Armado y calibración de un setup optogenético para estudiar ritmos circadianos en Drosophila melanogaster

Abstract

Los ritmos circadianos son observados en todos los dominios de la vida. Particularmente, Drosophila melanogaster posee un ritmo circadiano locomotor que es controlado por grupos de neuronas en el cerebro llamadas neuronas relojeras. En este trabajo, se evaluó la utilidad de la activación optogenética de neuronas relojeras mediante la expresión de un canal iónico activable con luz roja, CsChrimson, utilizando un dispositivo fotonico. Se activaron en machos un grupo de neuronas glutamatergicas (DN1p) durante la segunda parte del dia y toda la noche. Se observó un fuerte aumento locomotor en todas la moscas, aunque menos pronunciado en las moscas que expresaban CsChrimson. La estimulación solo por la tarde, reduce el aumento locomotor en los controles y debilmente aumenta la cantidad de sueño en moscas que expresan CsChrimson. Luego, se indujo la activación matutina de las mısmas neuronas en hembras apareadas y vírgenes. Hubo un aumento de sueño diurno en todas las moscas que expresaban CsChrimson y ningún efecto en los controles. Se estimuló también la activación matutina y vespertina de neuronas PDF. La respuesta a la estimulación vespertina resultó igual para ambos sexos y para todas la moscas, observandose una mayor amplitud del pico E. Interesantemente, la estimulación matutina generó respuestas sexo dependientes en las moscas que expresaban el canal CsChrimson, reduciendo la cantidad de sueño diurno en machos y aumentándola en hembras. Por ´ultimo, se estimuló a las mısmas neuronas durante la tarde en hembras apareadas para recuperar su actividad anticipatoria de la mañana. No fue posible recuperar dicho comportamiento, y también se observó un aumento locomotor en todas las moscas durante la estimulación. Debido a que la luz es un importante factor en los comportamientos circadianos, la manipulación optogenética de neuronas relojeras en Drosophila melanogaster resulta un desafío para la neurociencia como se muestra en este trabajo.

Circadian rhythms are observed in all domains of life. In particular, Drosophila melanogaster has a locomotor circadian rhythm that is controlled by groups of neurons in the brain called clock neurons. In this work, the usefulness of optogenetic activation of clock neurons by expression of a red light-triggered ion channel, CsChrimson, was evaluated using a photonic device. A group of glutamatergic neurons (DN1p) were activated in males during the second part of the day and all night. A strong locomotor enhancement was observed in all flies, although less pronounced in flies expressing CsChrimson. Stimulation only in the afternoon reduces locomotor gain in controls and weakly increases the amount of sleep in flies expressing CsChrimson. Then, morning activation of the same neurons was induced in mated females and virgins. There was an increase in daytime sleep in all flies expressing CsChrimson and no effect in controls. Morning and evening activation of another group, PDF neurons, was also stimulated. The response to evening stimulation was the same for both sexes and for all flies, with a greater amplitude of the E peak being observed. Interestingly, morning stimulation generated sex-dependent responses in the CsChrimson-expressing flies, reducing the amount of daytime sleep in males and increasing it in females. Finally, the same neurons were stimulated during the afternoon in mated females to recover their morning nticipatory activity. It was not possible to recover it, and a locomotor increase was also observed in all flies during stimulation. Because light is an important factor in circadian behaviors, the optogenetic manipulation of clock neurons in Drosophila melanogaster is a challenge for neuroscience as shown in this work.