Måle trening nivåer i Drosophila melanogaster bruke den roterende øvelse kvantifisering System (REQS)
Summary
Den roterende utøve kvantifisering System (REQS) kan indusere øvelse i Drosophila melanogaster gjennom rotasjon mens du samtidig måler mengden aktivitet utført av dyrene. Her presenterer vi en punkt-til-punkt-protokoll detaljering Hvordan måle aktivitetsnivå dyr opplever roterende øvelse behandlinger bruker REQS.
Abstract
Drosophila melanogaster er en ny modell organisme for studier i øvelsen biologi. Hittil har to viktigste trening systemer, har Power Tower og Treadwheel blitt beskrevet. Men har en metode for å måle mengden av flere dyr aktivitet indusert gjennom trening behandling manglet. Den roterende utøve kvantifisering System (REQS) fyller dette behovet, gir et mål på dyr aktivitet for dyr opplever roterende øvelse. Denne protokollen detaljer hvordan du bruker REQS for å vurdere dyr aktivitet under roterende trening og illustrerer hvilken datatype som kan genereres. Her viser vi hvordan REQS brukes til å måle sex – og belastning-spesifikk forskjellene i indusert treningsaktivitet. REQS kan også brukes til å evaluere virkningen av ulike andre eksperimentelle parametere som alder, diett eller befolkningen størrelse på indusert treningsaktivitet. I tillegg kan det brukes til å sammenligne effekten av ulike trening protokoller. Viktigere, gir det en mulighet til å standardisere øvelse behandlinger mellom stammer, slik at forskeren å oppnå like mye aktivitet mellom grupper hvis nødvendig. Dermed REQS er en bemerkelsesverdig ny ressurs for trening biologer arbeider med systemet Drosophila modell og utfyller eksisterende trening systemer.
Introduction
Forskere har nylig begynt å bruke frukt fly Drosophila melanogaster for å studere øvelse biologi. D. melanogaster har vært et genetisk modellsystem for over 100 år1,2. Drosophila forskning har imidlertid gjort bidrag til ikke bare genetikk, men også en rekke andre disipliner inkludert neurobiology, atferdsmessige biologi og fysiologi3. I 2009, makt tårnet, var den første treningsapparatet for Drosophila beskrevet4. Power tårnet utnytter dyrenes negative geotaxis svar. Når forstyrret, Drosophila pleier å flytte til toppen av sitt kabinett. Dette svaret er godt etablert og er grunnlaget for populære “RING” (rask iterativ Negative Geotaxis5) analysen som brukes til å anslå klatring evne og/eller fysisk trening i Drosophila. Power Tower bruker en mekanisk arm koblet til en motor enhet å gjentatte ganger løfte et sett med dyr i sine skap med flere inches og slippe dem tilbake i bakken for å indusere negative geotaxis svaret (Tinkerhess et al. 20126 gi en video som illustrerer bruken av makt tårnet). Langvarig behandling på makt tårnet dermed øker mengden av fysisk aktivitet (kjører eller flyr) dyrene utfører i forhold til ubehandlet kontrollen dyr og over tid fører til forbedret ytelse i RINGEN analysen for fysisk trening4. Derfor vist denne arbeid muligheten for med Drosophila som modell for trening biologi.
For å utvide repertoaret av verktøy tilgjengelig for Drosophila øvelse forskning, i 2016, beskrevet Mendez og kolleger en andre Drosophila treningsapparatet, Treadwheel7. Ligner Power Tower, Treadwheel utnytter negative geotaxis svar Drosophila. Men er dette svaret indusert av fortsatt rotasjon av dyr vedleggene, snarere enn ved å løfte og slippe dem i kraft tårnet. Denne induksjon metoden er skånsom og gir en mer utholdenhet orientert øvelse regime som unngår noen fysiske traumer som kan oppstå under øvelsen i kraft tårnet (se Katzenberger, R. J. et al. 20138 for virkningen av gjentatte fysiske Trauma på Drosophila helse). Lignende til Power Tower4, trening behandling av dyr på Treadwheel fører til en rekke fysiologiske responser, inkludert endringer i fysisk form, triglyseridnivåer og kroppen vekt7. Dermed er to utfyllende metoder tilgjengelig for Drosophila Biologer studerer øvelse.
En begrensning Power Tower og Treadwheel er manglende evne til å måle hvor mye aktivitet av trening behandling. Analyse av video-opptak tatt fra Treadwheel viste at det var betydelige forskjeller mellom de ulike Drosophila stammene i hvordan de reagerer på trening behandling7. Spesielt stammene studerte skilte seg i hvor mye ekstra aktivitet dyrene utført når stimulert7. Denne observasjonen bedt oss å utvikle en tredje øvelsessystem, den roterende utøve kvantifisering System (REQS), som tillater oss å måle dyr aktivitet under rotasjon-indusert øvelse9. REQS benytter en kommersielt tilgjengelig aktivitet overvåking enhet som er installert på en roterende arm å stimulere trening gjennom rotasjon som Treadwheel. Innledende arbeid med REQS bekrefter at genetisk forskjellig Drosophila stammer-kjønn – kan ha betydelig forskjellige svar til roterende stimulering og dermed mengden av trening indusert er ikke identiske blant ulike genotyper9 . Dermed kan REQS nå Drosophila biologer å måle mengden av trening indusert av behandlingen, åpne en rekke nye forskning muligheter innen trening.
Her beskrive vi i detalj hvordan du bruker REQS for kvantifisering av roterende øvelse. REQS induserer roterende trening og måler samtidig aktivitetsnivåer av dyr blir behandlet. REQS er kjøpedyktig en mengde treningsprogrammer, varierer fra enkle 2t vedvarende trening regimet demonstrert her til mer komplekse intervall treningsmetoder som beskrevet av Mendez og kolleger7og stimulering kan justeres via Rotasjonshastighet (mellom ca 1-13 rotasjoner per min). Avhengig av aktiviteten skjermen enheten brukes til å produsere REQS, er denne metoden tilpasningsdyktig til analyse av enkelt fluer eller store bestander av dyr. På grunn av denne allsidigheten gir REQS Drosophila forskere med en rekke muligheter til å studere, for eksempel, ulike trening regimer, kosthold tiltak eller virkningen av befolkningstetthet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Som representant resultatene illustrere, er REQS stand til å måle nøyaktig aktiviteten til trener Drosophila. REQS er fleksibel og tillater forskere å løse en rekke problemstillinger knyttet til øvelse biologi eller øvelse intervensjoner. Det er to avgjørende skritt i protokollen for å markere. Først er det viktig å teste oppsett av FORESP slik at dataoverføring fra FORESP til DAMSystem308 fungerer. Hvis ikke riktig satt opp, datakabelen kan bli sammenfiltrede i rotasjon, og noen ganger forbindelsen mellom RE…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Arbeidet ble støttet av prisen nummer P30DK056336 fra National Institute for Diabetes og fordøyelsesenzymer og nyre sykdommer gjennom en pilot stipend fra ernæring og fedme Research Center ved University of Alabama i Birmingham for NCR.
Materials
| Drosophila Activity Monitor | Trikinetics | LAM25H | REQS component |
| Telephone Cord Detangler | Uvital | uv20170719 | REQS component |
| Vial closures (flugs) | Genesee Scientific | 49-102 | Drosophila culture supplies |
| Vials | Genesee Scientific | 32-120 | Drosophila culture supplies |
| Drosophila culture netting | Carolina Biological Supply | 173090 | Drosophila culture supplies |
| Cornmeal | Pepsico | 43375 | Drosophila media |
| Molasses | Golden Barrel | BLA-GAL | Drosophila media |
| Agar | Apex Bioresearch | 66-103 | Drosophila media |
| Inactive Dry Yeast | Genesee Scientific | 62-106 | Drosophila media |
| Tegosept | Apex Bioresearch | 20-258 | Drosophila media |
| Propionic acid | Genesee Scientific | 20-271 | Drosophila media |
References
- Rieder, L. E., Larschan, E. N. Wisdom from the fly. Trends Genet. 30 (11), 479-481 (2014).
- Ugur, B., Chen, K., Bellen, H. J. Drosophila tools and assays for the study of human diseases. Dis Model Mech. 9 (3), 235-244 (2016).
- Hales, K. G., Korey, C. A., Larracuente, A. M., Roberts, D. M. Genetics on the fly: A primer on the Drosophila Model System. 유전학. 201 (3), 815-842 (2015).
- Piazza, N., Gosangi, B., Devilla, S., Arking, R., Wessells, R. Exercise-training in young Drosophila melanogaster reduces age-related decline in mobility and cardiac performance. PLoS One. 4 (6), e5886 (2009).
- Gargano, J. W., Martin, I., Bhandari, P., Grotewiel, M. S. Rapid iterative negative geotaxis (RING): a new method for assessing age-related locomotor decline in Drosophila. Exp Gerontol. 40 (5), 386-395 (2005).
- Tinkerhess, M. J., Ginzberg, S., Piazza, N., Wessells, R. J. Endurance training protocol and longitudinal performance assays for Drosophila melanogaster. J Vis Exp. (61), (2012).
- Mendez, S., et al. The TreadWheel: A novel apparatus to measure genetic variation in response to gently induced exercise for Drosophila. PLoS One. 11 (10), e0164706 (2016).
- Katzenberger, R. J., et al. A Drosophila model of closed head traumatic brain injury. Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (44), E4152-E4159 (2013).
- Watanabe, L. P., Riddle, N. C. Characterization of the Rotating Exercise Quantification System (REQS), a novel Drosophila exercise quantification apparatus. PLoS One. 12 (10), e0185090 (2017).
- Reed, L. K., et al. Genotype-by-diet interactions drive metabolic phenotype variation in Drosophila melanogaster. 유전학. 185 (3), 1009-1019 (2010).
- Bartholomew, N. R., Burdett, J. M., VandenBrooks, J. M., Quinlan, M. C., Call, G. B. Impaired climbing and flight behaviour in Drosophila melanogaster following carbon dioxide anaesthesia. Sci Rep. 5, 15298 (2015).
- Huang, W., et al. Natural variation in genome architecture among 205 Drosophila melanogaster Genetic Reference Panel lines. Genome Res. 24 (7), 1193-1208 (2014).
- Mackay, T. F., et al. The Drosophila melanogaster Genetic Reference Panel. Nature. 482 (7384), 173-178 (2012).
- Berlandi, J., et al. Swing Boat: Inducing and recording locomotor activity in a Drosophila melanogaster model of Alzheimer’s disease. Front Behav Neurosci. 11, 159 (2017).
- Faville, R., Kottler, B., Goodhill, G. J., Shaw, P. J., van Swinderen, B. How deeply does your mutant sleep? Probing arousal to better understand sleep defects in Drosophila. Sci Rep. 5, 8454 (2015).
