Progettazione e analisi del comportamento delle preferenze di temperatura e del suo ritmo circadiano in Drosophila
Summary
Recentemente abbiamo identificato un nuovo uscita circadiana Drosophila, ritmo di preferenza della temperatura (TPR), in cui la temperatura preferita nelle mosche aumenta durante il giorno e cade durante la notte. Il TPR è regolato indipendentemente da un’altra uscita circadiana, l’attività locomotoria. Qui descriviamo la progettazione e l’analisi del TPR in Drosophila.
Abstract
L’orologio circadiano regola molti aspetti della vita, tra cui il sonno, l’attività locomotoria e i ritmi della temperatura corporea (BTR)1,2. Recentemente abbiamo identificato un nuovo output circadiano drosophila, chiamato ritmo di preferenza della temperatura (TPR), in cui la temperatura preferita nelle mosche aumenta durante il giorno e cade durante la notte 3. Sorprendentemente, il TPR e l’attività locomotoria sono controllati attraverso distinti neuronicircadiani 3. L’attività locomotoria della Drosophila è una nota produzione comportamentale circadiana e ha fornito forti contributi alla scoperta di molti geni e meccanismi dell’orologio circadiano dei mammifericonservati 4. Pertanto, la comprensione del TPR porterà all’identificazione di meccanismi circadiani molecolari e cellulari finora sconosciuti. Qui descriviamo come eseguire e analizzare il test TPR. Questa tecnica non solo consente di sezionare i meccanismi molecolari e neurali del TPR, ma fornisce anche nuove intuizioni sui meccanismi fondamentali delle funzioni cerebrali che integrano diversi segnali ambientali e regolano i comportamenti degli animali. Inoltre, i nostri dati pubblicati di recente suggeriscono che il TPR fly condivide le caratteristiche con il mammifero BTR3. I drosofili sono ectotermi, in cui la temperatura corporea è tipicamente regolata dal punto di vista comportamentale. Pertanto, il TPR è una strategia utilizzata per generare una temperatura corporea ritmica in questemosche 5-8. Crediamo che un’ulteriore esplorazione della Drosophila TPR faciliterà la caratterizzazione dei meccanismi alla base del controllo della temperatura corporea negli animali.
Introduction
La temperatura è un segnale ambientale onnipresente. Gli animali mostrano una varietà di comportamenti al fine di evitare temperature dannose e cercarli comodi. La drosofila mostra un robusto comportamento di preferenza dellatemperatura 6,7. Quando le mosche vengono rilasciate in un gradiente di temperatura da 18-32 °C, le mosche evitano temperature sia calde che fredde e infine scelgono una temperatura preferita di 25 °C al mattino3. I sensori di temperatura calda sono un insieme di neuroni termosensoriali, neuroni AC, che esprimono il canale del potenziale del recettore transitorio drosophila (TPR), TRPA16,9. I sensori di temperatura fredda si trovano nei segmenti 3rd antennal, poiché l’ablazione dei segmenti 3rd antennal causa la mancanza di evitare la temperatura fredda6. Recentemente, la proteina TRPP Brivido (Brv) è stata identificata10. Poiché Brv è espresso nei segmenti 3rd antennal e media il rilevamento a freddo, Brv è una possibile molecola di rilevamento a freddo, che è fondamentale per il comportamento di preferenza della temperatura. In somma, le mosche usano questi due sensori di temperatura per evitare le temperature calde e fredde e trovare una temperatura preferita.
Mentre i mammiferi generano calore per regolare la loro temperatura corporea, gli ectotermi generalmente adattano le loro temperature corporee alla temperaturaambiente 11. Alcuni ectotermi sono noti per mostrare un comportamento quotidiano di TPR che si ritiene sia una strategia per gli ectotermi per regolare il loro BTR12. Per determinare se le mosche mostravano TPR, abbiamo ripetuto l’analisi comportamentale delle preferenze di temperatura in vari punti durante un intervallo di 24 ore. Abbiamo scoperto che drosophila esibisce un TPR giornaliero, che è basso al mattino e alto la sera e segue un modello simile a quello del BTR nell’uomo13.
In Drosophila, ci sono ~150 neuroni dell’orologio nel cervello. I neuroni dell’orologio che regolano l’attività locomotoria sono chiamati oscillatori M ed E. Tuttavia, è interessante notare che gli oscillatori M ed E non regolano la TPR, invece, abbiamo mostrato che i neuroni dell’orologio DN2 nel cervello regolano la TPR ma non l’attività locomotoria. Questi dati indicano che il TPR è regolato indipendentemente dall’attività locomotoria. In particolare, il BTR dei mammiferi è anche regolato indipendentemente dall’attività locomotoria. Studi di ablazione sui ratti mostrano che il BTR è controllato attraverso specifici neuroni SCN che prendono di mira un sottoinsieme diverso di neuroni di zona subparaventricolare rispetto a quelli che controllano l’attivitàlocomotoria 14. Pertanto, i nostri dati considerano la possibilità che il BTR dei mammiferi e il TPR della mosca siano evolutivamente conservati3, poiché sia il TPR a mosca che il BTR dei mammiferi mostrano ritmi di temperatura circadiani dipendenti dall’orologio, che sono regolati indipendentemente dall’attività locomotoria.
Qui descriviamo i dettagli su come analizzare il saggio comportamentale TPR in Drosophila. Questo metodo consente l’indagine non solo del meccanismo molecolare e dei circuiti neurali della TPR, ma anche di come il cervello integra diversi segnali ambientali e orologi biologici interni.
Protocol
Representative Results
Discussion
Qui, illustriamo i dettagli dell’apparato comportamentale delle preferenze di temperatura e l’analisi del comportamento TPR. Drosophila mostra le caratteristiche salienti, robuste e riproducibili della TPR controllata dall’orologio. Tuttavia, i nostri dati suggeriscono che almeno due fattori, luce ambientale ed età, disturbano significativamente i fenotipi comportamentali TPR.
Osserviamo che la luce influisce significativamente sulla preferenza di temperatura in Drosophila. …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Siamo grati ai dottori Aravinthan Samuel e Marc Gershow che hanno contribuito a sviluppare la versione iniziale dell’apparato comportamentale e a Matthew Batie che ha modificato l’apparato comportamentale. Questa ricerca è stata supportata da Trustee Grant del Cincinnati Children’s Hospital, JST/PRESTO, March of Dimes e NIH R01 GM107582 to 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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