تصميم وتحليل سلوك تفضيل درجة الحرارة وإيقاعها Circadian في Drosophila
Summary
حددنا مؤخرا رواية إخراج Drosophila circadian ، إيقاع تفضيل درجة الحرارة (TPR) ، حيث ترتفع درجة الحرارة المفضلة في الذباب خلال النهار وتنخفض أثناء الليل. وينظم TPR بشكل مستقل عن آخر الناتج circadian، النشاط الحركي. هنا نحن نصف تصميم وتحليل TPR في Drosophila.
Abstract
الساعة circadian ينظم العديد من جوانب الحياة، بما في ذلك النوم، والنشاط الحركي، ودرجة حرارة الجسم (BTR)إيقاعات 1،2. حددنا مؤخرا رواية Drosophila circadian الناتج ، ودعا إيقاع تفضيل درجة الحرارة (TPR) ، الذي ترتفع درجة الحرارة المفضلة في الذباب خلال النهار وتنخفض خلال الليل 3. والمثير للدهشة، يتم التحكم في TPR والنشاط الحركي من خلال الخلايا العصبية circadian متميزة3. Drosophila النشاط الحركي هو نتاج سلوكي circadian معروفة وقدمت مساهمات قوية لاكتشاف العديد من الجينات على مدار الساعة circadian الثدييات المحفوظة وآليات4. ولذلك، فإن فهم TPR يؤدي إلى تحديد آليات circadian الجزيئية والخلوية غير معروفة حتى الآن. هنا، نقوم بوصف كيفية إجراء وتحليل المقايسة TPR. هذه التقنية لا تسمح فقط لتشريح الآليات الجزيئية والعصبية من TPR، ولكن أيضا يوفر رؤى جديدة في الآليات الأساسية لوظائف الدماغ التي تدمج إشارات بيئية مختلفة وتنظيم السلوكيات الحيوانية. وعلاوة على ذلك، تشير بياناتنا المنشورة مؤخرا إلى أن ذبابة TPR تشترك في ميزات مع الثدييات BTR3. الدروزوفيلا هي ectotherms ، حيث يتم تنظيم درجة حرارة الجسم عادة سلوكيا. لذلك ، TPR هي استراتيجية تستخدم لتوليد درجة حرارة الجسم الإيقاعي في هذه الذباب5-8. ونحن نعتقد أن المزيد من الاستكشاف من Drosophila TPR سوف تسهل توصيف الآليات الكامنة وراء التحكم في درجة حرارة الجسم في الحيوانات.
Introduction
درجة الحرارة هي إشارة بيئية في كل مكان. الحيوانات تظهر مجموعة متنوعة من السلوكيات من أجل تجنب درجات الحرارة الضارة والبحث عن تلك مريحة. Drosophila يحمل سلوك تفضيل درجة الحرارةقوية 6,7. عندما يتم تحرير الذباب في درجة حرارة الانحدار من 18-32 درجة مئوية، والذباب تجنب كل من درجات الحرارة الدافئة والباردة وأخيرا اختيار درجة حرارة مفضلة من 25 درجة مئوية في الصباح3. أجهزة استشعار درجة الحرارة الدافئة هي مجموعة من الخلايا العصبية الحرارية الحسية، والخلايا العصبية AC، والتي تعبر عن Drosophila مستقبلات عابرة المحتملة (TPR) قناة، TRPA16،9. وتقع أجهزة استشعار درجة الحرارة الباردة في شرائح الهوائي الثالث، حيث أن تأليه شرائح الهوائي الثالث يسبب عدم تجنب درجة الحرارة الباردة6. في الآونة الأخيرة، تم التعرف على البروتين TRPP بريفيدو (Brv)10. منذ يتم التعبير عن Brv في شرائح الهوائي الثالث ويتوسط الكشف عن البرد، Brv هو جزيء استشعار البرد ممكن، وهو أمر بالغ الأهمية لسلوك تفضيل درجة الحرارة. وباختصار، يستخدم الذباب جهازي استشعار درجة الحرارة هذين لتجنب درجات الحرارة الدافئة والباردة والعثور على درجة حرارة مفضلة.
في حين تولد الثدييات الحرارة لتنظيم درجة حرارة الجسم ، فإن ectotherms تكيف بشكل عام درجات حرارة جسمها مع درجة الحرارة المحيطة11. ومن المعروف أن بعض ectotherms لعرض سلوك TPR اليومية التي يعتقد أن تكون استراتيجية لectotherms لتنظيم BTR12بهم . لتحديد ما إذا كان الذباب عرض TPR، كررنا التحليل السلوكي تفضيل درجة الحرارة في نقاط مختلفة خلال فترة 24 ساعة. وجدنا أن Drosophila معرض TPR اليومية، والتي هي منخفضة في الصباح وعالية في المساء ويتبع نمط مماثل لتلك التي من BTR في البشر13.
في Drosophila، هناك ~ 150 ساعة الخلايا العصبية في الدماغ. تسمى الخلايا العصبية على مدار الساعة التي تنظم النشاط الحركي م وE مذبذبات. ومع ذلك، من المثير للاهتمام، M و E مؤشرات التذبذب لا تنظم TPR، بدلا من ذلك، أظهرنا أن الخلايا العصبية على مدار الساعة DN2 في الدماغ تنظيم TPR ولكن ليس النشاط الحركي. وتشير هذه البيانات إلى أن TPR ينظم بشكل مستقل عن النشاط الحركي. وتجدر الإشارة إلى أن الثدييات BTR يتم تنظيمها بشكل مستقل من النشاط الحركي. دراسات الاستئصال في الفئران تبين أن يتم التحكم BTR من خلال الخلايا العصبية SCN محددة التي تستهدف مجموعة فرعية مختلفة من الخلايا العصبية المنطقة دون البطينية من تلك التي تتحكم في النشاط الحركي14. لذلك ، تنظر بياناتنا في إمكانية الحفاظ على BTR الثدييات و TPR الذبابةتطوريا 3، لأن كلا من TPR الذبابة والثدييات BTR تظهر إيقاعات درجة الحرارة المعتمدة على مدار الساعة ، والتي يتم تنظيمها بشكل مستقل من النشاط الحركي.
هنا، ونحن نصف تفاصيل كيفية تحليل المقايسة السلوكية TPR في Drosophila. تسمح هذه الطريقة بالتحقيق ليس فقط في الآلية الجزيئية والدوائر العصبية ل TPR ، ولكن أيضا في كيفية دمج الدماغ للإشارات البيئية المختلفة والساعات البيولوجية الداخلية.
Protocol
Representative Results
Discussion
هنا، نوضح تفاصيل الجهاز السلوكي تفضيل درجة الحرارة وتحليل سلوك TPR. Drosophila المعرض ملامح بارزة وقوية وقابلة للاستنساخ من TPR التي تسيطر عليها على مدار الساعة. ومع ذلك ، تشير بياناتنا إلى أن هناك عاملين على الأقل ، الضوء المحيط والعمر ، يزعجان بشكل كبير الأنماط الظاهرية السلوكية ل TPR.
<p clas…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نحن ممتنون للدكتورين أرافينتهان صامويل ومارك غيرشو اللذين ساعدا في تطوير النسخة الأولية من الجهاز السلوكي وماثيو باتي الذي قام بتعديل الجهاز السلوكي. وقد دعم هذا البحث من قبل الأمين غرانت من مستشفى سينسيناتي للأطفال، JST/PRESTO، مارس من الدايمات والمعاهد الوطنية للصحة R01 GM107582 إلى 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).
