Sweet Taste and Nutrient Value Subdivide Rewarding Dopaminergic Neurons in Drosophila

• DOI: 10.1016/j.cub.2015.01.036
• Publication Date: 2015-02-26T17:46:14Z
• Authors: Wolf Huetteroth; Emmanuel Perisse; Suewei Lin; Martín Klappenbach; Christopher Burke; Scott Waddell
• Keywords: Male; 0301 basic medicine; Behavioral Neurobiology; Dopaminergic; Dopamine; Drosophila (subgenus); Biochemistry; Gene; Memory Formation; Animals, Genetically Modified; Agricultural and Biological Sciences; Neuroscience and Genetics of Drosophila Melanogaster; Potential of Edible Insects as Food and Feed; Sociology; https://purl.org/becyt/ford/1.6; Drosophila Proteins; info:eu-repo/classification/ddc/570; Appetitive Behavior; Agricultural and Biological Sciences(all); Life Sciences; Receptors, Neurotransmitter; FOS: Sociology; Memory, Short-Term; Drosophila melanogaster; Taste; Larva; Drosophila; Female; Nutritional Composition; Nutritive Value; Reinforcement, Psychology; Receptor; 570; Serotonin; Memory, Long-Term; Population; 610; Genomic Insights into Social Insects and Symbiosis; Cellular and Molecular Neuroscience; 03 medical and health sciences; Calliphoridae; Reward; Report; Biochemistry, Genetics and Molecular Biology; Genetics; Animals; https://purl.org/becyt/ford/1; Biology; Mushroom Bodies; Demography; Mushroom bodies; Biochemistry, Genetics and Molecular Biology(all); Drosophila, dopamine, learning, memory; Dopaminergic Neurons; Insulin Signaling; Botany; Octopamine (neurotransmitter); Insect Science; FOS: Biological sciences; Phormia regina; Mutation; Neuroscience

Les neurones dopaminergiques fournissent des signaux d'apprentissage de récompense chez les mammifères et les insectes [1-4]. Des travaux récents chez la drosophile ont démontré que les neurones dopaminergiques renforçateurs d'eau sont différents de ceux des sucres nutritifs [5]. Ici, nous avons testé si le goût sucré et les propriétés nutritives du renforcement du sucre subdivisent davantage le système de récompense de la mouche. Nous avons constaté que les neurones dopaminergiques exprimant le récepteur de l'octopamine OAMB [6] transmettent spécifiquement les effets renforçateurs à court terme du goût sucré [4]. Ces neurones dopaminergiques se projettent dans les régions β'2 et γ4 des lobes du corps des champignons. En revanche, la mémoire à long terme dépendante des nutriments nécessite différents neurones dopaminergiques qui se projettent dans les régions γ5b, et elle peut être renforcée artificiellement par ceux qui se projettent dans le lobe β et la région α1 adjacente. Étonnamment, alors que l'implantation artificielle et l'expression de la mémoire à court terme se produisent chez les mouches rassasiées, la formation et l'expression de la mémoire artificielle à long terme nécessitent que les mouches aient faim. Ces études suggèrent que les mémoires du sucre à court terme et à long terme ont des contraintes physiologiques différentes. Ils démontrent également une hétérogénéité fonctionnelle supplémentaire au sein de la population de neurones dopaminergiques gratifiants.<br/>Dopaminergic neurons provide reward learning signals in mammals and insects [1-4]. Recent work in Drosophila has demonstrated that water-reinforcing dopaminergic neurons are different to those for nutritious sugars [5]. Here, we tested whether the sweet taste and nutrient properties of sugar reinforcement further subdivide the fly reward system. We found that dopaminergic neurons expressing the OAMB octopamine receptor [6] specifically convey the short-term reinforcing effects of sweet taste [4]. These dopaminergic neurons project to the β'2 and γ4 regions of the mushroom body lobes. In contrast, nutrient-dependent long-term memory requires different dopaminergic neurons that project to the γ5b regions, and it can be artificially reinforced by those projecting to the β lobe and adjacent α1 region. Surprisingly, whereas artificial implantation and expression of short-term memory occur in satiated flies, formation and expression of artificial long-term memory require flies to be hungry. These studies suggest that short-term and long-term sugar memories have different physiological constraints. They also demonstrate further functional heterogeneity within the rewarding dopaminergic neuron population.<br/>Las neuronas dopaminérgicas proporcionan señales de aprendizaje de recompensa en mamíferos e insectos [1-4]. Trabajos recientes en Drosophila han demostrado que las neuronas dopaminérgicas que refuerzan el agua son diferentes a las de los azúcares nutritivos [5]. Aquí, probamos si el sabor dulce y las propiedades nutritivas del refuerzo de azúcar subdividen aún más el sistema de recompensa de moscas. Descubrimos que las neuronas dopaminérgicas que expresan el receptor de octopamina OAMB [6] transmiten específicamente los efectos de refuerzo a corto plazo del sabor dulce [4]. Estas neuronas dopaminérgicas se proyectan hacia las regiones β'2 y γ4 de los lóbulos corporales de los hongos. Por el contrario, la memoria a largo plazo dependiente de nutrientes requiere diferentes neuronas dopaminérgicas que se proyectan hacia las regiones γ5b, y puede ser reforzada artificialmente por las que se proyectan hacia el lóbulo β y la región α1 adyacente. Sorprendentemente, mientras que la implantación artificial y la expresión de la memoria a corto plazo se producen en moscas saciadas, la formación y la expresión de la memoria artificial a largo plazo requieren que las moscas tengan hambre. Estos estudios sugieren que las memorias de azúcar a corto y largo plazo tienen diferentes restricciones fisiológicas. También demuestran una mayor heterogeneidad funcional dentro de la gratificante población de neuronas dopaminérgicas.<br/>توفر الخلايا العصبية الدوبامينية إشارات تعلم المكافأة في الثدييات والحشرات [1-4]. أظهرت الأبحاث الحديثة في ذبابة الفاكهة أن الخلايا العصبية الدوبامينية المعززة للماء تختلف عن تلك الخاصة بالسكريات المغذية [5]. هنا، اختبرنا ما إذا كان الطعم الحلو والخصائص الغذائية لتقوية السكر تقسم نظام مكافأة الذباب. وجدنا أن الخلايا العصبية الدوبامينية التي تعبر عن مستقبل أوكتوبامين OAMB [6] تنقل على وجه التحديد تأثيرات التعزيز قصيرة المدى للطعم الحلو [4]. تتجه هذه الخلايا العصبية الدوبامينية إلى مناطق β'2 و γ 4 من فصوص جسم الفطر. في المقابل، تتطلب الذاكرة طويلة المدى المعتمدة على المغذيات خلايا عصبية دوبامينية مختلفة تظهر في مناطق γ 5b، ويمكن تعزيزها بشكل مصطنع من قبل تلك التي تظهر في فص β ومنطقة α 1 المجاورة. والمثير للدهشة أنه في حين يحدث الزرع الاصطناعي والتعبير عن الذاكرة قصيرة المدى في الذباب المشبع، فإن تكوين الذاكرة طويلة المدى الاصطناعية والتعبير عنها يتطلبان أن يكون الذباب جائعًا. تشير هذه الدراسات إلى أن ذكريات السكر على المدى القصير والطويل لها قيود فسيولوجية مختلفة. كما أنها تظهر المزيد من عدم التجانس الوظيفي داخل مجموعة الخلايا العصبية الدوبامينية المجزية.<br/>