TreadWheel dönme hareketi yavaşça yetişkin Drosophila melanogaster alıştırmada uçar doğuştan gelen, negatif geotaxis sömürerek ikna etmek için kullanır. Metabolik sağlık değerlendirmek için egzersiz ve genotip, cinsiyet ve diyet ve fizyolojik ve moleküler deneyleri üzerindeki etkileri gibi faktörler arasındaki etkileşimler çözümlenmesi için sağlar.
Karmaşık metabolik hastalıkların görülme sıklığı artan kalori alımı ve alçaltılmış aktivite düzeyine doğru yaşam yaygın bir geçiş bir sonucu olarak arttı. Multifaktöriyel bu hastalık genetik, çevresel ve davranışsal faktörler bir arada gelen ortaya çıkmaktadır. Bir tür karmaşık metabolik sendrom (MetS), metabolik bozukluklar, hipertansiyon, hiperglisemi ve abdominal obezite gibi bir küme olan bir hastalıktır. Egzersiz ve diyet müdahale onun sonraki metabolik hastalıklar ve obezite azaltmak için doktorlar tarafından tavsiye birincil tedaviler vardır. Egzersiz müdahale, özellikle aerobik aralığı eğitim, ortak risk faktörleri olumlu değişiklikler tip 2 Diabetes Mellitus (T2DM), kardiyovasküler hastalık (CVD) ve diğer koşullar için uyarır. Kanıt akını ile tedavi etkisi egzersiz açıklayan metabolik sağlık, egzersiz deneysel bir bağlamda etkilerini değerlendirmek için değerli bir araç modelleri kontrollü bir ortamda egzersiz bir sistemi sağlar oluşturma vardır. Drosophila melanogaster egzersiz müdahale sonucu fizyolojik ve moleküler değişikliklerin araştırılması için harika bir araçtır. Sinekler kısa katlanacak ve zaman insanlara göre besin metabolize benzer mekanizmaları var. Drosophilaalıştırmada ikna etmek için sinek ‘s doğuştan gelen, negatif geotaxis nazikçe ikna etmek tırmanma eğilimi kullanır TreadWheel denilen bir makine geliştirdi. Bu araştırmacılar deneyleri daha iyi egzersiz metabolik sağlık üzerine etkisi altında yatan genotip çevre etkileşimlerini anlamak için büyük tabur genetik olarak farklı sinekler gerçekleştirmek sağlar.
Çocukluk ve yetişkin Obezite salgın yüksek kalori diyet tüketen ve insülin direnci, kronik inflamasyon ve osteoartrit gibi ciddi uzun vadeli sonuçlara yol açabilir zaman uzun bir süre için boşta kalması kültürlerde büyüyor 1 , 2 , 3 , 4. bu bozuklukların yaygınlığı kalori alımı ve yağlar ve şekerler ve öncelikle sedanter yaşam5yükseltilmiş tüketimi atfedilen harcama büyüyen dengesizlik nedeniyle yükselmeye devam ediyor. Buna bağlı olarak, bu enerji dengesizliği tip 2 Diabetes Mellitus (T2DM) ve kardiyovasküler hastalık (CVD)5vakalarında bir artış yol açmıştır. Bireylerin metabolik sendrom (MetS), abdominal obezite ve dislipidemi2belirtileri içerir bozukluğu ile tanısı Eğer her iki bozuklukları geliştirme daha yüksek bir risk altındadır. MetS genotip ve diyet gibi çeşitli çevresel faktörler arasındaki karmaşık etkileşimler şekillendirdiği ve6egzersiz. Böylece, bu karmaşık hastalığın temel mekanizmaları tam anlamak için tüm bu faktörlerin dikkate alınmalıdır.
MetS mücadele için geldiğinde, Doktorlar ilk bir sağlıklı, dengeli beslenme ve fiziksel aktivite2,7,8yemek dahil yaşam tarzı değişiklikleri geçiyor öneririz. Etkili ilaçlar sınırlı ve gastrik bypass cerrahisi maliyetlidir ve yaşam boyu sağlık izleme gerektirir beri farmakolojik ve cerrahi müdahale sadece ağır vakalarda ve yalnızca bu yaşam tarzı değişiklikleri3 ile birlikte önerilir ,7,8. Ise yaşam tarzı müdahaleler, öyle aynı derecede egzersiz ve diyet, üretmek ve uzun süreli kilo kaybı hedefleri korumak, olsun veya olmasın bu düzeltici önlemlerin tam MetS ile ilgili olumsuz etkileri iyileştirmek daha fazla7eğitim, 8.
Fare modelleri yıldır metabolik hastalıklar egzersiz etkilerini incelemek için kullanılır; Ancak, görece yeni bir çaba9,10,11,12araştırma MetS üzerinde uçmak için egzersiz giriştir. Sinekler egzersiz bir kontrollü laboratuvar ortamında çalışmak için mükemmel bir araç sağlamak kolayca manipüle edilir beri kısa bir ömrü var, are korumak ucuz ve metabolik yollar enerji ile ilgili son derece korunmuş Drosophila arasında ve insanlar13. D. melanogaster genleri de karakterize ve kullanılmak üzere çeşitli genotip ve modüle genotip çevre etkileşimi sağlayan Drosophila genetik araçları hazinesi organizmalar sağlık14egzersiz etkisi.
Sinek ‘s doğuştan gelen, negatif geotaxis eğilim, yukarı doğru tırmanmaya, onların muhafazaları11,12,15 içinde erişkinlerde tırmanma uyarmak için davranışsal içgüdüsü Drosophila egzersiz geçerli yöntemleri çağırmak . Güç Kulesi, sinekler, egzersiz uyarmak için bir yöntem sistematik olarak sinek muhafazaları dikey olarak yükseltir ve sonra onları geri tezgah yüzeyine etkili sinekler şişe, dibine vurma böylece onların içgüdüsel negatif geotaxis inducing düşüyor 12 , 16. bu makine kullanarak yapılan deneylerde gösterdi egzersiz CVD ve T2DM, dahil olmak üzere birçok yaş ile ilgili hastalıklara karşı güçlü bir koruma faktörü olduğunu ve sağlıklı yaşlanma12,17,18 teşvik . Özellikle, onlar egzersiz sinekler düşüş yaşa bağlı hareket başlangıcı azaltmak ve kardiyak performans gibi birden çok yaşa bağlı belirtiler geliştirmek ve yanıt17,18stres olduğunu gösterdi. Ancak, denetim asla bu tekrarlayan damla kuvvet sinekler ağır yaralı düşündüren ve hareketlilik12etkileyen makine yaşıyor daha yüksek tırmanma puanları gösterdi kule yerleştirilen uçar. Bu alternatif bir yöntem daha az güçlü ve fiziksel travma neden önler egzersiz inducing güç kulesi Protokolü16için yararlı, tamamlayıcı yöntem olacaktır göstermektedir.
TreadWheel (Şekil 1). denilen bir egzersiz makinesi geliştirdiğimiz yavaşça Drosophila, egzersiz ikna etmek için TreadWheel’ın (bundan böyle kısaca TW) dönme hareketi sürekli şişeleri, hangi, sırayla, sinekler de tırmanma uyarır yerçekimi üst tanımlayarak uçar doğuştan gelen, negatif geotaxis eğilim tetikler. Diğer yöntemler aksine, TW dönme hareketi hangi ortaya çıkan ve sonuçları darbe ek stresler sayısını en aza indirir doğal olarak, naziktir. Böylece, makine sinekler çok sayıda egzersiz egzersiz metabolik sağlık (resim 2), yaşlanma, uyku ve birçok diğer konular11üzerinde etkileri çalışmaya araştırmacılar sağlayacak stres inducing olmadan ikna etmek için araçlar sağlar.
Bizim yöntemi izler bir ters piramit, büyük ölçüde aerobik aralığı (AIT) ile bazı dayanıklılık eğitim yönlerini birleştirir aralığı eğitim protokolü eğitim egzersiz. Standart AIT rejimi yavaş yavaş dayanıklılık tanıtmak için bir beş günlük süre içinde her aralığın süresini artırmak için bu iletişim kurallarını değiştirilmez. AIT göre diğer müdahale yöntemleri MetS önlemede özellikle yararlı olmuştur ve metabolik sendrom’ın ortak risk faktörleri sürekli ılımlı egzersiz19,20tersine daha etkili oldu. TW güç kulesi göreli bir dezavantajı ise sinekler daha hızlı dönen hareket alıştırmak, böylece sinekler arasında alıştırmak için doğuştan gelen eğilim varyasyon egzersizin yararları yorumlanması karmaşık hale getirebilir. 11 bu sınırlama için şık bir çözüm Watanabe ve bilmece15 ve onların tamamlayıcı madde21tarafından açıklanmıştır.
Burada ayrıntılı egzersiz iletişim kuralı başarıyla Drosophila hafif egzersiz teşvik için gösterilmiştir ve dayanıklılık egzersiz kontrollü bir laboratuvar11ayarlama benzetimini yapmak için kullanılabilir. Başlangıçta TreadWheel kavram geliştirirken, biz aynı şekilde gerçekleştirmek için değişiklik olabilir ticari ürünler kabul unutulmamalıdır (Örneğin, bir laboratuvar et lokantası). Ancak, biz sonuçta bu yaklaşım, depo donatımı yeterince düşük dönüş hızı (4 rpm) yoktu ve yüksek üretilen iş örnek üretimi için yeterli şişe kapasitesi yoktu çünkü özel olarak oluşturulmuş bir tasarımı seçerek reddetti.
TW Protokolü araştırma konuları geniş bir kapsayacak şekilde ayarlanabilir. Örneğin, sıklığı ve süresi, uçar egzersiz rejimleri ayarlama aldıkları iş çıkışları yoğunluklarda değiştirebilirsiniz. Uzun bir hafta daha veya diğer yaş gruplarına Protokolü genişleterek, yaşlanma ve çeşitli yaşa bağlı hastalıkların egzersiz etkileri çalışmaya mümkün olacaktır. Bir genişletilmiş egzersiz yaklaşım uygulanmışsa, sonra haftada en az bir dinlenme günü kurtarma için izin vermek için eklenmesi gerektiğini tavsiye ederiz. Performansı ve iyileştirme olmak daha fazla ardışık günlük egzersiz12kullandık Bu rejimler daha bir kurtarma gün dahil rejimleri içinde gösterildi. Ayrıca, egzersiz bout uzunlukları son 30 dk11sürekli uzun süre egzersiz sonra habituation dönme hareketi için oluşabilir bu yana uzanan karşı dikkatli olacaktır. Ayrıca aktivite düzeyleri TW11korumak için sinekler motivasyon genetik değişimler gözlemledim. Uzun nöbetleri istenirse, böylece, onların değişiklik TW kavramının açıklayan Watanabe bilmece15,ve21 tarafından sunulan gibi sinekler aktivite düzeyleri, izleme göz önünde bulundurun. Farklı olabilir diğer faktörler sıcaklık içerir ve uyku-uyanıklık de sinek hareketleri26,27etkiler için gösterilen desenleri.
Sırasında ve egzersiz fizyolojik, davranış ve moleküler düzeyde, hem de egzersiz epigenetik etkileri çözmeye potansiyel etkileri gidermek üzere iletişim kuralı tamamlandıktan sonra kullanılabilir analizleri bir bolluk olduğunu. Ek metabolik deneyleri (Örneğin, glikoz, glikojen ve protein), kardiyak performans ve inflamatuar yanıt önlemleri daha da etkili egzersiz keşfetmek için kullanılabilir olan sinek fizyolojisi ve vücut kompozisyon12tarihinde,14 ,24,28. Davranış, lokomotor aktivite ve uyku, beslenme değişiklikler gibi egzersiz indüksiyon ile ilişkili çeşitli davranış değişiklikleri de CAFE tahlil29 veya aygıtları12,15 izleme aktivitesi gibi araçlar kullanılarak ölçülebilir ,30. Gen ekspresyonu ve hücresel solunum egzersiz atfedilen değişiklikler ayrıca qRT-PCR11 ve basınçlırespirometri31gibi yöntemleri kullanarak sayısal. Son olarak, Drosophila değerli genetik kaynakları Drosophila genetik başvuru Masası 2 ve Drosophila sentetik nüfus kaynak araştırmacılar gerçekleştirmek için bir platform sağlamak gibi mevcut olması kantitatif genetik çalışmalar25,32. Bu araçlar haritalama deneyler, genom-Wide dernek çalışmaları ve nicel Özellik Loci haritalama egzersiz ve diyet ile ilgili aday loci tanımlamak için gibi sağlar.
Ortalama olarak, egzersiz vücut ağırlığı, toplam trigliserid depolama ve glikojen, protein içeriği artan ve performans11tırmanma sırasında azalır, TreadWheel kullanılarak tamamlanan çalışmalar gösterdi. Ayrıca, değişken yanıt genelinde cinsiyetler ve genotip vücut ağırlığı, hem de trigliserit, protein, glikojen, glikoz ve aktivite düzeyleri11,15için egzersiz için vardı. Süre yanıt-e doğru egzersiz ve diyet genotip ve seks arasında değişkenlik yorumlamak zor olabilir ve zaman zaman counterintuitive, bu kaynakları gerçek biyolojik çeşitlilik doğal nüfus gözlenen yansıtır. Biz temel faktörler MetS yüksek oranda katkıda çeşitliliği anlamaya çalışıyoruz gibi canlılar arasında bu faktörler test ederek çeşitli katkıda bulunan faktörler ilgili rolünü disentangling kolaylaştıran araçlar yeteneğimizi kritik olacak kişiselleştirilmiş önleme ve tedavi müdahaleler geliştirmek için. Tam olarak egzersiz etkinliğini değerlendirmek için her biri bu faktörler ve nasıl etkileşim ne zaman iletken deneyler ve sonuçlar formüle dikkate alınmalıdır.
En diğer sinek egzersiz makineleri gibi iki sinek hareket ölçmek yeteneği sınırlıdır. Son zamanlarda, Watanabe ve bilmece dönen egzersiz miktar sistem (istekler), bir TW omurga ile etkinlik birimi (LAM25H) Drosophila izleme sistemi serisi15,21izleme olarak geliştirmiştir. TW gibi bu sistem döner hareket nazikçe sinek etkinliğini ölçmek ve izlemek için LAM25H kol kullanırken egzersiz ikna etmek için kullanır ama şişeleri (32 şişeleri) daha küçük bir sayı TW15‘ ten tutar. Etkinlik miktar gerekli veya istenen, yoksa yüksek üretilen iş egzersiz çalışmaları için TW için daha büyük bir örnek numarası sağlar. TW tasarım Ayrıca şişeleri daha fazla sayıda karşılamak için geçerli onun formdan değiştirilebiliyordu. Bu sistem, varolan diğer egzersiz yöntemleri birlikte egzersiz sadece Drosophila içinde ulaşılabilir değil ama aynı zamanda fizyolojik ve moleküler yanıt çeşitli fiziksel aktivite etkisini belirlemek için eğitimi kurulmasına yardım etti 11,12,15. Böylece, TW, sinekler, hafif egzersiz inducing kanıtlanmış bir yöntem olarak büyük bir çeşitlilik biyolojik sorulardan soruşturma için kullanılabilir.
The authors have nothing to disclose.
Julie Jarnigan, Meredith Owens, Rachel Hill, Brandon Moye, Laura mafya, Olivia balık ve sinek yetiştiriciliği ve görüntü işleme onların yardımıyla Reed laboratuara geri kalanı teşekkür etmek istiyorum. Sean Mendez orijinal TreadWheel UAB makinenin olduğu dükkanın desteğiyle inşa. Bu çalışma için finansman NIH-R01 GM 098856 tarafından LKR ve lisans yaratıcılık ve araştırma Akademi University of Alabama KEL ve BJW de sağlandı.
Materials for TreadWheel Construction: | |||
Heavy Duty Vibration-Damping leveling Mount | McMaster-Carr | 60855K71 | Quantity: 4 |
Stainless Steel Ball Bearing | McMaster-Carr | 57155K306 | Quantity: 8 |
Plug-in Voltage Transformer (500MA, 120VAC input, 24 VAC output) | McMaster-Carr | 70235K16 | Quantity: 1 |
Compact Square-Face DC Gear motor | McMaster-Carr | 6409K23 | Quantity: 1 |
Tool Holder (clamps) | McMaster-Carr | 1723A22 | Quantity: 5 (10x) |
12L14 Carbon Steel Tight-Tolerance Rod | McMaster-Carr | 5227T24 | Quantity: 1 |
Set Screw Shaft Collar | McMaster-Carr | 6432K13 | Quantity: 8 |
Round-Belt Pulley | McMaster-Carr | 6284K51 | Quantity: 5 |
Dart Controls – 25 Max RPM, Electric AC DC Motor | McMaster-Carr | 13DV 1A | Quantity: 1 |
Materials for Fly Maintenace and Husbandry | |||
6 oz Square Bottom Bottles (polypropylene) | Genesee Scientific | 32-130 | Quantity: 1 |
35x10mm Petri Dishes | VWR | 82050-536 | Quantity: 1 |
Narrow Drosophila vials | Genesee Scientific | 32-116 | Quantity: 1 |
Flystuff Flypad | Genesee Scientific | 59-114 | Quantity: 1 |
Blowgun, Mini | Genesee Scientific | 54-104 | Quantity: 1 |
Materials for RING-like Assay: | |||
ImageJ software | NIH | https://imagej.nih.gov/ij/ | Quantity: 1 |
1 cM graph paper or drawn grid (at least 20 cM by 30 cM) | various | Quantity: 1 | |
digital camera with timer or smart phone with camera timer app | various | Quantity: 1 | |
Materials for Triglyceride Assay: | |||
Dewar Flask | VWR | 14200-960 | Quantity: 1 |
Serum Triglyceride Determination Kit | Sigma Aldrich | TRO100 | Quantity: 1 |
Cordless Pestle Motor | VWR | 47747-370 | Quantity: 1 |
Pestles | VWR | 47747-358 | Quantity: 1 |