Sinek sirkadiyen etkinliği ölçmek için bir hesaplama yöntemi
Summary
Sinek sirkadiyen Lokomotor ritimleri olarak görülen başlıca zamansal özellikleri ölçmek için bir yöntem sunulur. Miktar çok parametrik modeli dalga sinek aktivitesiyle yaklaştırarak elde edilir. Şekli ve boyutu sabah ve akşam doruklarına günlük aktivite modeli parametreler açıklanmaktadır.
Abstract
En hayvanlar ve bitkiler, sirkadiyen saatler davranışsal ve moleküler süreçleri yönetmek ve onları günlük koyu döngüsü eşitlemek. Bu geçici denetim altında yatan temel mekanizmaları yaygın bir model organizma. meyve sineği Drosophila melanogaster kullanarak incelendiği Sinekli, saat genellikle multiday Lokomotor kaydı analiz ederek incelenmiştir. Böyle bir kayıt iki etkinlik doruklarına karmaşık biomodel desen gösterir: şafak olur bir sabah tepe ve dusk olur bir akşam tepe. Sinüsoidal salınımları çok farklı bir dalga formu ek olarak saat mekanizmaları davranış veri gözlenen desenler üreten derin etkileri vardır düşündüren genlerine, gözlemlenen bu iki doruklarına birlikte formu. Burada biz talimatlar, matematiksel olarak zamansal desenleri sinek etkinliğinde açıklar son zamanlarda gelişmiş bir hesaplama yöntemi kullanarak verir. Yöntemin etkinliği verilerini dört üstel dönem ve tam olarak istediğiniz şekli ve boyutu sabah ve akşam peaks etkinliğinin tarif dokuz bağımsız parametreleri oluşan bir modeli dalga formu ile uyuyor. Ayıklanan parametreleri sinek Lokomotor ritimleri yaygın olarak gözlenen biomodel etkinlik desenleri altında yatan yüzeylerde Kinetik mekanizmalarının aydınlatmak yardımcı olabilir.
Introduction
Sirkadiyen saat yaklaşık 24 saatlik bir süre ile endojen bir biyokimyasal osilatör ve hayvanlarda hemen hemen her yerde ve1,2bitkiler. Saat senkronize bir organizmanın iç işlemler ve davranış dış ışık karanlık döngüsü için yardımcı olur. Sirkadiyen saat genetik yapısını yaygın olarak 1960’lardan beri okudu meyve sineği, D. melanogasterkullanarak. Bu böcek sirkadiyen saat çekirdek dört proteinler oluşur: dönem, TIMELESS, saat ve döngüsü. Bu çekirdek bileşenleri ile birlikte diğer molekülleri saat genler3,4neredeyse sinüsoidal salınımları üretir bir geri besleme döngüsü oluşturur. Sirkadiyen saat içinde sinekler sinek etkinlik tek bir Kızılötesi ışın bir bireysel tüp5orta kapısı nerede algılanır multiday Lokomotor kayıtları kullanarak yaygın olarak incelenmiştir. Tipik bir sinek kaydı iki iyi ayırt zirveleri ile karmaşık bir biomodel deseni vardır: gece sonunda başlayan ve ışıklar; etkinleştirdiğinizde en sahiptir sabah tepe (M) ve günün sonunda başlayan ve6ışıkları en vardır akşam tepe (E). İlginçtir, bu tür davranış kayıt şeklini çok basit sinüsoidal salınımlarını ek mekanizmaları gözlenen zamansal desenler için katkıda bulunan eylem düşündüren moleküler seviyede gözlenen farklıdır. Gizli mekanizmaların daha iyi anlamak için zamansal kalıplarının nicel bir açıklama sağlayan bir hesaplama araç geliştirdik.
Çalışmamızda, Lokomotor ritimleri sinek aktivite desen taklit eden bir dalga biçimi açısından tanımlanır. Basit sinüs dalgaları gözlenen ritmik değişiklikleri etkinliğinde modellemek için kullanılamaz, biz kayıtları görülen belirgin özellikleri yakalar basit birini seçmek için çeşitli sinyal şekilleri test. Meyve sineği sirkadiyen davranışı kez üstel etkinleştirme ve devre dışı bırakma7alışkanlıkları var saat nöronlar etkinliği tarafından denetlenir. Üstel dinamikleri ve verilerin görsel analiz bize üstel koşullarını kabul dokuz bağımsız parametreleri ile dört temsilcilerinden oluşan ve yakından sinek aktivite desen8benzeyen bir model oluşturmak için motive. Lokomotor verileri ek olarak, biz de onun güç spektrum analiz. Tipik sinek etkinlik spektrumu Harmonikler T0/2, T0/3, vb, sirkadiyen süresi T0beklenen temel zirvesinde ek olarak birden çok doruklarına gösterir. Daha karmaşık dalga biçimleri (şekil 1) birincil dönemin Harmonikler çoklu spektral doruklarına gösterirken Fourier teoremi göre sadece bir saf sinüs dalga güç spectra, tek bir tepe üretir. Bu nedenle, verileri bir çok tepe güç spektrumu matematiksel olarak beklenen sinüsoidal zamansal desen sinek etkinlik8‘ de göz önüne alındığında ve mutlaka salınım birden fazla süreler varlığı anlamına gelmez. Önemlisi, önerilen model dalga güç spektrumu da zirveleri benzer böylece hangi ile zaman ve frekans sinek veri bizim modeli açıklar yüksek sadakat vurgulamış sinek Lokomotor kayıtları için birincil döneminin bütün Harmonikler gösterir.
Zaman çözünürlüklerinde birkaç dakika veya daha az, sinek etkinlik veri parametreleri doğrudan ham verileri ayıklamak üzere gürültülü görünür. Daha uzun zaman aralıkları içine binning veri gürültü seviyesini azaltabilir, ancak, veri modeli parametreler tahmini etkileyebilir şekilde değiştirebilirsiniz. Biz bu nedenle modeli işlevi8 (bakınız ek dosya 1 başvuru8) Fourier dönüşümü hesaplanan beklenen güç spectra için analitik bir ifade kullanarak kayıtları, güç spectra parametreleri elde. Parametreleri güç spectra alma bu yaklaşım doğru parametre değerleri binning veya filtreleme, ham etkinlik veri gibi ek herhangi bir manipülasyon olmadan verir. Matematiksel model ve vahşi-türü ve mutant veri uygulamaları ayrıntılarını başvuru8‘ de açıklanmıştır. Protokol burada hesaplama aracı kullanmak için adım adım yönergeler odaklanır sundu.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu eser sinek gezisidir desen nicel bir açıklamasını sağlar bir hesaplama aracı kullanmayla ilgili yönergeler sunar. Aracın hareket veri birlikte nesnenin şeklini ve boyutunu M ve E doruklarına açıklayan dört üstel şartları oluşan bir matematiksel model ile uyuyor. Son değerler modeli parametreler için ham veri kullanımı binning veya filtre uygulama veri parametre değerleri empoze edebilirsiniz artefactual etkileri nerede önleyebilirsiniz güç spectra, verilerin uygun elde edilir. Modeli parametre…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Stanislav Lazopulo için video içeriği ile yardım için sana şükrediyoruz.
Materials
| Drosophila Activity Monitor | TriKinetics | DAM2, DAM5 | Measures fly locootion using single infrared beam |
| MatLab | Mathworks | Computing environment and programming language, MatLab should include Optimization and Symbolic Math toolboxes | |
| Drosophila melanogaster | per[S], per[L], iso31(wild type) | Our analysis can be performed with fly mutants of any circadian period |
Riferimenti
- Pittendrigh, C. S. Circadian systems: general perspective. Biological Rhythms. II, 57-80 (1981).
- Zhang, E. E., Kay, S. A. Clocks not winding down: unravelling circadian networks. Nat Rev Mol Cell Biol. 11 (11), 764-776 (2010).
- Tataroglu, O., Emery, P. The molecular ticks of the Drosophila circadian clock. Curr Opin Insect Sci. 7, 51-57 (2015).
- Plautz, J. D., et al. Quantitative analysis of Drosophila period gene transcription in living animals. J Biol Rhythms. 12 (3), 204-217 (1997).
- Chiu, J. C., Low, K. H., Pike, D. H., Yildirim, E., Edery, I. Assaying locomotor activity to study circadian rhythms and sleep parameters in Drosophila. J Vis Exp. (43), e2157 (2010).
- Helfrich-Förster, C. Differential control of morning and evening components in the activity rhythm of Drosophila melanogaster–sex-specific differences suggest a different quality of activity. J Biol Rhythms. 15 (2), 135-154 (2000).
- Dautzenberg, F. M., Neysari, S. Irreversible binding kinetics of neuropeptide Y ligands to Y2 but not to Y1 and Y5 receptors. Pharmacology. 75 (1), 21-29 (2005).
- Lazopulo, A., Syed, S. A mathematical model provides mechanistic links to temporal patterns in Drosophila daily activity. BMC Neuroscience. 17 (1), 14 (2016).
- Donelson, N., Kim, E. Z., Slawson, J. B., Vecsey, C. G., Huber, R., Griffith, L. C. High-resolution positional tracking for long-term analysis of Drosophila sleep and locomotion using the "tracker" program. PloS ONE. 7 (5), e37250 (2012).
- Schlichting, M., et al. A Neural Network Underlying Circadian Entrainment and Photoperiodic Adjustment of Sleep and Activity in Drosophila. J Neurosci. 36 (35), 9084-9096 (2016).
- Guo, F., et al. Circadian neuron feedback controls the Drosophila sleep-activity profile. Nature. 536 (7616), 292-297 (2016).
