Drosophila'da Sıcaklık Tercih Davranışının ve Sirkadiyen Ritminin Tasarımı ve Analizi
Summary
Son zamanlarda, sineklerde tercih edilen sıcaklığın gündüz arttığı ve gece boyunca düştüğü drosophila sirkadiyen çıktısı, sıcaklık tercih ritmi (TPR) adlı bir roman belirledik. TPR, başka bir sirkadiyen çıkış olan lokomotor aktiviteden bağımsız olarak düzenlenir. Burada TPR’nin tasarımını ve analizini drosophila.
Abstract
Sirkadiyen saat, uyku, lokomotor aktivite ve vücut sıcaklığı (BTR) ritimleri1,2dahil olmak üzere yaşamın birçok yönünü düzenler. Son zamanlarda, sineklerde tercih edilen sıcaklığın gündüz arttığı ve gece boyunca düştüğü sıcaklık tercih ritmi (TPR) adı verilen bir Drosophila sirkadiyen çıktısı belirledik 3. Şaşırtıcı bir şekilde, TPR ve lokomotor aktivitesi farklı sirkadiyen nöronlar3ile kontrol edilir. Drosophila locomotor aktivitesi iyi bilinen bir sirkadiyen davranışsal çıktıdır ve birçok korunmuş memeli sirkadiyen saat genlerinin ve mekanizmalarının keşfine güçlü katkılar sağlamıştır4. Bu nedenle, TPR’yi anlamak bilinmeyen moleküler ve hücresel sirkadiyen mekanizmaların tanımlanmasına yol açacaktır. Burada, TPR testinin nasıl gerçekleştirildiğini ve analizini açıklıyoruz. Bu teknik sadece TPR’nin moleküler ve sinirsel mekanizmalarını parçalamaya izin verir, aynı zamanda farklı çevresel sinyalleri entegre eden ve hayvan davranışlarını düzenleyen beyin fonksiyonlarının temel mekanizmaları hakkında yeni içgörüler sağlar. Ayrıca, son yayınlanan verilerimiz sinek TPR’nin memeli BTR3ile özellikleri paylaştığını göstermektedir. Drosophila, vücut sıcaklığının tipik olarak davranışsal olarak düzenlendiği ektotermlerdir. Bu nedenle, TPR bu sineklerde ritmik bir vücut sıcaklığı oluşturmak için kullanılan bir stratejidir5-8. Drosophila TPR’nin daha fazla araştırılmasının, hayvanlarda vücut ısısı kontrolünün altında bulunan mekanizmaların karakterizeini kolaylaştıracağına inanıyoruz.
Introduction
Sıcaklık her yerde bulunan bir çevresel işarettir. Hayvanlar zararlı sıcaklıklardan kaçınmak ve rahat olanları aramak için çeşitli davranışlar sergilerler. Drosophila sağlam bir sıcaklık tercih davranışı sergiler6,7. Sinekler 18-32 ° C’den bir sıcaklık gradyanı içine salındığında, sinekler hem sıcak hem de soğuk sıcaklıklardan kaçınır ve son olarak sabah3’te25 ° C’lik tercih edilen bir sıcaklık seçer. Sıcak sıcaklık sensörleri, Drosophila geçici reseptör potansiyelini (TPR) ifade eden bir dizi termossensör nöron, AC nöronlarıdır, TRPA16,9. Soğuk sıcaklık sensörleri 3. anten segmentlerinde bulunur, çünkü 3. anten segmentlerinin kaldırılması soğuk sıcaklıktan kaçınma eksikliğine neden olur6. Son zamanlarda, TRPP proteini Brivido (Brv)10. Brv, 3. anten segmentlerinde ifade edildiğinden ve soğuk algılamaya aracılık edildiğinden, Brv sıcaklık tercih davranışı için kritik olan olası bir soğuk algılama molekülüdür. Özetle, sinekler sıcak ve soğuk sıcaklıkları önlemek ve tercih edilen sıcaklığı bulmak için bu iki sıcaklık sensörlerini kullanır.
Memeliler vücut sıcaklıklarını düzenlemek için ısı üretirken, ektotermler genellikle vücut sıcaklıklarını ortam sıcaklığına uyarlar11. Bazı ektotermlerin, ektotermlerin BTR12’lerinidüzenlemeleri için bir strateji olduğuna inanılan günlük bir TPR davranışı sergilediği bilinmektedir. Sineklerin TPR sergileyip sergilemediğini belirlemek için, 24 saat boyunca çeşitli noktalarda sıcaklık tercihi davranış analizini tekrarladık. Drosophila’nın sabahları düşük, akşamları yüksek olan ve insanlarda BTR’ninkine benzer bir desen izleyen günlük bir TPR sergilediğini bulduk13.
Drosophila’dabeyinde ~150 saat nöron vardır. Lokomotor aktivitesini düzenleyen saat nöronlarına M ve E osilatörleri denir. Bununla birlikte, ilginç bir şekilde, M ve E osilatörleri TPR’yi düzenlemez, bunun yerine beyindeki DN2 saat nöronlarının TPR’yi düzenlediğini ancak lokomotor aktivitesini düzenlemediğini gösterdik. Bu veriler, TPR’nin lokomotor aktivitesinden bağımsız olarak düzenlendiğini göstermektedir. Özellikle, memeli BTR de lokomotor aktivitesinden bağımsız olarak düzenlenir. Sıçanlarda yapılan ablasyon çalışmaları, BTR’nin, lokomotor aktivitesini kontrol edenlerden farklı bir altparaventriküler bölge nöronlarını hedefleyen spesifik SCN nöronları aracılığıyla kontrol olduğunu göstermektedir14. Bu nedenle, verilerimiz memeli BTR ve sinek TPR’nin evrimsel olarak korunmuş olma olasılığını göz önünde bulundurmaktadır3Hem sinek TPR hem de memeli BTR, lokomotor aktivitesinden bağımsız olarak düzenlenen sirkadiyen saate bağlı sıcaklık ritimleri sergiler.
Burada, TPR davranışsal testinin nasıl analiz edeceğine dair ayrıntıları açıklıyoruz Drosophila. Bu yöntem, sadece TPR’nin moleküler mekanizmasının ve sinir devrelerinin değil, aynı zamanda beynin farklı çevresel ipuçlarını ve iç biyolojik saatleri nasıl entegre ederek entegre olduğunun araştırılmasına izin verir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada, sıcaklık tercihi davranışsal aparatının ayrıntılarını ve TPR davranışının analizini göstermektedir. Drosophila, saat kontrollü TPR’nin göze çarpan, sağlam ve tekrarlanabilir özelliklerini sergiler. Bununla birlikte, verilerimiz ortam ışığı ve yaş olmak üzere en az iki faktörün TPR davranışsal fenotiplerini önemli ölçüde rahatsız ettiğini göstermektedir.
Işığın Drosophila’dasıcaklık tercihini önemli ölçüde etkilediğini g…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Davranış aygıtının ilk versiyonunun geliştirilmesine yardımcı olan Dr. Aravinthan Samuel ve Marc Gershow’a ve davranış aygıtını değiştiren Matthew Batie’ye minnettarız. Bu araştırma Cincinnati Çocuk Hastanesi, JST/PRESTO, March of Dimes ve NIH R01 GM107582’den F.N.H.’ye mütevelli hibesi tarafından desteklendi.
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).
