The CApillary FEeder (CAFE) assay is a simple, budget-friendly, highly reliable method for investigating mechanisms underlying food intake. Used with the highly versatile genetic model organism Drosophila melanogaster, it provides a powerful means of gaining new insights into regulatory mechanisms of food intake.
For most animals, feeding is an essential behavior for securing survival, and it influences development, locomotion, health and reproduction. Ingestion of the right type and quantity of food therefore has a major influence on quality of life. Research on feeding behavior focuses on the underlying processes that ensure actual feeding and unravels the role of factors regulating internal energy homeostasis and the neuronal bases of decision-making. The model organism Drosophila melanogaster, with its great variety of genetically traceable tools for labeling and manipulating single neurons, allows mapping of neuronal networks and identification of molecular signaling cascades involved in the regulation of food intake. This report demonstrates the CApillary FEeder assay (CAFE) and shows how to measure food intake in a group of flies for time spans ranging from hours to days. This easy-to-use assay consists of glass capillaries filled with liquid food that flies can freely access and feed on. Food consumption in the assay is accurately determined using simple measurement tools. Herein we describe step-by-step the method from setup to successful execution of the CAFE assay, and provide practical examples to analyze the food intake of a group of flies under controlled conditions. The reader is guided through possible limitations of the assay, and advantages and disadvantages of the method compared to other feeding assays in D. melanogaster are evaluated.
Å spise er viktig; Men deregulering av matinntak fører til spiseforstyrrelser som bulimi, anoreksi eller generell tendens til å overspise pålegger koster på individ og samfunn 1, 2, 3. Målet for den foreliggende forskning er å avdekke reguleringsmekanismer av matinntak og gi en strategi for å omgå uorden formasjonen. Tallrike studier med pattedyrmodellorganismer har gitt ny innsikt i kretsene og rollen til signalanlegg i spiseforstyrrelser 4, 5, 6. Likevel, vår kunnskap om nevronale og molekylære baser bak disse lidelser er fortsatt langt fra komplett. I de siste årene har bananflue Drosophila melanogaster har blitt en verdifull modellsystem for å rakne grunn mekanistiske innsikt i reguleringen av metabolism 7, 8, 9. Kapillær mater (CAFE) assay for Drosophila melanogaster ble etablert i laboratoriet av Seymour Benzer i 2007 inspirert av en tidligere arbeid av Dethier i spyflue 10, 11. Kafeen analysen gjorde det mulig å direkte måle matinntaket i Drosophila melanogaster. I denne atferds teste systemet, fluer lever av flytende mat levert på graderte glass kapillærer plassert inne i et hetteglass. Nedgangen av kapillaren menisken indikerer tap av mat oppløsning via fordampning og matforbruk. Bestemme fordampingen av ampuller uten fluer tillater nøyaktig kvantifisering av matinntak.
Kafeen analysen er en av flere atferds paradigmer som brukes til å måle fôring i Drosophila melanogaster og forskere må velge den som passer best for deres spesifikkespørsmål. Beslutningen om å bruke en viss analyse bør vurdere følgende punkter: innholdet i maten gitt; fôring tilstand; måling av inntak eller opptak av næringsstoffer og undersøkelse matforbruk, eller som reaksjon på mat.
Kafeen analyse som beskrevet i denne rapporten er ideell for å følge mat inntak av en væske matkilde under en oppreist fôring tilstand. Alternativt matinntaket kan måles for en flue gruppe på en farget matkilde i en ampulle eller på en plate. Fluer er vanligvis drept eller bedøvet etter mating og mengden av inntatt fargestoff blir bestemt ved spektrofotometri eller visuell inspeksjon av farget magen. Fluer begynner å skille ut den inntatt mat bare 30 minutter etter inntak, derfor er denne tilnærmingen er vanskelig å benytte for analyse av kontinuerlige lengre foring Adferd 12, 13.
I motsetning fluer holdes intakt når absorberbare fargestoffs med radioaktive tracere brukes og sitt forbruk av radioisotop er scoret i en scintillasjonsteller 14, 15. Absorpsjon av radiomerkingen av fly fordøyelsessystemet gjør langsiktig mat opptak måling mulig, men kan føre til underestimering av forbruket på grunn av ikke-absorbert og utskilles tracer molekyler. En annen tilnærming til å måle respons på mat i bananflue er snabel forlengelse respons (PER), som normalt gjelder for matinntak 16. Denne elegante metoden måler den første reaksjon på en matvare stimulans, men registrerer ikke mengden av inntaket. Matinntak justeres dynamisk under fôring ved hjelp av flere etterfordøyelsestilbakemeldingssignaler som er kritiske for regulering av fôring 17, 18. Flere forsøk har blitt gjort i senere år for å halvautomatisere datainnsamling i PER assay <sopp class = "xref"> 19, 20. Den PER blir detektert av en elektrisk pute eller en kombinasjon av elektroder og telles via datamaskinen. Ved å kombinere den PER analysen med radio-isotopopptak avslørte at denne metoden er begrenset ved lav følsomhet til å detektere mengde forings forskjeller 18. Den manuelle mating assay (mafe) 21, i hvilken en flue mates manuelt med et glasskapillar, ble nylig utviklet for å måle mat-opptak i en enkelt immobilisert fly. Den mafe assay eliminerer forstyrrelser av beite og mating initiering og har en tidsoppløsning på sekunder, og initiering av PER og matforbruk kan overvåkes uavhengig i analysen. Men på hvilken måte immobilisering av flua påvirker visse aspekter ved fôring atferd (f.eks bevegelse, motivasjon) fortsatt trenger å bli undersøkt. For gode komparative vurderinger av ulike analyser for å måle matforbruket i Drosophila meglanogaster og for å hjelpe forskere med å finne den som passer best, se rapporter fra Deshpande og Marx 13, 22.
Kafeen analysen unngår noen av ulempene ved andre analysene beskrevet ovenfor, og kombinerer enkelhet i bruk med pålitelig måling av matinntak. Her er en detaljert beskrivelse av CAFE analysen gitt og vi viser et enkelt oppsett modifikasjon for å redusere fordampning. Representative resultater, inkludert en to mat valg analysen (kort og lang sikt) og sukrose opptak av fluer er demonstrert. I diskusjonen sammenligner vi vår beskrev metoden med alternative måter å utføre den CAFE analysen, og synliggjør mulige begrensninger.
Rapporten beskriver CAFE analysen i en steg-for-steg måte, med fokus på det tekniske oppsettet og sin vellykkede resultater i laboratoriet. På grunn av sin enkelhet, kan dette assay også kan brukes pedagogisk som en skole eksperiment. Eksemplene viser at analysen tillater undersøkelse av mat sensing, preferanse og forbruk i Drosophila melanogaster over korte og lengre tidsperioder (timer eller dager). Kafeen analysen har blitt brukt mye i feltet for å undersøke emner, inkludert mat og narkotikabruk, avhe…
The authors have nothing to disclose.
We thank the past and present members of the Scholz lab for discussion and Helga Döring for excellent technical support. We especially thank the members of the Biocenter workshop of the University of Cologne for their support and creativity. The work is supported by SFB 1340, SysMedAlc, and DAAD-Siemens.
Vials (breeding) | Greiner Bio-One | 960177 | www.greinerbioone.com |
Vials (CAFE assay) | Greiner Bio-One | 217101 | www.greinerbioone.com |
Lid-CAFE assay | Workshop | – | – |
Plastic box, low wall | Plastime | 353 | www.plastime.it |
Cover for the plastic box | Workshop | – | – |
Capillaries | BLAUBRAND | REF 7087 07 | www.brand.de |
Pipette tips | Greiner Bio-One | 771290 | www.greinerbioone.com |
Filter paper circles | Whatman | 10 311 804 | www.sigmaaldrich.com |
D(+)-Sucrose | AppliChem | 57-50-1 | www.applichem.com |
Ethanol absolute | VWR Chemicals | 20,821,330 | www.vwr.com |
Food color (red, E124) | Backfun | 10027 | www.backfun.de |
Food color (blue, E133) | Backfun | 10030 | www.backfun.de |
Soap solution (CVK 8) | CVH | 103220 | www.cvh.de |
Digital caliper | GARANT | 412,616 | www.hoffmann-group.com |
Vials (breeding) | Height 9.8 cm, diameter 4.8 cm | ||
Vials (CAFE assay) | Height 8 cm, diameter 3.3 cm | ||
Lid-CAFE assay | Produced in university workshop, technical drawing supplied | ||
Plastic box, low wall | A plastic grid inlay was custom-made for 8 x 10 vial positions | ||
Cover for the plastic box | Dimensions (37 x29 x18 cm) | ||
Capillaries | DIN ISO 7550 norm, IVD-guideline 98/79 EG, ends polished | ||
Pipette tips | Pipettes for the outer circle are cut according to the lid | ||
Filter paper circles | 45 mm diameter works nicely if folded for the vials used | ||
D(+)-Sucrose | Not harmful | ||
Ethanol absolute | Highly flammable liquid and vapor | ||
Food color (red, E124) | Not stated | ||
Food color (blue, E133) | Not stated | ||
Soap solution (CVK 8) | Odor neutral soap | ||
Digital caliper | |||
Standard fly food | (for 20 L) | ||
Agar | 160 g | ||
Brewer`s Yeast | 299.33 g | ||
Cornmeal | 1200g | ||
Molasses | 1.6 L | ||
Propionic acid | 57.3 mL | ||
Nipagin 30% | 160 mL |