Conception et analyse du comportement de préférence de température et de son rythme circadien chez la drosophile
Summary
Nous avons récemment identifié une nouvelle drosophile circadienne, le rythme de préférence de température (TPR), dans lequel la température préférée chez les mouches augmente pendant la journée et tombe pendant la nuit. TPR est régulé indépendamment d’une autre sortie circadienne, l’activité locomoteur. Nous décrivons ici la conception et l’analyse de TPR chez la drosophile.
Abstract
L’horloge circadienne régule de nombreux aspects de la vie, y compris le sommeil, l’activité locomoteur et les rythmes de température corporelle (BTR)1,2. Nous avons récemment identifié une nouvelle sortie circadienne de drosophile, appelée le rythme de préférence de température (TPR), dans lequel la température préférée chez les mouches augmente pendant la journée et tombe pendant la nuit 3. Étonnamment, la TPR et l’activité locomotrice sont contrôlées par des neurones circadiens distincts3. L’activité locomotrice de la drosophile est une production comportementale circadienne bien connue et a fourni de fortes contributions à la découverte de nombreux gènes et mécanismes de l’horloge circadienne des mammifères conservés4. Par conséquent, la compréhension de TPR mènera à l’identification des mécanismes circadiens moléculaires et cellulaires jusqu’ici inconnus. Ici, nous décrivons comment effectuer et analyser le test TPR. Cette technique permet non seulement de disséquer les mécanismes moléculaires et neuronaux de la TPR, mais fournit également de nouvelles informations sur les mécanismes fondamentaux des fonctions cérébrales qui intègrent différents signaux environnementaux et régulent les comportements des animaux. En outre, nos données récemment publiées suggèrent que la mouche TPR partage des caractéristiques avec le mammifère BTR3. Les drosophiles sont des ectothermes, dans lesquels la température corporelle est généralement régulée par le comportement. Par conséquent, TPR est une stratégie utilisée pour générer une température corporelle rythmique chez ces mouches5-8. Nous croyons qu’une exploration plus approfondie de la Drosophile TPR facilitera la caractérisation des mécanismes sous-jacents au contrôle de la température corporelle chez les animaux.
Introduction
La température est un indice environnemental omniprésent. Les animaux présentent une variété de comportements afin d’éviter les températures nocives et d’en rechercher des confortables. La drosophile présente un comportement de préférence de température robuste6,7. Lorsque les mouches sont libérées dans un gradient de température de 18-32 °C, les mouches évitent les températures chaudes et froides et choisissent finalement une température préférée de 25 °C le matin3. Les capteurs de température chaude sont un ensemble de neurones thermosensoriaux, neurones AC, qui expriment le canal de potentiel de récepteur transitoire de la drosophile (TPR), TRPA16,9. Les capteurs de température froide sont situés dans les 3èmes segments antennaux, car l’ablation des 3èmes segments antennaux provoque l’absence d’évitement de température froide6. Récemment, la protéine TRPP Brivido (Brv) a été identifiée10. Puisque Brv est exprimé dans les 3èmes segments antennaux et négocie la détection du froid, Brv est une molécule de détection à froid possible, qui est critique pour le comportement de préférence de température. En somme, les mouches utilisent ces deux capteurs de température pour éviter les températures chaudes et froides et trouver une température préférée.
Alors que les mammifères génèrent de la chaleur pour réguler leur température corporelle, les ectothermes adaptent généralement leur température corporelle à la température ambiante11. Certains ectothermes sont connus pour présenter un comportement quotidien de TPR qui est considéré comme une stratégie pour les ectothermes pour réguler leur BTR12. Pour déterminer si les mouches ont exhibé TPR, nous avons répété l’analyse comportementale de préférence de température à divers points pendant une durée de 24 heures. Nous avons constaté que la drosophile présente un TPR quotidien, qui est faible le matin et élevé le soir et suit un modèle similaire à celui du BTR chez l’homme13.
Chez la drosophile, il y a ~ 150 neurones d’horloge dans le cerveau. Les neurones de l’horloge qui régulent l’activité locomotrice sont appelés oscillateurs M et E. Cependant, fait intéressant, les oscillateurs M et E ne régulent pas TPR, au lieu de cela, nous avons montré que les neurones d’horloge DN2 dans le cerveau régulent TPR mais pas l’activité locomoteur. Ces données indiquent que TPR est réglé indépendamment de l’activité locomotrice. Notamment, le BTR des mammifères est également régulé indépendamment de l’activité locomoteur. Les études d’ablation chez le rat montrent que le BTR est contrôlé par des neurones SCN spécifiques qui ciblent un sous-ensemble différent de neurones de la zone subparventriculaire que ceux qui contrôlent l’activité locomotrice14. Par conséquent, nos données considèrent la possibilité que le BTR des mammifères et le TPR de la mouche soient conservés de manière évolutionnelle3, car le TTR de la mouche et le BTR des mammifères présentent des rythmes de température dépendant de l’horloge circadienne, qui sont régulés indépendamment de l’activité locomoteur.
Ici, nous décrivons les détails de la façon d’analyser le test comportemental TPR chez la drosophile. Cette méthode permet d’enquêter non seulement sur le mécanisme moléculaire et les circuits neuronaux de TPR, mais aussi sur la façon dont le cerveau intègre différents indices environnementaux et horloges biologiques internes.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ici, nous illustrant les détails de l’appareil comportemental de préférence de température et l’analyse du comportement TPR. La drosophile montre les dispositifs saillants, robustes, et reproductibles de TPR horloge-commandé. Cependant, nos données suggèrent qu’au moins deux facteurs, lumière ambiante et âge, perturbent de manière significative les phénotypes comportementaux de TPR.
Nous observons que la lumière affecte de manière significative la préférence de te…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous sommes reconnaissants aux Drs Aravinthan Samuel et Marc Gershow qui ont aidé à développer la version initiale de l’appareil comportemental et Matthew Batie qui a modifié l’appareil comportemental. Cette recherche a été soutenue par la subvention fiduciaire de l’Hôpital pour enfants de Cincinnati, JST/PRESTO, March of Dimes et NIH R01 GM107582 à 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 |
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