Дизайн и анализ поведения предпочтения температуры и его циркадный ритм в Drosophila
Summary
Недавно мы определили роман Drosophila циркадный выход, ритм предпочтения температуры (TPR), в котором предпочтительная температура у мух поднимается в течение дня и падает в ночное время. TPR регулируется независимо от другого циркадного производства, локомотивной деятельности. Здесь мы описываем дизайн и анализ TPR в Drosophila.
Abstract
Циркадные часы регулируют многие аспекты жизни, в том числе сон, локомотивной активности, и температура тела (BTR)ритмы 1,2. Недавно мы определили роман Drosophila циркадный выход, называемый ритм предпочтения температуры (TPR), в котором предпочтительная температура у мух поднимается в течение дня и падает в течение ночи 3. Удивительно, но активность TPR и локомотива контролируется с помощью различных циркадных нейронов3. Дрозофила локомотивной деятельности является хорошо известным циркадных поведенческих выход и предоставил сильный вклад в открытие многих консервативных млекопитающих циркадных генов часов имеханизмов 4. Поэтому понимание ТПР приведет к выявлению до сих пор неизвестных молекулярных и клеточных циркадных механизмов. Здесь мы описываем, как выполнять и анализировать анализ TPR. Этот метод не только позволяет рассекать молекулярные и нервные механизмы TPR, но и дает новое представление о фундаментальных механизмах функций мозга, которые интегрируют различные экологические сигналы и регулируют поведение животных. Кроме того, наши недавно опубликованные данные свидетельствуют о том, что муха TPR разделяет особенности с млекопитающим BTR3. Дрозофила являются эктотермы, в которых температура тела, как правило, поведенчески регулируется. Таким образом, TPR является стратегия, используемая для создания ритмичной температуры тела в этихмух 5-8. Мы считаем, что дальнейшее исследование Drosophila TPR облегчит характеристику механизмов, лежащих в основе контроля температуры тела у животных.
Introduction
Температура является вездесущим экологическим сигналом. Звери проявляют различные виды поведения, чтобы избежать вредных температур и искать удобные. Drosophila демонстрируют надежное поведение предпочтения температуры6,7. Когда мухи высвобождаются в температурный градиент от 18-32 градусов по Цельсию, мухи избегают как теплых, так и холодных температур и, наконец, выбирают предпочтительную температуру 25 градусов поЦельсию утром 3. Датчики теплой температуры являются набор термосенсорных нейронов, ак нейронов, которые выражают Drosophila преходящих рецепторов потенциал (TPR) канал, TRPA16,9. Датчики холодной температуры расположены в 3-м сегменте антенны, так как ablating 3-й сегмент антенны вызывает отсутствие холодной температуры избегания6. Недавно был выявлен белок TRPP Brivido (Brv)10. Так как Brv выражается в 3-м сегменте антенны и опосредует обнаружение холода, Brv является возможной молекулой холодного зондирования, которая имеет решающее значение для поведения предпочтения температуры. В общем, мухи используют эти два датчика температуры, чтобы избежать теплых и холодных температур и найти предпочтительную температуру.
В то время как млекопитающие генерируют тепло для регулирования температуры тела, эктотермы обычно адаптируют температуру тела к температуре окружающейсреды 11. Некоторые эктотермы, как известно, демонстрируют ежедневное поведение TPR, который, как полагают, является стратегией для эктотерм для регулирования их BTR12. Чтобы определить, продемонстрировали ли мухи TPR, мы повторили поведенческий анализ температурных предпочтений в различных точках в течение 24 часов. Мы обнаружили, что Drosophila экспонат ежедневно TPR, который является низким утром и высоко вечером и следует шаблону, аналогичной BTR улюдей 13.
В Drosophila, Есть 150 часов нейронов в головном мозге. Нейроны часов, регулирующие активность локомотивов, называются осцилляторами M и E. Однако, что интересно, осцилляторы M и E не регулируют TPR, вместо этого, мы показали, что DN2 часовые нейроны в головном мозге регулируют TPR, но не локомотивную активность. Эти данные указывают на то, что TPR регулируется независимо от деятельности локомотива. Примечательно, что БТР млекопитающих также самостоятельно регулируется от локомотивной деятельности. Абляционные исследования на крысах показывают, что БТР контролируется с помощью конкретных нейронов SCN, которые нацелены на другой подмножество нейронов подпаравентрикулярной зоны, чем те, которые контролируют активностьлокомотивов 14. Таким образом, наши данные рассматривают возможность того, что млекопитающие БТР и муха TPR эволюционносохраняется 3, так как и летать TPR и млекопитающих БТР экспонат циркадных часов зависимых температурных ритмов, которые независимо регулируются от локомотивной активности.
Здесь мы описываем детали того, как проанализировать TPR поведенческий анализ в Drosophila. Этот метод позволяет изузнать не только молекулярный механизм и нейронные цепи TPR, но и то, как мозг интегрирует различные экологические сигналы и внутренние биологические часы.
Protocol
Representative Results
Discussion
Здесь мы иллюстристрм детали поведенческих предпочтений температуры аппарата и анализ поведения TPR. Drosophila демонстрируют основные, надежные и воспроизводимые особенности тактовой TPR. Тем не менее, наши данные показывают, что по крайней мере два фактора, окружающий свет и возраст, з?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарны докторам Аравинтхану Сэмюэлю и Марку Гершоу, которые помогли разработать начальную версию поведенческого аппарата, и Мэтью Бати, который модифицировал поведенческий аппарат. Это исследование было поддержано попечителем Грант из Цинциннати Детская больница, JST / PRESTO, Марш Dimes и NIH R01 GM107582 в F.N.H.
Materials
| Bright Lab Jr. Safelight | Amazon | #B00013J8UY | Red light for dark rooms |
| Rain X | SOPUS products | Water repellent: Apply the plexiglass cover | |
| C-Clamp | Home Depot | ||
| Temperature/hygrometer | Fisher | 15-077-963 | |
| Peltier devices | TE Technology, Inc. | HP-127-1.4-1.15-71P | |
| Thermometer | Fluke | Fluke 52II | |
| Bench top controller | Oven Industries | 5R6-570-15R and 5R6-570-24R | |
| Temperature sensor probe | Oven Industries | TR67-32 | |
| Generic 480 Watt ATX power supply | computer cooling system | ||
| MCR220-QP-RES Dual 120 mm Radiator with reservoir | Swiftech | computer cooling system | |
| MCP350 In-Line 12V DC pump | Swiftech | computer cooling system | |
| MCW50 graphics Card liquid cooler | Swiftech | computer cooling system | |
| Scythe Kaze-Jyuni SY1225SL12SH fan | Crazy PC | computer cooling system |
References
- Krauchi, K. The thermophysiological cascade leading to sleep initiation in relation to phase of entrainment. Sleep Med. Rev. 11, 439-451 (2007).
- Krauchi, K. The human sleep-wake cycle reconsidered from a thermoregulatory point of view. Physiol. Behav. 90, 236-245 (2007).
- Kaneko, H., et al. Circadian Rhythm of Temperature Preference and Its Neural Control in Drosophila. Curr. Biol. 22, 1851-1857 (2012).
- Allada, R., Chung, B. Y. Circadian organization of behavior and physiology in Drosophila. Annu. Rev. Physiol. 72, 605-624 (2010).
- Garrity, P. A., Goodman, M. B., Samuel, A. D., Sengupta, P. Running hot and cold: behavioral strategies, neural circuits, and the molecular machinery for thermotaxis in C. elegans and Drosophila.. Genes Dev. 24, 2365-2382 (2010).
- Hamada, F. N., et al. An internal thermal sensor controlling temperature preference in Drosophila. Nature. 454, 217-220 (2008).
- Hong, S. T., et al. cAMP signalling in mushroom bodies modulates temperature preference behaviour in Drosophila. Nature. 454, 771-775 (2008).
- Dillon, M. E., Wang, G., Garrity, P. A., Huey, R. B. Review: Thermal preference in Drosophila. J. Therm. Biol. 34, 109-119 (2009).
- Viswanath, V., et al. Opposite thermosensor in fruitfly and. Nature. 423, 822-823 (2003).
- Gallio, M., Ofstad, T. A., Macpherson, L. J., Wang, J. W., Zuker, C. S. The coding of temperature in the Drosophila brain. Cell. 144, 614-624 (2011).
- Stevenson, R. D. The relative importance of behavioral and physiological adjustments controlling body temperature in terrestrial ectotherms. Am. Nat. 126 (3), (1985).
- Refinetti, R., Menaker, M. The circadian rhythm of body temperature. Physiol. Behav. 51, 613-637 (1992).
- Duffy, J. F., Dijk, D. J., Klerman, E. B., Czeisler, C. A. Later endogenous circadian temperature nadir relative to an earlier wake time in older people. Am. J. Physiol. 275, 1478-1487 (1998).
- Saper, C. B., Lu, J., Chou, T. C., Gooley, J. The hypothalamic integrator for circadian rhythms. Trends Neurosci. 28, 152-157 (2005).
- Konopka, R. J., Pittendrigh, C., Orr, D. Reciprocal behaviour associated with altered homeostasis and photosensitivity of Drosophila clock mutants. J. Neurogenet. 6, 1-10 (1989).
- Qiu, J., Hardin, P. E. per mRNA cycling is locked to lights-off under photoperiodic conditions that support circadian feedback loop function. Mol. Cell Biol. 16, 4182-4188 (1996).
- Crocker, A., Sehgal, A. Genetic analysis of sleep. Genes Dev. 24, 1220-1235 (1220).
- Hendricks, J. C., et al. Rest in Drosophila is a sleep-like state. Neuron. 25, 129-138 (2000).
- Shaw, P. J., Cirelli, C., Greenspan, R. J., Tononi, G. Correlates of sleep and waking in Drosophila melanogaster. Science. 287, 1834-1837 (2000).
- Parisky, K. M., et al. PDF cells are a GABA-responsive wake-promoting component of the Drosophila sleep circuit. Neuron. 60, 672-682 (2008).
