Abstract The amine serotonin has been suggested to play a key role in aggression in many species of animals

Localization

Lobster 5HT neurons originally were localized within

the ventral nerve cord of the lobster central nervous

system, (CNS) using immunocytochemical methods

(Beltz and Kravitz 1983). The results showed that there

were approximately 120 5HT neurons, widely distrib-

uted among the ganglia of the nerve cord. Recently,

additional subsets of neurons have been found that

show immunostaining for 5HT, but only after incuba-

tion of tissues in low concentrations of the amine. It is

not certain, however, whether these neurons also con-

tain the synthetic enzyme, tryptophan hydroxylase

(Beltz et al. 1998; Musolf and Edwards 1999). Such

neurons, which likely contain high levels of a 5HT

transporter, are capable of release of the amine (Beltz

et al. 1998; Musolf and Edwards 1999). Therefore, de-

spite the possible absence of the key synthetic enzyme,

these neurons may be utilizing 5HT as a neurotrans-

mitter or neurohormone. It is not clear how such cells

should be categorized. For the original endogenous

5HT-immunostaining cells, however, it was easy to

demonstrate that they were organized into distinct

subgroups on morphological grounds. The groups in-

cluded short and long-distance projecting interneurons,

local projection interneurons, and neurosecretory neu-

rons. The most detailed physiological studies have been

carried out with the neurosecretory neurons, but at least

one key supraesophageal (brain) interneuron, the de-

utocerebral giant cell also has received considerable at-

tention, at least in cray®sh (Sandeman and Sandeman

1987, 1994, 1995).

Identi®cation of amine neurons

Strong evidence that a neuron is serotonergic involves

®rst developing a method to routinely ®nd the same cell

in di€erent animals, and then to show by biochemical

techniques that the cell actually contains the amine, and

if possible, also contains the synthetic enzyme tryptop-

han hydroxylase. In lobsters, this has been done for the

neurosecretory subset of serotonergic neurons, which

are the focus of this review (Beltz and Kravitz 1987). The

technique used was ®rst to carry out immunocyto-

chemical studies to show the approximate location

within ganglia of neuronal somata staining for amines

(Beltz and Kravitz 1983). With the antibodies used, the

arbors of neurons also stained well, allowing tracing of

axons into nerve bundles and tracts within the ventral

cord. With the immunocytochemical studies as a guide,

neurons were identi®ed by stimulating nerve bundles

containing the axons of the cells in question, while re-

cording with intracellular electrodes from cell somata in

the vicinity of the candidate immunostained cell. Cell

bodies that showed action potentials when activated in

this way were ®lled with electron dense or ¯uorescent

dye markers through the intracellular electrode. There-

after, tissues were processed to allow visualization both

of the injected dye and the amine-associated immuno-

reactivity. Once candidate neurons were routinely iden-

ti®able in this way, their physiological properties were

explored. Such studies ultimately allowed identi®cation

of the neurons using physiological criteria alone (see

below). To con®rm that the immunostained cells actu-

ally contained 5HT, the somata were microdissected

from nerve cords to measure their amine and amine

biosynthetic enzyme contents, and thereby to con®rm

their identity. Using this method we have shown that the

average 5HT concentration in neurosecretory neuron

cell bodies is 0.4±0.6 mmol l

)1

(Siwicki et al. 1987).

5HT-neurosecretory neurons also contain the peptide

proctolin at approximately 20 lmol l

)1

(Siwicki et al.

1987), but the amine and peptide phenotypes of these

cells ®rst appear at widely di€erent times in development

(Beltz and Kravitz 1987).

Morphological and physiological properties

of 5HT-containing neurosecretory neurons

Morphology

The above studies identi®ed two pairs of large 5HT-

containing neurosecretory neurons: one pair found in

the 5th thoracic (T5-5HT cells) and a second in the 1st

abdominal (A1-5HT cells) ganglia. The T5- and A1-5HT

cells are important in postural and escape neuronal

circuitries (see below), and serve as the principal and

possibly the only source of 5HT reaching the circulation.

Peripheral targets of amines, like muscles (Glusman and

Kravitz 1982; Dixon and Atwood 1989; Goy and Kra-

vitz 1989) and sensory neurons (Pasztor and Bush 1989),

have no serotonergic innervation, and are supplied ex-

clusively via the circulation. Once a reliable method

existed for ®nding these neurons, intracellular injections

of horseradish peroxidase, lucifer yellow, or cobalt

chloride allowed mapping of their morphology (Beltz

and Kravitz 1987).

The serotonin-containing neurosecretory neurons are

suprasegmentally organized and both pairs show similar

morphological features. The general plan is as follows. A

single process emerges from the cell body, which gives

o€ an elaborate arbor of branches and endings in the

neuropil region of the hemiganglion containing the so-

ma. One branch, the ``axon'', travels in a rostral direc-

tion in an anterior lateral nerve bundle for one segment

(to the next ganglion), turns medially, and then ascends

the nerve cord through all rostral thoracic ganglia to

ultimately end in the subesophageal ganglion. In the

neuropil of each anterior ganglion, this branch gives o€

a main process that divides: one branch leaves the neu-

ropil via the 2nd nerve root to terminate in one or more

extensive ®elds of neurosecretory endings along the root;

the second branch yields an arbor of endings in the

neuropil of the ganglion (Fig. 1). Amines reach periph-

eral targets like exoskeletal muscles and sensory neurons

by release into the hemolymph from the endings along

224

---