática (Karak, 2015).

      Fosfoinositídeo ciliar regula o tráfego de proteínas ciliares em Drosófila

      Os cílios são organelas celulares semelhantes a antenas altamente especializadas. O inositol polifosfato 5-fosfatase E (INPP5E) converte PI (4,5) P2 em PI4P e é necessário para a função ciliar adequada. Embora Inpp5e mutações estão associadas a ciliopatias em humanos e camundongos, o papel molecular preciso que INPP5E desempenha nos cílios permanece obscuro. Este estudo relata que Drosófila INPP5E (dINPP5E) regula o tráfego de proteínas ciliares controlando a composição de fosfoinositídeo das membranas ciliares. Mutações em dInpp5e levar a déficits auditivos devido à localização incorreta de dTULP e canais de mecanotransdução, Inativos e NOMPC, nos cílios cordotonais. Tanto a perda de dINPP5E quanto a expressão ectópica do fosfatidilinositol-4-fosfato 5-quinase Skittles aumentam os níveis de PI (4,5) P2 na base ciliar. O fato de que Skittles expressão fenocópias o dInpp5e mutantes confirma um papel central para PI (4,5) P2 na regulação da localização de dTULP, Inativo e NOMPC. Esses dados sugerem que a localização espacial e os níveis de PI (4,5) P2 nas membranas ciliares são reguladores importantes do tráfego e da função ciliar (Park, 2015).

      A organização dos neurônios de projeção e dos neurônios locais do centro auditivo primário na mosca da fruta Drosophila melanogaster

      A comunicação acústica entre insetos serve como um excelente sistema modelo para analisar os mecanismos neuronais subjacentes ao processamento da informação auditiva. Para compreender as vias auditivas centrais, foi realizada uma análise em larga escala dos interneurônios associados ao centro auditivo de Drosophila primário. Ao rastrear cepas condutoras de expressão e realizar a marcação de célula única dessas cepas, 44 tipos de interneurônios foram identificados inervando o centro auditivo primário - 5 tipos eram interneurônios locais, enquanto os outros 39 tipos eram interneurônios de projeção conectando o centro auditivo primário com outras regiões do cérebro. Os neurônios de projeção compreendiam três vias seletivas de frequência e duas vias embracivas de frequência. O mapeamento de seus alvos de conexão revelou que cinco neurópilos no cérebro - a cunha, protocerebrum ventrolateral anterior, protocerebrum ventrolateral posterior (PVLP), sela (SAD) e gânglios gnathal (GNG) - foram intensamente conectados com o centro auditivo primário. Além disso, vários outros neurópilos, incluindo centros visuais e olfativos no cérebro, estavam diretamente conectados ao centro auditivo primário. Os padrões de distribuição das espinhas e botões dos neurônios identificados sugerem que a informação auditiva é enviada principalmente do centro auditivo primário para o PVLP, WED, SAD, GNG e os gânglios tóraco-abdominais. Com base nesses achados, este estudo estabeleceu o primeiro mapa abrangente de interneurônios auditivos secundários, que indica o fluxo de informações a jusante para vias ascendentes paralelas, vias multimodais e vias descendentes (Matsuo, 2016).

      O tremor B medeia o acoplamento sináptico entre os neurônios sensoriais auditivos e a fibra gigante de Drosophila melanogaster

      Os neurônios do órgão de Johnston (JONs) formam sinapses químicas e elétricas no neurônio de fibra gigante (GF), como parte do circuito neuronal que medeia a resposta de escape de GF em Drosophila. Este estudo examinou qual das 8 innexinas de Drosophila (proteínas de junção de hiato de invertebrados) medeia a conexão elétrica nesta sinapse. O GF é conhecido por expressar Shaking B (ShakB), especificamente a isoforma ShakB N + 16 apenas, em suas sinapses de saída no tórax. o shak B2 a mutação interrompe essas saídas GF e também abole a transmissão sináptica JON-GF. A amplitude do potencial de ação composto registrado em resposta ao som da base da antena (potencial evocado por som, ou SEP) foi reduzida pelo RNAi das innexinas Ogre, Inx3, Inx6 e, em menor grau, Inx2, sugerindo que eles pode ser necessária em JONs para o desenvolvimento adequado, excitabilidade ou sincronização de potenciais de ação. A força da conexão JON-GF em si foi reduzida aos níveis de fundo apenas por RNAi de shakB, não das outras sete innexins. O knockdown de ShakB evitou o acoplamento de Neurobiotina entre GF e JONs e removeu as placas de imunorreatividade da proteína ShakB que estão presentes na região de contato. Específico shakB As linhas de RNAi que são previstas para atingir as isoformas ShakB L ou ShakB N sozinhas não reduziram a força sináptica, implicando que é ShakB N + 16 que é necessário nos neurônios pré-sinápticos. Também foi sugerido que as proteínas de junção gap podem ter um papel instrutivo na escolha do alvo sináptico (Pezier, 2016).

      Sistema eferente auditivo modula a audição do mosquito O desempenho das orelhas dos vertebrados é controlado por eferentes auditivos que se originam no cérebro e inervam o ouvido, fazendo sinapses com o corpo das células ciliadas e as fibras aferentes auditivas. A atividade eferente pode fornecer proteção contra ruído e facilitar a detecção e discriminação do som, modulando a amplificação mecânica pelas células ciliadas e a liberação do transmissor, bem como o disparo do potencial de ação aferente auditivo. Acredita-se que os órgãos auditivos dos insetos não tenham controle eferente, mas quando este estudo inspecionou as orelhas dos mosquitos, foram encontradas evidências de sua existência. Anticorpos contra proteínas sinápticas reconheceram fileiras de puncta semelhantes a botões que correm ao longo dos dendritos e axônios dos neurônios sensoriais auditivos dos mosquitos. A microscopia eletrônica identificou locais sinápticos e não sinápticos de liberação de vesículas, e algumas das fibras inervantes co-marcadas com somata no SNC. Octopamina, GABA e serotonina foram identificados como neurotransmissores eferentes ou neuromoduladores que afetam a sintonia da frequência auditiva, amplificação mecânica e potenciais sonoros evocados. Os cérebros dos mosquitos, portanto, modulam os ouvidos dos mosquitos, estendendo o uso de sistemas eferentes auditivos de vertebrados a invertebrados e adicionando novos níveis de complexidade à detecção e comunicação do som do mosquito (Andres, 2016).

      Um circuito mecanossensorial que mistura canais oponentes para produzir seletividade para recursos de estímulo complexos

      O órgão de Johnston é o maior órgão mecanossensorial em Drosophila. Ele analisa os movimentos da antena devido ao som, vento, gravidade e toque. Diferentes neurônios de órgão de Johnston (JONs) codificam características de estímulo distintas. Certos JONs respondem de maneira sustentada a deslocamentos constantes, e esses JONs subdividem-se em populações oponentes que preferem deslocamentos de empurrar ou puxar. Este estudo descreve neurônios no cérebro (neurônios aPN3) que combinam excitação e inibição de JONs push / pull em diferentes proporções. Consequentemente, diferentes neurônios aPN3 são sensíveis ao movimento em diferentes partes do alcance da antena, em diferentes frequências ou em diferentes taxas de modulação de amplitude. Um modelo foi usado para mostrar como a sintonia de neurônios aPN3 pode surgir da retificação e filtragem temporal em JONs, seguida pela mistura de sinais JON em diferentes proporções. Esses resultados ilustram como vários componentes canônicos do circuito neural - retificação, oponência e filtragem - podem se combinar para produzir seletividade para recursos de estímulo complexos (Chang, 2016).

      Regeneração de neurônios mecanossensoriais em Drosophila adulta

      As células ciliadas mecanossensoriais auditivas e vestibulares não se regeneram após lesão ou envelhecimento no ouvido interno de mamíferos adultos, induzindo perda auditiva irreversível e distúrbios de equilíbrio para milhões de pessoas. Pesquisas sobre sistemas modelo que mostram a substituição de células mecanossensoriais podem fornecer insights mecanicistas no desenvolvimento de novas terapias regenerativas. Este estudo desenvolveu sistemas de rastreamento de linhagem para revelar a geração de neurônios mecanossensoriais no órgão de Johnston (JO) de Drosophila adulta intacta, que são as contrapartes funcionais das células ciliadas em vertebrados. Novos neurônios JO desenvolvem cílios e têm como alvo os circuitos cerebrais centrais. Inesperadamente, os clones de recombinação mitótica apontam para a autorreplicação do neurônio JO como uma provável fonte de plasticidade neuronal. Este mecanismo é ainda mais aprimorado com o tratamento com compostos experimentais e ototóxicos. Essas descobertas apresentam uma nova plataforma para agilizar a pesquisa sobre os mecanismos e compostos que medeiam a regeneração de células mecanossensoriais, com implicações nascentes para a audição e restauração do equilíbrio.

      Um conjunto de características estruturais define os módulos cis-reguladores de genes expressos por antena em Drosophila melanogaster

      Desvendar as informações biológicas dentro da região regulatória (RR) dos genes se tornou um dos principais focos da pesquisa genômica atual. Foi hipotetizado que os RRs de genes co-expressos compartilham arquitetura semelhante, mas até onde sabemos, nenhum estudo examinou simultaneamente várias características estruturais, como o posicionamento de elementos cis-reguladores em relação aos locais de início da transcrição e entre si, e a ordem e orientação dos motivos regulatórios, para descrever com precisão a estrutura geral cis-reguladora. Este trabalho apresenta um método computacional aprimorado que constrói uma coleção de recursos com base em todos esses recursos estruturais. A utilidade desta abordagem foi demonstrada modelando os módulos cis-reguladores de genes expressos por antena em Drosophila melanogaster.Seis motivos potenciais relacionados à antena foram previstos inicialmente, incluindo três que pareciam ser novos. Um conjunto de recursos foi criado com os motivos previstos, onde um filtro baseado em correlação foi usado para remover recursos irrelevantes e um algoritmo genético foi projetado para otimizar o conjunto de recursos. Finalmente, um conjunto de oito características estruturais altamente informativas foi obtido para os RRs de genes expressos por antenas, alcançando uma área sob a curva de 0,841. Esses recursos foram usados ​​para classificar todos os RRs de D. melanogaster para genes expressos por antena potencialmente desconhecidos que compartilham uma estrutura regulatória semelhante. A validação dessas previsões com um conjunto de dados de sequenciamento de RNA independente mostrou que 76,7% dos genes com RRs de alta pontuação foram expressos em antena. Além disso, verificou-se que as características estruturais que foram identificadas são altamente conservadas em RRs de ortólogos em outras espécies irmãs de Drosophila. Esta abordagem para identificar estruturas regulatórias específicas do tecido mostrou desempenho comparável às abordagens anteriores, mas também revelou características adicionais interessantes porque também considerou a ordem e a orientação dos motivos (Lopez, 2014 PubMed).

      Neurônios mecanossensoriais antenais medeiam os reflexos motores das asas em Drosophila voadora Embora muitos estudos comportamentais tenham mostrado a importância da mecanossensibilização antenal em vários aspectos do controle de vôo de insetos, as identidades dos neurônios mecanossensoriais responsáveis ​​por essas funções ainda são desconhecidas. Um candidato são os neurônios do órgão de Johnston (JO) que estão localizados no segundo segmento antenal e detectam rotações fásicas e tônicas do terceiro segmento antenal em relação ao segundo segmento. Para investigar como diferentes classes de neurônios JO respondem a diferentes tipos de movimento antenal durante o vôo, a imagem de cálcio de 2 fótons foi combinada com um sistema de visão de máquina para registrar simultaneamente a atividade do neurônio JO e o movimento das antenas de moscas da fruta voadoras amarradas (Drosophila melanogaster). A maioria das classes de neurônios JO respondem fortemente à oscilação antenal na frequência de batimento das asas, mas não às deflexões tônicas das antenas. Para estudar como as moscas usam a entrada dos neurônios JO durante o vôo, classes específicas de neurônios JO foram geneticamente ablacionadas e seu efeito no movimento da asa foi examinado. Moscas amarradas voando no escuro requerem neurônios JO para gerar oscilações antifásicas lentas das amplitudes do curso da asa esquerda e direita. No entanto, os neurônios JO não são necessários para essa oscilação antifásica quando o feedback visual está disponível, indicando que existem várias vias para gerar movimento antifásico das asas. Coletivamente, esses resultados são consistentes com um modelo no qual as moscas voadoras usam neurônios JO para detectar aumentos no fluxo de ar induzido pela asa e que os neurônios JO estão envolvidos em uma resposta que diminui a amplitude do movimento da asa contralateral (Mamiya, 2015).

      Sensor de umidade em Drosófila

      A umidade ambiental influencia a aptidão e distribuição geográfica de todos os animais. Os insetos, em particular, usam sinais de umidade para navegar no ambiente, e trabalhos anteriores sugerem a existência de mecanismos sensoriais específicos para detectar faixas de umidade favoráveis. No entanto, a base molecular e celular da detecção de umidade (higrosensação) permanece mal compreendida. Este estudo descreve genes e neurônios necessários para a higrosensação na mosca do vinagre Drosophila melanogaster. Verificou-se que membros da Drosófila gênero exibe preferências de umidade específicas da espécie relacionadas às condições em seus habitats nativos. Usando um ensaio comportamental simples, verificou-se que os receptores ionotrópicos IR40a, IR93a e IR25a são todos necessários para a preferência de umidade em D. melanogaster. No entanto, enquanto IR40a é seletivamente necessário para respostas higrosensoriais, IR93a e IR25a medeiam a preferência de umidade e temperatura. Consistente com isso, a expressão de IR93a e IR25a inclui neurônios termossensoriais da arista. Em contraste, IR40a é excluído da arista, mas é expresso (e necessário) em neurônios especializados que inervam a sensila sem poros do sáculo, uma invaginação única do terceiro segmento antenal. Na verdade, a imagem de cálcio mostrou que os neurônios IR40a respondem diretamente às mudanças na umidade, e IR40a knockdown ou IR93a a mutação reduz suas respostas aos estímulos. Tomados em conjunto, esses resultados sugerem que a preferência por uma faixa de umidade específica depende de neurônios do sáculo especializados, e que o processamento da umidade ambiental pode acontecer em grande parte em paralelo ao da temperatura (Enjin, 2016).

      A resposta de umidade depende da pequena proteína solúvel Obp59a em Drosophila

      A higrosensação é uma modalidade sensorial essencial usada para encontrar fontes de umidade. A higrorrecepção permite que os animais evitem a dessecação, uma ameaça existencial que está aumentando com as mudanças climáticas. A resposta à umidade, no entanto, permanece mal compreendida. Este estudo descobriu que as sensilas que detectam umidade na antena da Drosophila expressam e dependem de uma pequena proteína, Obp59a. Mutantes sem essa proteína são defeituosos em três comportamentos higrosensoriais, um operando por segundos, um por minutos e outro por horas. Notavelmente, a perda de Obp59a e a resposta à umidade levam a um aumento na resistência à dessecação. Obp59a é um membro excepcionalmente bem conservado, altamente localizado e abundantemente expresso de uma grande família de proteínas secretadas. Há muito se acredita que Obps antenais transportam odores hidrofóbicos, e um papel na higrorrecepção foi inesperado. Os resultados aumentam a compreensão da higrorrecepção, função Obp e resistência à dessecação, um processo que é crítico para a sobrevivência do inseto (Sun, 2018).

      A higrorrecepção é uma modalidade sensorial crítica no mundo animal. Os mosquitos, por exemplo, usam a higrorrecepção para encontrar humanos para se alimentar e para encontrar fontes de água para botar ovos. A higrorrecepção ajuda os animais a evitar a dessecação, um perigo que está aumentando devido às mudanças climáticas. Pequenos insetos, que têm uma alta proporção de área de superfície para volume, são especialmente vulneráveis ​​à perda de água. A capacidade de detectar os níveis de umidade pode permitir que um inseto evite condições perigosamente secas ou inicie mudanças fisiológicas que o protegem contra a dessecação (Sun, 2018).

      A antena funciona como um detector de umidade em muitos insetos. Na antena de Drosophila, a detecção de umidade ocorre principalmente em uma cavidade de três câmaras chamada sáculo. A segunda câmara do sáculo contém um pequeno número de sensilas que atuam como higrorreceptores e termorreceptores. Essas sensilas pertencem a uma classe morfológica conhecida como sensilas coelocônicas, que são pequenas em relação às outras sensilas (Sun, 2018).

      A base molecular da higrorrecepção permanece enigmática. Um grande avanço foi feito recentemente através da descoberta de que quatro receptores ionotrópicos expressos no sáculo (IR93a, IR25a, IR68a e IR40a) são necessários para a higrosensação (Enjin, 2016 Frank, 2017 Kim, 2016 Knecht, 2017 Knecht, 2016). No entanto, o papel preciso desses receptores na higrorrecepção permanece obscuro. Além disso, os efeitos a jusante da sinalização higrosensorial permanecem mal compreendidos (Sun, 2018).

      Também é enigmática uma família de pequenas proteínas segregadas chamadas proteínas de ligação de odorantes (Obps). Essas proteínas são notavelmente numerosas, extremamente abundantes e altamente divergentes na sequência. Existem 52 genes Obp em Drosophila, dos quais 27 foram encontrados expressos na antena em uma análise recente de RNAseq. Cinco dos 10 genes expressos mais abundantemente na antena são Obps. Embora se acredite que Obps carregue odorantes para receptores de odor em sensilas olfativas, há evidências in vivo limitadas para apoiar esse papel, e um estudo genético recente descobriu que um sensillum olfatório mutante sem Obps abundante não mostrou uma magnitude diminuída de resposta a um variedade de odorantes (Sun, 2018).

      Um membro altamente abundante da família Obp, Obp59a, é notável em dois aspectos. Primeiro, é excepcional em seu alto grau de conservação de sequência entre os insetos. Ao contrário de quase todos os outros Drosophila Obps, ele tem ortólogos claros em uma variedade de ordens de insetos examinados. Em segundo lugar, é o mais altamente localizado dos abundantes Obps antenais: sua expressão é restrita ao sáculo (Sun, 2018).

      Este estudo mostra que Obp59a é expresso na mesma sensila que os IRs que são essenciais para a higrorrecepção. Obp59a mutantes e descobrem que são defeituosos em três paradigmas comportamentais higrosensoriais distintos: um operando ao longo de segundos, um durante minutos e um durante horas. Finalmente, este estudo mostra que Obp59a os mutantes sobrevivem à dessecação melhor do que os controles. Os resultados, tomados em conjunto, adicionam uma nova dimensão à compreensão da higrorrecepção, da função Obp e de um processo que é crítico para a vida dos insetos e se tornará ainda mais crítico com o progresso da mudança climática (Sun, 2018).

      A expressão de Obp59a em Drosophila é altamente localizada no sáculo. O ortólogo tsé-tsé também é expresso no sáculo, sugerindo que sua localização foi conservada por pelo menos 75 milhões de anos. Dentro do sáculo da Drosophila, a proteína é encontrada nas hastes da sensila higrosensorial, onde os dendritos dos neurônios higrosensoriais estão localizados (Sun, 2018).

      Os níveis de expressão de Obp59a são notavelmente altos. Obps são os genes expressos mais abundantemente na antena: em uma análise recente de RNAseq, Obp19d e Obp83a foram detectados em 31.000 e 25.000 RPKM (leituras por quilobase por milhão de leituras mapeadas), respectivamente, enquanto um gene receptor de Odor típico (Or) foi expresso em

      40 RPKM. Obp59a foi expresso em

      2.000 RPKM, e mostrou a expressão mais restrita dos genes Obp antenais: a maioria dos outros Obps são expressos em muito mais sensilas. Esses resultados sugerem que o nível de expressão de Obp59a em um sensillum higrosensível individual é comparável ao do Obps mais abundantemente expresso (Sun, 2018).

      Não apenas o padrão de expressão de Obp59a é conservado, mas sua sequência também é conservada. Obp59a é um dos dois únicos Obps com ortólogos claros em ordens de insetos. Essa conservação sugere que sua estrutura representa uma boa solução para um difícil problema comum a muitos insetos (Sun, 2018).

      A função de um Obp na detecção de umidade foi inesperada. Acredita-se que Obps antenais transportam odorantes hidrofóbicos através da linfa sensillum aquosa para receptores de odor nas membranas dendríticas dos neurônios receptores olfatórios. Um mutante Obp59a foi normal em resposta a odorantes atrativos e repelentes em testes comportamentais. Parece improvável que Obp59a carregue moléculas de água através da linfa aquosa para os dendritos dos neurônios higrosensoriais (Sun, 2018).

      Um modelo proposto para o mecanismo de higrorrecepção é que uma mudança na umidade altera a estrutura da sensila higrosensorial, com a mudança estrutural sendo transduzida em respostas neuronais. É concebível que os mutantes Obp59a contenham um defeito sutil na estrutura ou composição do sensillum e, portanto, não sofrem uma mudança estrutural normal em resposta às mudanças na umidade. Esse papel pode se encaixar bem com a alta abundância de Obp59a dentro da sensila higrosensorial. Obp59a pode afetar a estrutura ou composição do sensillum por meio de um papel no transporte de componentes hidrofóbicos da parede cuticular do sensillum (Sun, 2018).

      O conceito de um papel alternativo para um Obp antenal é consistente com um estudo recente que mostra que o modelo clássico de transporte de odores pode não se aplicar a todos os Obps antenais e todas as sensilas olfativas (Larter, 2016). Um mapa Obp-to-sensillum foi construído para todos os 10 Obps abundantes, e quando um sensillum particular, ab8, foi geneticamente esgotado de seu único Obp abundante, ele mostrou uma resposta eletrofisiológica robusta aos odorantes; de fato, a resposta de pico foi aumentada em vários casos. Esses resultados sugeriram que Obp28a não é necessário para o transporte de odorantes para Ors no sensillum ab8 (Sun, 2018).

      Tomados em conjunto, os resultados revelam um componente molecular inesperado necessário para a resposta normal à umidade. Essas descobertas adicionam mais suporte ao conceito de que Obps antenais não têm uma função única e unificadora, mas sim desempenham papéis diversos. Os resultados também identificam um novo alvo que pode ser útil no controle de insetos vetores que dependem da umidade para encontrar seus hospedeiros humanos e locais de oviposição (Sun, 2018).

      A deleção de um gene em Drosophila freqüentemente causa uma diminuição no condicionamento físico. Foi surpreendente que a exclusão de Obp59a causou um aumento na aptidão sob condições de dessecação (Sun, 2018).

      Como uma maior resistência à dessecação pode ser alcançada? Suspeita-se que uma constelação de alterações metabólicas juntas produza resistência à dessecação. Como essas mudanças seriam acionadas? Especula-se que, devido ao defeito Obp59a, o padrão de entrada sensorial integrada de todos os circuitos de detecção de umidade na mosca - aqueles ativados pelos neurônios examinados neste estudo, incluindo outros neurônios antenais que expressam certos canais Trp - é anormal. Essa anormalidade desencadearia a indução de um estado defensivo que protege a mosca contra a ameaça existencial de dessecação (Sun, 2018).

      As antenas sentem estresse pelo calor para inibir o acasalamento e promover a fuga em fêmeas de Drosophila

      O estresse ambiental é um fator importante que afeta o comportamento de corte e a aptidão evolutiva. Embora as fêmeas virgens maduras de Drosophila melanogaster geralmente aceitem um macho para acasalar, elas podem não acasalar em condições estressantes. Acima da temperatura ideal para o acasalamento (20-25 graus C), o sucesso da cópula de D. melanogaster declina com o aumento da temperatura, embora tentativas vigorosas de cortejo tenham sido observadas por machos e nenhuma cópula ocorra em temperaturas acima de 36 graus C. Foram feitas tentativas para identificar a via sensorial para detectar a ameaça do calor que leva uma fêmea a escapar ao invés de se envolver em um acasalamento que detecta a temperatura quente e suprime o comportamento de cortejo. A ativação artificial de neurônios sensíveis ao calor ('células quentes') na arista antenal das mulheres anula completamente o sucesso da cópula feminina, mesmo em temperaturas permissivas abaixo de 32 graus C. Além disso, a perda mutacional da proteína termorreceptora GR28b.d fez com que as mulheres copulassem até a 36 graus C. Esses resultados indicam que as células quentes antenais fornecem o canal de entrada para detectar a alta temperatura ambiente no controle de acasalamento de fêmeas virgens em condições estressantes (Miwa, 2018).

      A codificação da temperatura no cérebro da Drosophila

      A termossensação é uma modalidade sensorial indispensável. Este estudo examinou a codificação da temperatura em Drosophila e mostra que a temperatura é representada por um mapa espacial de atividade no cérebro. Este estudo identificou canais TRP que funcionam na antena da mosca para mediar a detecção de estímulos frios. Neurônios de detecção de calor foram identificados e foi mostrado que os receptores antenais quentes e frios se projetam em glomérulos distintos, mas adjacentes, no protocerebrum proximal-antenal (PAP) formando um mapa termotópico no cérebro. A imagem de dois fótons foi usada para revelar a segregação funcional das respostas quentes e frias no PAP, e foi demonstrado que silenciar os neurônios sensíveis ao calor ou ao frio produz animais com déficits distintos e discretos em suas respostas comportamentais aos estímulos térmicos. Juntos, esses resultados demonstram que populações dedicadas de células orquestram respostas comportamentais a diferentes estímulos de temperatura e revelam uma lógica de linha rotulada para a codificação de informações de temperatura no cérebro (Gallio, 2011).

      A antena Drosophila é um notável 'hub' para os sentidos da mosca, abrigando células especializadas na detecção de som, umidade, direção do vento, gravidade, feromônio e pistas olfativas. Este estudo mostra que a arista e o sacculus, duas estruturas únicas na antena, contêm termorreceptores. As células termossensoriais antenais pertencem a duas classes funcionais: uma é ativada por aquecimento (receptores quentes) e a outra por resfriamento (receptores frios). Notavelmente, cada tipo de célula sofre não apenas um aumento rápido e transitório nas respostas de cálcio ao estímulo cognato, mas, além disso, uma queda rápida de [Ca2 +] i para o oposto (isto é, calor para células frias e resfriamento para células quentes). Ambas as classes de neurônios respondem com alta sensibilidade a pequenas mudanças de temperatura (& lt0.5 & degC), e seus transientes de cálcio escalam bem com a magnitude da mudança, particularmente para pequenos estímulos (& ltat & lt 5 & degC). Portanto, é provável que essas células relatem com mais precisão a direção e a magnitude de pequenas mudanças repentinas de temperatura. Tendo em vista que as moscas são poiquilotérmicas, detectar e reagir às mudanças de temperatura com alta sensibilidade e velocidade é vital para a sobrevivência do animal (Gallio, 2011).

      Fibras de pele termorreceptiva quente e fria de mamíferos são caracterizadas por atividade espontânea robusta (que escala com a temperatura absoluta em uma faixa bastante ampla) e respondem com um aumento abrupto na taxa de disparo a um aumento repentino (receptores quentes) ou a uma diminuição repentina (receptores frios) na temperatura. Curiosamente, sua taxa de disparo em repouso diminui drasticamente quando desafiados pelo estímulo térmico oposto. Os termossensores antenais parecem ter propriedades semelhantes, com a ressalva de que a imagem GCamP não permite o monitoramento das taxas de disparo em repouso, mas sim as alterações na frequência de pico. Assim, sugere-se que mamíferos e moscas podem usar uma estratégia notavelmente semelhante para codificar estímulos de temperatura na periferia: a atividade de populações de células especificamente sintonizadas sinaliza a direção da mudança de temperatura (receptores quentes e frios) e o grau em que eles são ativados sinaliza a intensidade da mudança (Gallio, 2011).

      Como o 'código' da temperatura periférica é representado no cérebro da mosca? A capacidade de rotular seletivamente populações definidas de neurônios permitiu o rastreamento das projeções dos receptores antenais quentes e frios diretamente no cérebro e imagens de sua atividade em resposta a estímulos de temperatura. Os resultados mostraram que os axônios desses neurônios convergem em glomérulos anatômica e funcionalmente distintos no Protocerebrum Antenal Proximal (PAP). Assim, a temperatura, como os cinco sentidos clássicos, é representada em um locus cerebral definido por um mapa espacial de atividade (Gallio, 2011).

      Dada a segregação de sinais de quente e frio no PAP, como as moscas escolhem sua temperatura preferida para orquestrar o comportamento? Pelo menos dois cenários potenciais são previstos: em um, as informações de ambas as linhas (ou seja, quente e fria) são combinadas em algum lugar a montante do PAP para decodificar os sinais de temperatura, gerar uma leitura de temperatura e acionar as respostas comportamentais apropriadas. Alternativamente, a 'temperatura preferida' pode ser um estado padrão, em essência um ponto (ou faixa de temperatura) definido pela atividade independente de duas linhas marcadas, cada uma mediando a aversão comportamental a temperaturas acima ou abaixo deste ponto (neste caso, temperaturas abaixo de 21 ° C e acima de 28 e degC).Este mecanismo push-push iria demarcar os limites da faixa de temperatura não aversiva (isto é, preferida) e, assim, fornecer um mecanismo muito robusto para transformar sinais de temperatura em uma escolha comportamental simples. Este modelo prevê que a alteração de uma das linhas não deve afetar a resposta comportamental à outra: tal manipulação apenas redefiniria os limites da temperatura preferida. Por exemplo, uma perda da linha fria produziria moscas que não são mais avessas a temperaturas abaixo de 21 ° C, mas ainda retêm o limite de aquecimento de 28 ° C. Com efeito, foi precisamente isto que se observou, sugerindo que a temperatura preferida pode de facto ser fixada pela acção independente de cada sistema receptor. Juntos, esses resultados substanciam um mapa termotópico no cérebro da mosca, sugerem uma organização de 'linha rotulada' para detecção de temperatura e ilustram como sinais de temperatura dedicados de dois sensores independentes e opostos (receptores quentes e frios) podem direcionar o comportamento (Gallio, 2011) .

      Combinação estereotipada de neurônios auditivos e sensores de vento / gravidade no órgão de Drosophila de Johnston

      O ouvido antenal da mosca da fruta, chamado órgão de Johnston (JO), detecta uma ampla variedade de estímulos mecanossensoriais, incluindo som, vento e gravidade. Como muitas células sensoriais em insetos, os neurônios JO são compartimentalizados em uma unidade sensorial (ou seja, escolopídio). Para entender como diferentes subgrupos de neurônios JO são organizados em cada compartimento escolopidial, este estudo visualizou neurônios JO individuais rotulando vários subgrupos de neurônios JO em diferentes combinações. Foi descoberto que neurônios sensíveis à vibração (ou sensíveis à deflexão) raramente se agrupavam em um único compartimento escolopidial. Esta descoberta sugere que os neurônios JO são agrupados em combinações estereotipadas, cada uma com uma propriedade de resposta distinta em um escolopídio (Ishikawa, 2019).

      Mecanismos ativos de codificação de vibração e filtragem de frequência em neurônios mecanossensoriais centrais

      Para entender melhor os mecanismos biofísicos do processamento mecanossensorial, este estudo investigou dois tipos de células no cérebro de Drosophila (células A2 e B1) que são pós-sinápticas aos receptores de vibração antenais. As células A2 recebem correntes sinápticas excitatórias em resposta a ambas as direções do movimento: portanto, duas vezes por ciclo de vibração. A membrana atua como um filtro passa-baixa, de modo que a voltagem e os picos rastreiam principalmente o envelope de vibração, em vez de ciclos individuais. Em contraste, as células B1 são excitadas apenas pelo movimento para frente ou para trás, o que significa que são sensíveis à fase de vibração. Eles recebem correntes sinápticas oscilatórias na frequência do estímulo e filtram essas entradas para favorecer frequências específicas. Células diferentes preferem frequências diferentes, devido às diferenças em suas condutâncias dependentes de voltagem. Ambas as condutâncias Na + e K + suprimem as entradas sinápticas de baixa frequência, de modo que as células com condutâncias dependentes de voltagem maiores preferem frequências mais altas. Esses resultados ilustram como as propriedades da membrana e condutâncias dependentes de voltagem podem extrair características de estímulo distintas em canais paralelos (Azevedo, 2017).

      Subpopulações distintas de neurônios de órgãos cordotonais mecanossensoriais induzem a preparação das antenas de mosca-das-frutas

      Diversos neurônios mecanossensoriais detectam diferentes forças mecânicas que podem impactar o comportamento animal. No entanto, a compreensão da diversidade anatômica e fisiológica desses neurônios e dos comportamentos que eles influenciam é limitada. Foi descoberto anteriormente que a preparação das antenas de Drosophila melanogaster é provocada por um órgão cordotonal mecanossensorial antenal, o órgão de Johnston (JO). Este artigo descreve subpopulações de neurônios mecanossensoriais de JO anatomicamente e fisiologicamente distintas, em que cada uma delas induz a preparação antenal. As subpopulações se projetam para zonas distintas e distintas no cérebro e diferem em suas respostas à estimulação mecânica das antenas. Embora a ativação de cada subpopulação provoque o aliciamento antenal, subpopulações distintas também induzem os comportamentos adicionais de bater de asas ou locomoção para trás. Esses resultados fornecem uma descrição abrangente da diversidade de neurônios mecanossensoriais no JO e revelam que subpopulações distintas de JO podem eliciar respostas comportamentais comuns e distintas (Hampel, 2020).

      O comportamento da localização do som em Drosophila melanogaster depende das comparações de amplitude de vibração entre antenas

      Drosophila melanogaster ouve com suas antenas: o som evoca a vibração do segmento distal da antena, e essa vibração é transduzida por células mecanorreceptoras especializadas. As antenas esquerda e direita vibram preferencialmente em resposta a sons que surgem de diferentes ângulos azimutais. Portanto, ao comparar os sinais das duas antenas, deve ser possível obter informações sobre o ângulo azimutal de uma fonte sonora. No entanto, evidências comportamentais de localização sonora não foram relatadas em Drosophila. Este estudo mostra que D. melanogaster ambulante realmente gira em resposta a sons lateralizados. Este comportamento é evocado por vibrações do segmento distal da antena. A regra para virar é diferente para sons que chegam de locais diferentes: as moscas se voltam para sons em seu hemicampo frontal, mas se afastam de sons em seu hemicampo traseiro e não se viram em resposta a sons de 90 ou -90 graus . Todas essas descobertas podem ser explicadas por uma regra simples: a mosca se afasta da antena com a maior amplitude de vibração. Finalmente, este estudo mostra que esses comportamentos se generalizam para estímulos sonoros com diversas características espectro-temporais, e que esses comportamentos são encontrados em ambos os sexos. Essas descobertas demonstram a relevância comportamental das propriedades de ajuste direcional da antena. Eles também abrem o caminho para a investigação da implementação neural da localização sonora, bem como os papéis potenciais da direção guiada por som no namoro e na exploração (Batchelor, 2019).

      Genes de órgãos auditivos de Drosophila e defeitos auditivos genéticos

      O órgão auditivo de Drosophila compartilha mecanismos de transdução equivalentes com células ciliadas de vertebrados, e ambos são especificados por genes da família atonal. Usando uma estratégia de nocaute de órgão inteiro com base no atonal, este estudo identificou 274 genes de órgãos auditivos de Drosophila. Apenas quatro desses genes haviam sido associados à audição de moscas, mas um em cada cinco dos genes identificados tem um cognato humano implicado em distúrbios auditivos. A análise mutante de 42 genes mostra que mais da metade deles contribui para o funcionamento do órgão auditivo, com fenótipos que incluem perda auditiva, hipersusceptibilidade auditiva e zumbido. Este estudo não apenas descobriu canais iônicos e motores importantes para a audição, mas também mostrou que o processamento de estímulos auditivos envolve proteínas quimiorreceptoras, bem como componentes fototransdutores. Esses achados demonstram papéis mecanossensoriais para receptores ionotrópicos e rodopsinas visuais e indicam que diferentes modalidades sensoriais utilizam cascatas de sinalização comuns (Senthilan, 2012).

      Receptores mecano, foto e quimio são especificados no desenvolvimento por fatores de transcrição bHLH entre táxons. Usando o órgão de Drosophila Johnston (JO) como exemplo, este estudo mostrou que alelos nulos desses fatores de transcrição fornecem um pano de fundo contra o qual o repertório genético dos respectivos receptores pode ser definido. Canais iônicos e motores para a audição de moscas são identificados que, a julgar pelos fenótipos mutantes, contribuem para a transdução do sinal auditivo. Alguns dos genes recém-definidos para a audição também são encontrados na cóclea dos vertebrados, estendendo os paralelos genéticos entre as orelhas dos vertebrados e das moscas. Na mosca, as proteínas dos foto e quimiorreceptores são expressas no órgão auditivo e contribuem para a detecção do som, adicionando novos níveis de complexidade ao processamento do sinal auditivo e lançando luz sobre a evolução do atoórgãos receptores dependentes e cascatas de sinalização sensorial (Senthilan, 2012).

      Canais iônicos controlados por força e motores de adaptação são os principais constituintes dos módulos de transdução auditiva, e sua interação fornece amplificação mecânica no ouvido da mosca. O melhor candidato para transdutor auditivo de mosca é o canal NOMPC TRPN1, cujo Caenorhabditis elegans ortólogo é um canal de mecanotransdução genuíno, que por si só é essencial para a amplificação mecânica. Como os neurônios JO são ciliados e seus cílios parecem ter braços de dineína, supõe-se que essas células usem dineínas axonemais como motores de adaptação. A análise atual mostra que os fenótipos auditivos, conforme relatado para nompC nulos também resultam de mutações nos canais TRPC (TRP, TRPL) e TRPA (WTRW), incluindo a perda de amplificação mecânica e respostas nervosas sensíveis. A análise atual também mostra que várias dineínas axonemais são expressas em - e essenciais para a função de - neurônios JO e que mutações em, por exemplo, o gene da dineína axonemal CG9313 levam a defeitos auditivos observados em nulos nompC. Coletivamente, os resultados suportam, portanto, dineínas axonemais como os motores de adaptação presumíveis em neurônios JO e identificam canais TRP (TRP, TRPL, WTRW) que, a julgar por seus requisitos para amplificação baseada em transdutor, contribuem para a transdução na orelha da mosca (Senthilan , 2012).

      Embora neurônios e células ciliadas de JO sejam dotados de diferentes organelas sensoriais e presumivelmente usem canais e motores diferentes para transdução e amplificação auditiva, esta análise confirma e estende os paralelos genéticos entre as orelhas de vertebrados e moscas: 89 dos 274 genes de JO têm homólogos de vertebrados , e vários desses homólogos ocorrem nas orelhas de vertebrados: dos 27 genes JO auditivos relevantes, por exemplo, a calmodulina é encontrada nas células ciliadas, onde regula a adaptação do transdutor. Esta adaptação ativa os movimentos ativos do feixe de cabelo, que promovem (ou contribuem para) a amplificação coclear em orelhas de vertebrados: baixas concentrações de Ca2 + aumentam a amplificação e levam a oscilações autossustentadas do feixe de cabelo, consistentes com a hiperamplificação e zumbido causados ​​por mutações em Drosophila Cam. A hiperamplificação também resulta de mutações em bw, que codifica um transportador de cassete de ligação de ATP (ABC). ABCs também ocorrem na cóclea de camundongos, mas não está claro se eles contribuem para a função coclear (Senthilan, 2012).

      Também canais TRPC são encontrados em cócleas de vertebrados e células ciliadas externas supostamente expressam TRPC3. Essas células também exibem uma condutância semelhante ao TRPC que contribui para a homeostase do Ca2 + e é ativada via diacilglicerol (DAG). Este estudo descobriu que as mutações no gene da Drosophila DAG quinase rdgA causar fenótipos auditivos, conforme observado em mutantes de canal TRPC, e julgado a partir da biblioteca de cDNA enriquecido de comprimento total RIKEN, uma DAG quinase relacionada, DGKZ, é expressa no ouvido interno do camundongo. A mesma biblioteca também inclui ZSCAN22, o homólogo de gl, mutações nas quais prejudicam a função JO. DYX1C1, o homólogo do gene CG14921 da surdez de Drosophila recém-definido, por sua vez, está presente na biblioteca de cDNA vestibular de rato normalizada de Wackym-Soares, que também inclui Ank2 e o homólogo Arr2 Arrb1. DYX1C1 também é expresso na vesícula ótica do peixe-zebra, assim como zgc: 63660, o homólogo do peixe-zebra do gene CG11253 da surdez de Drosophila. Vários dos genes da mosca para audição, portanto, parecem estar presentes na cóclea de vertebrados, apresentando novos candidatos para genes de vertebrados relevantes para a audição (Senthilan, 2012).

      ato, além de especificar órgãos cordotonais, direciona a formação de fotorreceptores de Drosophila e sensilas quimiossensoriais coelocônicas. Acredita-se que todos esses receptores tenham evoluído de um ato- órgão 'protossensorial' dependente que presumivelmente consistia em sensilas cordotonais, porque elas são dispostas em série ao longo do corpo e amplamente distribuídas entre os grupos de artrópodes. Fotorreceptores detectam luz com Rhs e quimiorreceptores coelocônicos detectam produtos químicos voláteis com IRs. Os defeitos auditivos moderados causados ​​por mutações em receptores ionotrópicos, juntamente com a expressão de Ir94b em células de suporte de JO, sugerem que esses canais iônicos modulam indiretamente a função dos neurônios de JO, possivelmente contribuindo para a homeostase iônica em JO. Os Rhs, por outro lado, são expressos nos neurônios JO e sua interrupção prejudica gravemente a função dos neurônios. Fenótipos igualmente graves resultam da interrupção do INAD, que mantém unido o complexo de transdução visual da mosca. A julgar por esta análise, muitos componentes deste complexo são expressos em JO, e Rhs ocorrem em cílios JO e são necessários para a passagem de canal de mecanotransdução adequada. Rhs, além de detectar fótons, foram recentemente apresentados como termossensores, documentando que eles desempenham outras funções sensoriais além de detectar a luz. O envolvimento de IRs e Rhs na função do órgão cordotonal mecanossensorial agora sugere que essas proteínas já desempenhavam papéis na sensação antes dos quimio e fotorreceptores se diversificarem. Dada a proximidade presumida do órgão 'protossensorial' e órgãos cordotonais, prevê-se que dissecar funções IR e Rh em JO pode ajudar a definir papéis arquetípicos dessas proteínas, com a perspectiva de obter uma compreensão molecular de como as modalidades sensoriais e cascatas de sinalização evoluíram (Senthilan, 2012).

      Resposta ao som mediada pelos canais TRP NOMPC, NANCHUNG e INACTIVE em órgãos cordotonais de larvas de Drosophila

      Estímulos mecânicos, incluindo sinais táteis e sonoros, transmitem uma variedade de informações importantes para os animais navegar no ambiente e evitar predadores. Estudos recentes revelaram que as larvas de Drosophila podem sentir o toque áspero ou suave com neurônios de arborização dendrítica (da) na parede do corpo e podem detectar vibração com órgãos cordotonais (Cho). Se eles também podem detectar e responder à vibração ou som de seus predadores, permanece uma questão em aberto. Este estudo relata que as larvas respondem ao som de vespas e jaquetas amarelas, bem como a tons puros de frequências que são representadas em tais sons naturais, com comportamentos de sobressalto e escavação. A resposta larval ao som / vibração requer órgãos cordotonais (Cho) e, em menor extensão, neurônios da classe IV. Imagens de cálcio e experimentos eletrofisiológicos revelam que os neurônios Cho, mas não os neurônios da classe IV, são excitados por sons naturais ou tons puros, com curvas de sintonia e dependência de intensidade apropriadas para as respostas comportamentais. Este estudo envolve os canais de potencial receptor transiente (TRP) Nompc, Nanchung e Inactive, mas não o canal dmPIEZO, na mecanotransdução e / ou amplificação do sinal para a detecção de som pelos neurônios larvais Cho. Essas descobertas indicam que as larvas Cho, como suas contrapartes na mosca adulta, usam alguns dos mesmos canais de mecanotransdução para detectar ondas sonoras e mediar a sensação semelhante à audição em larvas de Drosophila, permitindo-lhes responder ao aparecimento de predadores ou outras pistas ambientais à distância com comportamentos cruciais para a sobrevivência (Zhang, 2013).

      A capacidade de sentir estímulos mecânicos que indicam dano potencial é importante para a sobrevivência. As larvas de drosófila usam seus neurônios mecanossensoriais para sentir a dor mecânica causada por um ataque de predador. Os neurônios da parede do corpo são capazes de sentir o toque suave e áspero, permitindo que as larvas se afastem do perigo. Sua sobrevivência poderia ser aumentada ainda mais se as larvas pudessem detectar sinais como sons de predadores à distância. Os resultados mostram que as larvas de Drosophila exibem um comportamento assustador em resposta a certas frequências de som, incluindo o som de predadores como vespas e jaquetas amarelas. Esse comportamento de susto e o comportamento de fuga ou evitação subsequente podem aumentar a chance de sobrevivência de uma larva. Curiosamente, as larvas de Drosophila são altamente sensíveis a sons de baixa frequência, mas não a sons de alta frequência, ao contrário de alguns outros insetos que podem detectar sons de alta frequência, incluindo sons ultrassônicos. Essa diversidade na audição pode refletir a adaptação evolutiva a diferentes predadores para organismos que variam de insetos a morcegos, e pode acarretar diferenças entre espécies em níveis estruturais e moleculares (Zhang, 2013).

      Embora os neurônios Cho e os neurônios da classe IV da classe IV estejam envolvidos na resposta de sobressalto acionada por som, apenas os neurônios Cho são sensíveis ao som. Os neurônios da classe IV da podem ter efeitos modulatórios nos circuitos neurais ativados pela resposta neuronal Cho ao som - um cenário provável, considerando que os neurônios da classe IV da medeiam comportamentos de evitação a vários estímulos nocivos. A resposta ao susto e a evitação de som também podem depender desse circuito neural para comportamentos de evitação. Alternativamente, os neurônios da classe IV da podem contribuir para a resposta comportamental por meio de seu envolvimento no peristaltismo (Zhang, 2013).

      Vários canais TRP foram implicados na audição e sensação de toque em Drosophila, embora os papéis desses canais na mecanotransdução possam diferir em diferentes neurônios sensoriais. Por exemplo, NOMPC é fundamental para a sensação de toque, mas IAV e NAN não, enquanto IAV e NAN são importantes para a audição de adultos. Com relação aos neurônios larvais Cho, parece que IAV e NAN são necessários para a transdução de som, enquanto a função NOMPC é importante, mas não essencial, para a detecção de som alto. Um modelo possível é aquele em que o NOMPC atua como um dos sensores primários de som e aumenta o movimento do cílio neuronal Cho para ativar o IAV e o NAN, que podem ser capazes de detectar sons altos por conta própria na ausência do NOMPC. Um modelo alternativo foi sugerido para os órgãos adultos de Johnston, que podem usar IAV e NAN em vez do NOMPC como sensor primário (Zhang, 2013).

      Dado que o indicador citoplasmático de cálcio G-CaMP5 pode não estar localizado na pequena estrutura dentro da ponta do cílio, o método de imagem de Ca2 + nesses experimentos pode não ser suficientemente sensível para detectar o influxo de Ca2 + no local da mecanotransdução. Assim, a ausência de um sinal de Ca2 + nos neurônios Cho pode ser atribuída à falta de amplificação downstream. dmPIEZO, um dos primeiros canais de mecanotransdução identificados para nocicepção mecânica em larvas de Drosophila, parece não ter envolvimento na audição, sugerindo que as larvas fazem uso de diferentes canais para diferentes modalidades de mecanosensação (Zhang, 2013).

      Estudos recentes de microarray identificaram centenas de genes implicados na audição de moscas adultas. Muitos desses genes também foram implicados em outras modalidades sensoriais além da audição. Um grande desafio é a dificuldade de gravação de um único neurônio na antena adulta. Os neurônios larvais Cho são acessíveis para registro eletrofisiológico na resolução de uma única célula. Além disso, toda a estrutura de um neurônio Cho pode ser visualizada simultaneamente in vivo. Em conjunto com os extensos recursos genéticos disponíveis, os neurônios larvais Cho se prestam a estudos mecanísticos de mecanotransdução para a audição em Drosophila (Zhang, 2013).

      Papéis distintos dos canais TRP na transdução e amplificação auditiva em Drosophila

      As células receptoras auditivas dependem de canais mecanicamente bloqueados para transformar estímulos sonoros em atividade neural. Vários canais TRP foram implicados na transdução auditiva da Drosophila, mas os estudos mecanísticos foram dificultados pela incapacidade de registrar sinais subliminares dos neurônios receptores. Este estudo desenvolveu um método não invasivo para medir esses sinais por meio do registro de um neurônio central que está eletricamente acoplado a uma população geneticamente definida de células receptoras auditivas. Verificou-se que o membro da família TRPN NompC, necessário para a amplificação ativa do movimento sonoro evocado pelo órgão auditivo, não é necessário para a transdução em células receptoras auditivas. Em vez disso, o NompC sensibiliza o complexo de transdução ao movimento e regula com precisão as forças estáticas no complexo. Em contraste, os canais TRPV Nanchung e Inactive são necessários para as respostas ao som, sugerindo que são componentes do complexo de transdução. Assim, transdução e amplificação ativa são processos geneticamente separáveis ​​na audição de Drosophila (Lehnert, 2013).

      Este estudo mostrou que sons de intensidade relativamente baixa (ou seja, intensidade mais baixa do que o usado anteriormente para estudar o comportamento de cortejo) podem provocar uma resposta comportamental em Drosophila. Isso fornece uma motivação para investigar a transdução auditiva da Drosophila perto do limiar absoluto e, em particular, os mecanismos que especificam a sensibilidade do complexo de transdução. Isso, por sua vez, requer o desenvolvimento de um método sensível para medir as correntes de transdução dos neurônios do órgão Johnston do tipo AB (JONs), os neurônios receptores que são mais sensíveis ao som. Dados anatômicos e genéticos demonstram que as correntes do neurônio de fibra gigante (GFN) são uma medida seletiva de spiking e correntes geradoras em JONs do tipo AB (Lehnert, 2013).

      Embora essa abordagem envolva o registro da atividade JON indiretamente por meio do GFN, as correntes registradas são, no entanto, relativamente rápidas. Na verdade, eles têm latências e tempos de subida semelhantes a (e até mais rápidos do que) correntes que são registradas diretamente dos corpos celulares de neurônios sensíveis à mecânica. Assim, embora os sinais que foram gravados sejam provavelmente suavizados pela filtragem de cabo, o grau de filtragem não é necessariamente maior do que no caso em que os sinais são registrados diretamente de neurônios sensíveis à mecânica. Correntes geradoras foram observadas no GFN em resposta ao menor estímulo de passo usado, e esse estímulo é essencialmente idêntico ao estímulo de limiar para evocar respostas de cálcio em JONs. O limite para evocar correntes GFN também foi essencialmente o mesmo que o limite para evocar uma resposta potencial do campo nervoso antenal. Finalmente, esses limites estão logo abaixo do limite para o comportamento auditivo da Drosophila. Tomadas em conjunto, essas comparações argumentam que a abordagem adotada é sensível o suficiente para relatar correntes geradoras evocadas por estímulos auditivos próximos ao limiar (Lehnert, 2013).

      Os resultados confirmam e ampliam o que se sabe sobre as propriedades fundamentais de transdução em Drosophila JONs. Em primeiro lugar, as medições mostram que o complexo de transdução em JONs do tipo AB é bloqueado por rotações antenais tão pequenas quanto 5 x 10 - 4 radianos. Esta rotação corresponde a um deslocamento de 74 nm da extremidade distal da 'alavanca' (a arista) que se projeta do segmento mais distal da antena. Esta medição do limiar de transdução é consistente com a obtida em estudo anterior (Effertz, 2011). Ressalta-se que o deslocamento que realmente bloqueia o complexo de transdução é certamente muito menor do que isso (na ordem de alguns nm), mas como esse deslocamento ocorre dentro da própria antena, não pode ser medido diretamente (Lehnert, 2013 )

      Em segundo lugar, este estudo mostra que os JONs do tipo AB que fornecem dados para o GFN são despolarizados pelas rotações lateral e medial. Os dados sugerem que a bidirecionalidade é provavelmente uma propriedade de JONs individuais desse tipo, e não apenas da população como um todo. Na verdade, o arranjo geométrico dos JONs do tipo A (e talvez B) dentro do órgão auditivo sugere que os JONs individuais desse tipo devem ser alongados tanto por movimentos mediais quanto laterais e, portanto, devem responder duas vezes por ciclo de som (Lehnert, 2013).

      Finalmente, foram encontradas evidências de que alguns canais de transdução estão abertos em repouso, mesmo na ausência de som. Essa conclusão se baseia na observação de que os JONs aumentam espontaneamente e que a taxa de atividade espontânea é substancialmente reduzida pela perda de Nanchung ou Inativo. Esta conclusão é consistente com estudos anteriores que usaram outras técnicas para fazer inferências sobre a atividade JON (Lehnert, 2013).

      A perda de Nanchung ou Inativo elimina as correntes do gerador. Essas descobertas são consistentes com relatórios anteriores de que a perda de Nanchung ou Inativo elimina completamente as respostas potenciais do campo antenal ao som. No entanto, acredita-se que os potenciais de campo antenais reflitam a atividade de spiking de JONs, em vez da atividade subliminar. Assim, não ficou claro a partir desse resultado se Nanchung e Inactive eram necessários para a transdução ou apenas para geração de spikes (Lehnert, 2013).

      Anteriormente, foi proposto que o papel de Nanchung e Inativo é amplificar o sinal de transdução. No entanto, a latência e a velocidade das correntes do gerador que foram registradas implicam que o complexo de transdução é controlado diretamente pela força, em vez de indiretamente por um segundo mensageiro. Dado isso, é improvável que o complexo Nanchung / Inativo simplesmente amplifique o sinal de transdução, porque a amplificação precisaria ocorrer dentro de microssegundos (o que exclui um papel para segundos mensageiros difusíveis), e a amplificação precisaria ser & gt100 vezes em magnitude. Este nível de amplificação parece improvável, dada a fraca dependência da voltagem dos canais formados por Nanchung e Inactive. Finalmente, como o complexo Nanchung / Inativo não se co-localiza com NompC no dendrito JON, nenhum mecanismo de amplificação poderia contar com interações proteína-proteína direta entre esses componentes (Lehnert, 2013).

      Dadas essas considerações, parece mais provável que Nanchung e Inactive façam parte do próprio complexo de transdução. Consistente com esta conclusão, tanto o Nanchung quanto o Inativo conferem respostas de cálcio a estímulos hipoosmóticos em células heterólogas. No entanto, mais trabalho será necessário para testar a ideia de que Nanchung e Inactive podem funcionar como canais iônicos controlados por força. Uma possibilidade alternativa é que Nanchung e Inativo sejam necessários para o tráfego ou função de um canal desconhecido. Trabalhos anteriores mostraram que a perda de Nanchung ou Inativo resulta em movimentos antenais anormalmente grandes movidos por som, bem como em movimento oscilatório espontâneo na ausência de som (Gopfert, 2006). Os resultados mostram que este fenótipo anda de mãos dadas com a perda de toda a transdução mensurável em JONs. Juntos, esses achados implicam que a transdução em JONs inibe a amplificação ativa dos movimentos antenais, possivelmente porque o complexo de transdução representa uma carga mecânica no elemento amplificador. A presença de movimentos ativos na ausência de transdução também é incompatível com a ideia de que a amplificação ativa do movimento antenal é uma consequência direta do gating do canal de transdução (Lehnert, 2013).

      Os resultados demonstram que o NompC não é necessário para a mecanotransdução nos JONs do tipo AB que fornecem entrada para o GFN. Além disso, o nível máximo de corrente de transdução é essencialmente normal na ausência de NompC, e o tempo de subida da corrente é normal neste nível máximo. Este resultado argumenta que o NompC não especifica as propriedades intrínsecas do canal de transdução, como condutância ou seletividade iônica. Este resultado também implica que o NompC não é necessário para o tráfego ou localização adequada do complexo de transdução. Essas conclusões diferem das de um estudo anterior. Esse estudo relatou que os sinais de cálcio evocados por som são perdidos em nompC JONs do tipo AB mutante, e concluiu que o NompC é absolutamente necessário para a transdução nesses JONs (Effertz, 2011).

      A base para essa discrepância não é clara, mas provavelmente está relacionada às diferenças entre as imagens de cálcio e os registros eletrofisiológicos. É possível que o indicador de cálcio não informe a totalidade da corrente do gerador, mas sim um componente pequeno e lento que requer NompC. Nossos resultados implicam que o papel principal do NompC não é transduzir a força em um sinal elétrico, mas sim modular as forças no complexo de transdução. Especificamente, as correntes do gerador foram consideradas mais sensíveis ao movimento quando o NompC está presente, o que implica que o NompC amplifica efetivamente a entrada mecânica para o canal de transdução, dada uma quantidade fixa de movimento da antena. Assim, o NompC é passível de gerar força, ou ser permissivo para um processo que gera força, dentro do interior da antena (Lehnert, 2013).

      Estudos anteriores mostraram que a perda de NompC abole a amplificação ativa do movimento antenal evocado por som e também reduz o movimento antenal oscilatório espontâneo. Assim, a perda de NompC parece eliminar ou obstruir um processo que exerce força na antena. Isso é amplamente consistente com a conclusão de que o NompC está envolvido em um processo que gera força no interior do órgão de Johnston. Estudos recentes propuseram que o NompC faz parte do canal de transdução, ou mola de passagem do canal, ou de outra forma é necessário para a função de qualquer um desses componentes, no entanto, a observação de que a transdução persiste na ausência de NompC não é consistente com essas idéias. Em vez disso, é proposto que o NompC seja permissivo para a função de um amplificador mecânico operando entre o receptor de som da antena e o transdutor. Em outras palavras, propõe-se que a força gerada dentro do órgão de Johnston seja exercida no aparelho de transdução e também no segmento distal da antena. Além de amplificar a entrada mecânica para o complexo de transdução, o NompC parece ser necessário para equilibrar as forças de repouso medial e lateral no complexo de transdução. Na presença de NompC, JONs são igualmente sensíveis aos movimentos medial e lateral, sugerindo que as forças de repouso medial e lateral no complexo de transdução estão equilibradas. Em contraste, na ausência de NompC, JONs são menos sensíveis aos movimentos mediais do que laterais. Simulações mostram que este fenótipo pode resultar de forças de repouso medial e lateral assimétricas no complexo de transdução. Assim, um único processo dependente de NompC pode ser responsável por equilibrar as forças de repouso, bem como amplificar ativamente as forças evocadas pelo estímulo. A adaptação parece ser um processo separado, porque não requer NompC (Lehnert, 2013).

      Em suma, propõe-se que o NompC funcione de maneira análoga ao papel da prestina na cóclea de mamíferos (Dallos, 2008). Prestina é expressa pelas células ciliadas externas na cóclea e é essencial para a capacidade das células ciliadas externas de amplificar mecanicamente os movimentos sonoros da membrana basilar. Desse modo, a prestina aumenta a sensibilidade do aparelho de transdução das células ciliadas internas aos estímulos sonoros. No entanto, como o NompC, a prestina não é absolutamente necessária para a transdução e não está co-localizada com o aparelho de transdução (Lehnert, 2013).

      Com base em sua localização subcelular, o NompC está bem posicionado para atuar como um modulador de forças mecânicas. Enquanto Nanchung / Inativo estão localizados no dendrito proximal, NompC está localizado no dendrito distal, mais perto do ponto onde o dendrito se insere nas estruturas conectivas que o ligam ao segmento móvel da antena. Um feixe de microtúbulos corre longitudinalmente através do dendrito, e isso poderia fornecer um substrato para ajustes de tensão que se propagam do dendrito distal para o proximal. É proposto que a transdução ocorra no segmento dendrítico proximal (onde Nanchung e Inativo estão localizados), e isso colocaria NompC em série entre o segmento móvel da antena e o complexo de transdução (Lehnert, 2013).

      Como o NompC pode estar envolvido na modulação da força mecânica? Uma possibilidade é que o próprio NompC gere força que ajusta a tensão longitudinal dentro de um JON. NompC contém um número excepcionalmente grande de repetições de anquirina. As repetições de anquirina podem atuar como elementos elásticos, e podem. Se, por exemplo, a entrada de cálcio em JONs fosse modular a energética do estado desdobrado ciclo a ciclo, então a força de redobramento poderia aumentar a transdução. Uma possibilidade alternativa é que o NompC não gere força por si mesmo, mas é permissivo para um processo que gera força. Por exemplo, o influxo de cálcio através do NompC pode alterar o estado das proteínas motoras que ajustam a tensão longitudinal dentro de um JON (Lehnert, 2013).

      Supondo que o NompC faça parte de um canal, esse canal parece transportar relativamente pouca corrente ou é ineficaz para estimular o JON. Nenhuma corrente detectável do gerador foi encontrada na ausência de Nanchung ou Inativo, o que significa que qualquer corrente deve estar abaixo do limite imposto pelo ruído nas gravações. Esse limite é cerca de 100 vezes menor do que as correntes do gerador que foram medidas. Além disso, um estudo anterior relatou que os sinais de cálcio evocados por som em JONs são essencialmente eliminados quando Nanchung está ausente (Kamikouchi, 2009). Juntas, essas descobertas argumentam que qualquer fluxo iônico através do NompC é muito menor do que o fluxo através do próprio complexo de transdução. Essa conclusão se baseia na ideia de que o NompC ainda pode funcionar quando o Nanchung está ausente. Em apoio a isso, foi mostrado que NompC localiza corretamente na ausência de Nanchung. Além disso, a amplificação ativa dos movimentos antenais está intacta quando Nanchung está ausente (Gopfert, 2006). Como a amplificação ativa de movimentos evocados por som requer o NompC, isso implica que o NompC pode funcionar sem o Nanchung. Curiosamente, foi observada uma corrente lenta que persiste por centenas de milissegundos após o deslocamento do som e que requer Nanchung e NompC (Lehnert, 2013).

      Estudos futuros serão necessários para elucidar totalmente o mecanismo de ação do NompC. O que torna esse mecanismo intrigante é a implicação de que pode haver dois tipos funcionalmente distintos de canais TRP envolvidos na audição de Drosophila. Um deles (o canal de transdução) evidentemente carrega a maior parte ou toda a corrente e requer Nanchung e Inativo. O outro - que requer NompC - carrega comparativamente pouca corrente e controla a geração ativa de força dentro do órgão auditivo (Lehnert, 2013).

      A adaptação de intensidade rápida melhora a codificação do som em Drosophila

      Para codificar fielmente estímulos complexos, os neurônios sensoriais devem corrigir, por meio de adaptação, as propriedades do estímulo que corrompem o reconhecimento de padrões. Este estudo investigou a adaptação da intensidade sonora no sistema auditivo da Drosophila, que é amplamente dedicado ao processamento de canções de cortejo. Os neurônios mecanossensoriais (JONs) na antena são sensíveis não apenas às vibrações antenais induzidas por som, mas também ao vento ou à gravidade, que afetam a posição média da antena. O reconhecimento do padrão da música, portanto, requer adaptação à posição da antena (média do estímulo), além da intensidade do som (variação do estímulo). A adaptação rápida de variância foi descoberta em Drosophila JONs que corrige o ruído de fundo ao longo da faixa de intensidade comportamentalmente relevante. Este estudo determinou onde a adaptação de média e variância surge e como elas interagem. Um modelo computacional explica esses resultados usando uma sequência de módulos de adaptação subtrativos e divisivos, intercalados por retificação. Esses resultados estabelecem a base para a identificação da implementação molecular e biofísica da adaptação às estatísticas de estímulos sensoriais naturais (Clemens, 2018).

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      Assista o vídeo: The Nervous System, Part 1: Crash Course Au0026P #8 (Agosto 2022).