Abstract Nociception is a neural process that animals have developed to avoid potentially tissue-damaging stimuli. While nociception is triggered in the peripheral nervous system, its modulation by the central nervous system is a critical process in mammals, whose dysfunction has been extensively implicated in chronic pain pathogenesis. The peripheral mechanisms of nociception are largely conserved across the animal kingdom. However, it is unclear whether the brain-mediated modulation is also conserved in non-mammalian species. Here, we show that Drosophila has a descending inhibitory mechanism of nociception from the brain, mediated by the neuropeptide Drosulfakinin (DSK), a homolog of cholecystokinin (CCK) that plays an important role in the descending control of nociception in mammals. We found that mutants lacking dsk or its receptors are hypersensitive to noxious heat. Through a combination of genetic, behavioral, histological, and Ca 2+ imaging analyses, we subsequently revealed neurons involved in DSK-mediated nociceptive regulation at a single-cell resolution and identified a DSKergic descending neuronal pathway that inhibits nociception. This study provides the first evidence for a descending modulatory mechanism of nociception from the brain in a non-mammalian species that is mediated by the evolutionarily conserved CCK system, raising the possibility that the descending inhibition is an ancient mechanism to regulate nociception.

Summary Short polypeptides encoded by small open reading frames (smORFs) are ubiquitously found in eukaryotic genomes and are important regulators of physiology, development, and mitochondrial processes. Here, we focus on a subset of 298 smORFs that are evolutionarily conserved between Drosophila melanogaster and humans. Many of these smORFs are conserved broadly in the bilaterian lineage, with ∼182 conserved in plants. Within these conserved smORFs, we observed remarkably heterogenous spatial and temporal expression patterns – indicating wide-spread tissue-specific and stage-specific mitochondrial architectures. In addition, an analysis of annotated functional domains revealed a predicted enrichment of smORF polypeptides localizing to mitochondria. We conducted an embryonic ribosome profiling experiment finding support for translation of 137 of these smORFs during embryogenesis. We further embarked on functional characterization using CRISPR knockout/activation, RNAi knockdown, and cDNA overexpression, revealing diverse phenotypes. This study underscores the importance of identifying smORF function in disease and phenotypic diversity.

Dopamine can play opposing physiological roles depending on the receptor subtype. In the fruit fly Drosophila melanogaster , Dop1R1 and Dop2R encode the D 1 - and D 2 -like receptors, respectively, and are reported to oppositely regulate intracellular cAMP levels. Here, we profiled the expression and subcellular localization of endogenous Dop1R1 and Dop2R in specific cell types in the mushroom body circuit. For cell-type-specific visualization of endogenous proteins, we employed reconstitution of split-GFP tagged to the receptor proteins. We detected dopamine receptors at both presynaptic and postsynaptic sites in multiple cell types. Quantitative analysis revealed enrichment around the active zones, particularly for Dop2R. The presynaptic localization of Dop1R1 and Dop2R in dopamine neurons suggests dual feedback regulation as autoreceptors. Furthermore, we discovered a starvation-dependent, bidirectional modulation of the presynaptic receptor expression in the PAM and PPL1 clusters, two distinct subsets of dopamine neurons, suggesting regulation of appetitive behaviors. Our results highlight the significance of the co-expression of the two antagonizing dopamine receptors in the spatial and conditional regulation of dopamine responses in neurons.

Adult stem cells can survive a wide variety of insults from ionizing radiation to toxic chemicals. To date, the multidrug resistant features of stem cells have been characterized only in vertebrates, where there is a critical need to understand how cancer stem cells thwart chemotherapy drugs. These studies reveal that the ability of both normal and cancer stem cells to survive toxins hinges on their high levels of expression of ABC transporters, transmembrane pumps that efflux lipophilic compounds out of cells. This has been observed across a wide spectrum of vertebrate stem cells including breast, blood, intestine, liver, and skin, suggesting that high efflux ability and multidrug resistance may be general features of stem cells that distinguish them from their differentiated daughter cells. Here we show that these previously described vertebrate stem cell features are conserved in Drosophila intestinal stem cells. Using a novel in vivo efflux assay and multiple drug challenges, we show that stem cells in the fly intestine depend on two ABC transporters--one constitutively expressed and the other induced--for efflux and multidrug resistance. These results suggest that stem cell multidrug resistance by ABC transporters is a general stem cell feature conserved over 500 million years of evolution.