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.2007年6月6日；27(23):6083-90.
doi:10.1523/JNEUROSCI.1032-07.2007。

自由移动秀丽隐杆线虫感温神经元的时间活动模式编码空间热梯度

达蒙·A·克拉克 1, 克里斯托弗·加贝尔, 哈里森·加贝尔, Aravinthan D T Samuel公司
附属公司

自由移动秀丽隐杆线虫感温神经元的时间活动模式编码空间热梯度

达蒙·A·克拉克等。 神经科学. .

摘要

我们对神经元和神经元回路运作的理解主要来自于对解剖、麻醉或约束动物中神经元和神经元回路活动的探索。然而，神经元和神经元回路的行为相关操作发生在完整的动物体内，因为它们可以自由地执行行为任务。线虫秀丽隐杆线虫的小尺寸和透明性使其成为无创、光学测量神经元活动的理想系统。在这里，我们使用一种高信噪比的cameeon，一种荧光钙结合蛋白，来量化自由导航空间温度梯度的个体蠕虫AFD热敏神经元的活动。我们发现，AFD活动与蠕虫在空间温度梯度中的探索运动直接相关。我们表明，原则上，蠕虫能够通过监测单个热敏神经元的活动来评估和指导其自身相对于环境空间温度梯度的趋热行为。

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数字

图1。
图1。
温度的时间变化引起固定化蠕虫AFD神经元中表达的黄色骆驼的比率发射信号。A类，在AFD神经元中表达YC2.12的固定化蠕虫中，当温度升高到～17°C阈值以上时，YC2.12的比率发射信号在典型实验中变化了～30%，表明AFD神经元内细胞内钙水平的变化。BAFD神经元中YC3.60的比率发射信号报告了细胞内钙水平的相同定性变化，但在典型实验中比率发射信号的变化为200%。
图2。
图2。
半抑制蠕虫在空间温度梯度中运动的AFD神经元活性。A类半抑制蠕虫AFD神经元胞内钙动力学定量。蠕虫的尾巴被粘在一起，允许蠕虫身体前部在施加的空间热梯度中自由起伏运动。显示了单个实验的数据，颜色和空间位置分别表示AFD体细胞在几个波动周期内的时变比率发射信号和位置。为了显示比例，灰色轮廓显示了实验期间某个时间点半抑制蠕虫前部的相对大小和方向。B，在顶部和底部面板中，来自A类分别绘制为温度随时间变化和比例发射信号随时间变化。C类，比例发射信号来自A类相对于头部位置进行参数化绘制。D类计算了在AFD神经元中表达YC3.60或GFP的蠕虫的比率发射信号相对于位置的斜率，空间热梯度指向相反的方向或根本没有梯度。误差条表示1个SEM。n个=14–27条蠕虫用于每次测量。
图3。
图3。
自由蠕虫在空间温度梯度中的AFD神经元活动。A类，自由蠕虫在附近的空间温度梯度上爬行～8 mm的波动路径T型*AFD公司.每个数据点的颜色和位置分别表示移动蠕虫AFD热敏神经元的比例发射信号和位置。黑色圆圈表示初始位置。为了表示比例，灰色轮廓显示了蜗杆体的近似相对大小。B，顶部和底部面板显示了蜗杆头部的时变温度以及AFD针对中所示数据的比例发射信号A类.C类，数据汇编，显示了在20°C下培育的蠕虫在不同绝对温度（~15至~25°C）下的空间温度梯度中的比率发射信号。比例发射信号仅在高于～17°C（即。，吨>T型*AFD公司). 黑色圆圈表示每个数据轨迹的初始位置。
图4。
图4。
AFD热敏神经元的工作范围和短期适应。A类，蠕虫在不同绝对温度下自由导航空间热梯度所显示的所有比率FRET测量值的范围，显示出第1、25和99个百分位（平均值±SEM）。FRET测量值对应最低细胞内钙水平，即第1百分位和第25百分位，与绝对温度无关(第页>0.1（使用方差分析）。每个蠕虫显示的第25个百分位被指定为其比率发射信号的任意基线(R（右）0)（见材料和方法）。B，Top，表示YC3.60和GFP的AFD神经元与温度的比率发射信号的代表性参数图，用于蠕虫在不同绝对温度下自由导航空间温度梯度。底部，在不同绝对温度（实线，n个=77条蠕虫表达YC3.60；虚线，n个=31条表达GFP的蠕虫）。C类，在使用所有蠕虫轨迹吨>T型*AFD公司(n个=58），我们计算了最适合测量的比率发射信号的75 s热传感历史的线性加权。顶部轨迹显示了固定蠕虫受到实际温度阶跃变化的比率发射信号。底部轨迹显示了根据最佳拟合计算预测的温度阶跃比发射信号。灰色线表示预测的响应，黑色线表示使用2s滤波器平滑的预测响应。
图5。
图5。
AFD神经元中行为相关热敏信息的表示。A类，大约40秒的数据显示蠕虫在空间热梯度上倾斜移动的比例发射信号，细胞内钙瞬变与波动步态的节奏相锁定。左侧，每个数据点的颜色和位置表示移动蠕虫AFD热敏神经元的比例发射信号和位置。对，蜗杆头部的温度和比例发射信号随时间变化而绘制。B，对于在20°C下培育的所有蠕虫，将比率发射信号绘制为相对于空间热梯度方向的瞬时航向函数吨>T型*AFD公司(n个= 58; 右侧）和吨<T型*AFD公司(n个= 19; 左）。与每个散点图中心的距离表示测量的比率发射信号的大小；角度位置表示相对于空间热梯度方向的瞬时蜗杆方向。C类，通过绘制测量值的每10个百分位（从第10个到第90个百分位数），显示了每个航向角的测量比率排放信号的分布T型*AFD公司底部面板显示了行为测量，表明在高于和低于先前培养温度的温度下，蠕虫的重新定向概率是蠕虫在空间热梯度上前进的函数[我们称之为热致设定点或吨S公司（Biron等人，2006年）]。误差条表示1 SEM。D类，使用蠕虫在上述温度下的所有测量值T型*AFD公司，我们绘制了蠕虫具有特定航向的相对可能性，该航向取决于比率发射信号的特定值的测量。标题用灰度表示（见左侧图例）。
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