Faculté des sciences

The larval chemosensory system of Drosophila melanogaster : neuroanatomy and neurotransmitter distribution

Python, François ; Stocker, Reinhard (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Fribourg, 2002 ; no 1372.

L’objectif de mon travail de thèse a été d’étudier le système larvaire chémosensoriel de la mouche du vinaigre Drosophila melanogaster, à la fois sur le plan de son organisation et de son contenu de neurotransmetteurs. Mes études ont été basées sur la technique "enhancer trap", qui fournit des lignées utiles pour le marquage neuronal et permet l’expression ectopique d’un gène... Plus

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    Résumé
    L’objectif de mon travail de thèse a été d’étudier le système larvaire chémosensoriel de la mouche du vinaigre Drosophila melanogaster, à la fois sur le plan de son organisation et de son contenu de neurotransmetteurs. Mes études ont été basées sur la technique "enhancer trap", qui fournit des lignées utiles pour le marquage neuronal et permet l’expression ectopique d’un gène transgénique digne d’intérêt dans les cellules désignées. Quatre lignées "enhancer trap" sélectionnées pour leur pattern d’expression spécifique au système chémosensoriel – combinées avec des anticorps reconnaissant le neuropile et les neurones – ont servi comme marqueurs pour les neurones olfactifs et gustatifs et les neurones cibles dans le cerveau. La microscopie confocale à laser dans la larve de troisième stade m’a permis d’établir (1) l’organisation neuronale des organes de l’odorat et du goût, (2) les nerfs portant les axones chémosensoriels de la tête de la larve jusqu’au système nerveux central et (3) l’organisation de leurs régions cible centrales, appelé le lobe antennaire larvaire (LAL) et la région tritocérébrale-suboesophagiale. Mes données suggèrent une complexité de la structure du LAL semblable à celle de l’adulte, malgré des nombres drastiquement réduits de neurones récepteurs de l’odorat. Pour élargir la description du système larvaire chémosensoriel, j’ai ensuite examiné la distribution cellulaire de neurotransmetteurs classiques tels que l’acetylcholine – étudiée par l’expression de la choline acetyltransferase – l’acide γ-aminobutyrique, l’histamine, l’octopamine et la sérotonine. Mes données ont montré principalement une distribution cellulaire de ces neurotransmetteurs similaire au système adulte chémosensoriel. Ceci suggère des mécanismes partagés dans le traitement de l’information chémosensorielle. Sur la base de cette description neuroanatomique et neurochimique, je peux conclure que le système larvaire chémosensoriel de D. melanogaster est également un système modèle pour l’étude de l’odorat et du goût.
    Summary
    The goal of my Ph.D. thesis was to study the larval chemosensory system of the fruit fly Drosophila melanogaster, both in terms of its organization and neurotransmitter content. My studies were based on the enhancer trap technique, which provides useful neuronal marker lines and allows ectopic expression of any transgene of interest in the labeled cells. Four enhancer trap lines selected for their chemosensory-specific expression pattern – together with neuron-specific and neuropil-specific antibodies – served as markers for olfactory and gustatory receptor neurons and their target neurons in the brain. Laser confocal microscopy in the third instar larva allowed me to establish (1) the neuronal organization of smell and taste organs, (2) the nerves carrying the chemosensory axons from the larval head into the central nervous system and (3) the organization of their central target regions, the larval antennal lobe (LAL) and the tritocerebral-suboesophageal region. My data suggest an adult-like complexity of the LAL structure, despite drastically reduced numbers of odorant receptor neurons. To extend the description of the larval chemosensory system, I then examined the cellular distribution of the classical neurotransmitters acetylcholine – studied as the expression of choline acetyltransferase – γ-aminobutyric acid, histamine, octopamine and serotonin. My data showed an essentially similar cellular distribution of these neurotransmitters as in the adult chemosensory system, suggesting shared mechanisms of chemosensory information processing. In conclusion, based on this neuroanatomical and neurochemical description, I propose the larval chemosensory system of D. melanogaster as an alternative model system for studying smell and taste.