Meten van oefening niveaus bij Drosophila melanogaster met behulp van de roterende oefening kwantificering (systeemvereisten)
Summary
De roterende oefenen kwantificering (systeemvereisten) kan leiden tot oefening in Drosophila melanogaster via rotatie terwijl gelijktijdig het meten van de hoeveelheid activiteit, uitgevoerd door de dieren. Hier presenteren we een punt-voor-punt protocol detailleren hoe meet je activiteitenniveaus van dieren ervaren rotatie oefening behandelingen met behulp van de REQS.
Abstract
Drosophila melanogaster is een nieuwe modelorganisme voor studies in de biologie van de oefening. Tot op heden twee belangrijkste oefening systemen, zijn de Power Tower en de tredmolen beschreven. Echter, een methode voor het meten van de hoeveelheid extra dierlijke activiteit geïnduceerd door de oefening behandeling heeft ontbroken. De roterende oefenen kwantificering (systeemvereisten) vult deze behoefte, bieden een zekere mate van dierlijke activiteit voor dieren rotatie oefening ervaren. Dit protocol gebruiken de REQS om te beoordelen van dierlijke activiteit tijdens de rotatie oefening gedetailleerd en illustreert het type gegevens die kunnen worden gegenereerd. We laten hier zien hoe de REQS wordt gebruikt voor het meten van seks – en stam-specifieke verschillen in oefening geïnduceerde activiteit. De REQS kan ook worden gebruikt om te evalueren van het effect van diverse andere experimentele parameters zoals de grootte van de leeftijd, dieet, of bevolking op oefening geïnduceerde activiteit. Daarnaast kan het worden gebruikt om te vergelijken van de werkzaamheid van andere oefening training protocollen. Belangrijker, biedt het de mogelijkheid om te standaardiseren oefening behandelingen tussen stammen, waardoor de onderzoeker om gelijke hoeveelheden van de activiteit tussen groepen indien nodig. Dus de REQS is een opmerkelijke nieuwe bron voor oefening biologen werken met het systeem van Drosophila model en vormt een aanvulling op de bestaande systemen van de oefening.
Introduction
Onderzoekers hebben onlangs begonnen met de fruitvlieg Drosophila melanogaster oefening biologie studeren. D. melanogaster is een genetische modelsysteem voor meer dan 100 jaar1,2. Echter, Drosophila onderzoek heeft bijgedragen aan niet alleen genetica, maar ook aan een verscheidenheid van andere disciplines waaronder neurobiologie, gedrags biologie en fysiologie3. In 2009, de Power Tower, was de eerste oefening machine voor Drosophila beschreven4. De Power Tower maakt gebruik van de dieren negatief geotaxis reactie. Wanneer verstoord, de Drosophila neiging te bewegen naar de top van hun behuizing. Deze reactie is een gevestigde en vormt de basis van de populaire “RING” (snelle iteratieve negatieve Geotaxis5) test die wordt gebruikt om te schatten klimmen vermogen en/of fysieke fitheid in Drosophila. De Power Tower maakt gebruik van een mechanische arm verbonden met een motor eenheid te herhaaldelijk heffen een aantal dieren binnen hun bijlagen door verscheidene duim en vallen ze terug op de grond voor het opwekken van de negatieve geotaxis-reactie (Tinkerhess et al. 20126 voorzien van een video ter illustratie van het gebruik van de Power Tower). Langdurige behandeling op de Power Tower dus verhoogt het bedrag van lichamelijke activiteit (actief of vliegend) de dieren voeren ten opzichte van onbehandelde dieren en over tijd leidt tot betere prestaties in de RING-assay voor fysieke fitheid4. Dus, dit werk toonde de haalbaarheid van het gebruik van Drosophila als een model voor oefening biologie.
Uit te breiden het repertoire van tools beschikbaar voor Drosophila oefening onderzoek, in 2016, beschreven Mendez en collega’s een tweede Drosophila oefening machine, de tredmolen7. Vergelijkbaar met de Power Tower, de tredmolen exploiteert de negatieve geotaxis reactie van Drosophila. Echter, dit antwoord wordt geïnduceerd door voortdurende rotatie van de dierlijke behuizingen, in plaats van opheffing en neer te zetten zoals de Power Tower. Deze methode van inductie is zachter en zorgt voor een meer uithoudingsvermogen georiënteerde oefening regime dat vermijdt eventuele fysieke trauma’s die zich tijdens de oefening in de Power Tower voordoen kan (Zie Katzenberger, R. J. et al. 20138 voor de gevolgen van herhaald fysieke trauma’s op de gezondheid van de Drosophila). Vergelijkbaar met de Power Tower4, oefening behandeling van dieren op de tredmolen leidt tot een verscheidenheid van fysiologische reacties, met inbegrip van wijzigingen in de fysieke fitheid, triglyceridenspiegels en lichaam gewicht7. Dus, twee complementaire methoden zijn beschikbaar voor Drosophila biologen bestuderen van oefening.
Een beperking van zowel de Power Tower en de tredmolen is het onvermogen om te meten van de hoeveelheid activiteit geïnduceerd door de behandeling van de oefening. Analyse van video-opnames ontleend aan de tredmolen aangetoond dat er aanzienlijke verschillen tussen de diverse stammen van Drosophila in hoe ze op de behandeling van oefening7 reageren. In het bijzonder de stammen studeerde verschilde in hoeveel extra activiteit die de dieren uitgevoerd wanneer7gestimuleerd. Deze observatie gevraagd ons een derde oefening systeem, de roterende oefenen kwantificering (systeemvereisten), dat ons toelaat om het meten van dierlijke activiteitsniveaus tijdens rotatie-geïnduceerde oefening9te ontwikkelen. De REQS maakt gebruik van een commercieel beschikbare activiteit controle eenheid die is geïnstalleerd op een roterende arm te stimuleren van oefening door middel van rotatie in de tredmolen. Eerste werk met de REQS bevestigt dat genetisch verschillende Drosophila stammen — en geslachten – aanzienlijk verschillende reacties op de roterende stimulatie kan hebben en dus de hoeveelheid oefening geïnduceerde niet identiek onder verschillende genotypen9 . Aldus, de REQS nu kan Drosophila biologen te meten van de hoeveelheid oefening geïnduceerde door de behandeling, openen van een scala aan nieuwe mogelijkheden van het onderzoek op het gebied van de oefening.
Hier beschrijven we in detail hoe te gebruiken de REQS voor de kwantificering van rotatie oefening. De REQS induceert rotatie oefening en gelijktijdig maatregelen de activiteitenniveaus van de dieren worden behandeld. De REQS is geschikt voor een scala aan oefenprogramma’s, variërend van eenvoudige 2 h continu oefening regime aangetoond dat hier meer complexe interval trainingsmethoden zoals beschreven door Mendez en collega’s7en stimulatie kan worden aangepast via Rotatiesnelheid (tussen ongeveer 1-13 rotaties per min). Deze methode is afhankelijk van de activiteit monitor-eenheid gebruikt voor de productie van de REQS, aan te passen aan de analyse van enkele vliegen of grote populaties van de dieren. Door deze veelzijdigheid biedt de REQS Drosophila onderzoekers met een scala aan mogelijkheden om te studeren, bijvoorbeeld, verschillende oefening regimes, dieet interventies, of de gevolgen van de bevolkingsdichtheid.
Protocol
Representative Results
Discussion
Als de representatieve resultaten illustreren, is de REQS geschikt voor het nauwkeurig meten van de activiteit uit te oefenen van Drosophila. De REQS is flexibel en staat van onderzoekers om aan te pakken een aantal onderzoeksvragen die betrekking heeft op oefening biologie of oefening interventies. Er zijn twee belangrijke stappen in het protocol om te markeren. Eerste plaats is het essentieel om te testen van de installatie van de REQS om ervoor te zorgen dat de overdracht van de gegevens van de REQS naar de DAMSystem3…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Het werk werd gesteund door Award nummer P30DK056336 van het nationale Instituut van Diabetes en spijsvertering en nierziekten door middel van een pilot subsidie uit de voeding en obesitas Research Center van de Universiteit van Alabama in Birmingham te NCR.
Materials
| Drosophila Activity Monitor | Trikinetics | LAM25H | REQS component |
| Telephone Cord Detangler | Uvital | uv20170719 | REQS component |
| Vial closures (flugs) | Genesee Scientific | 49-102 | Drosophila culture supplies |
| Vials | Genesee Scientific | 32-120 | Drosophila culture supplies |
| Drosophila culture netting | Carolina Biological Supply | 173090 | Drosophila culture supplies |
| Cornmeal | Pepsico | 43375 | Drosophila media |
| Molasses | Golden Barrel | BLA-GAL | Drosophila media |
| Agar | Apex Bioresearch | 66-103 | Drosophila media |
| Inactive Dry Yeast | Genesee Scientific | 62-106 | Drosophila media |
| Tegosept | Apex Bioresearch | 20-258 | Drosophila media |
| Propionic acid | Genesee Scientific | 20-271 | Drosophila media |
References
- Rieder, L. E., Larschan, E. N. Wisdom from the fly. Trends Genet. 30 (11), 479-481 (2014).
- Ugur, B., Chen, K., Bellen, H. J. Drosophila tools and assays for the study of human diseases. Dis Model Mech. 9 (3), 235-244 (2016).
- Hales, K. G., Korey, C. A., Larracuente, A. M., Roberts, D. M. Genetics on the fly: A primer on the Drosophila Model System. Genetics. 201 (3), 815-842 (2015).
- Piazza, N., Gosangi, B., Devilla, S., Arking, R., Wessells, R. Exercise-training in young Drosophila melanogaster reduces age-related decline in mobility and cardiac performance. PLoS One. 4 (6), e5886 (2009).
- Gargano, J. W., Martin, I., Bhandari, P., Grotewiel, M. S. Rapid iterative negative geotaxis (RING): a new method for assessing age-related locomotor decline in Drosophila. Exp Gerontol. 40 (5), 386-395 (2005).
- Tinkerhess, M. J., Ginzberg, S., Piazza, N., Wessells, R. J. Endurance training protocol and longitudinal performance assays for Drosophila melanogaster. J Vis Exp. (61), (2012).
- Mendez, S., et al. The TreadWheel: A novel apparatus to measure genetic variation in response to gently induced exercise for Drosophila. PLoS One. 11 (10), e0164706 (2016).
- Katzenberger, R. J., et al. A Drosophila model of closed head traumatic brain injury. Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (44), E4152-E4159 (2013).
- Watanabe, L. P., Riddle, N. C. Characterization of the Rotating Exercise Quantification System (REQS), a novel Drosophila exercise quantification apparatus. PLoS One. 12 (10), e0185090 (2017).
- Reed, L. K., et al. Genotype-by-diet interactions drive metabolic phenotype variation in Drosophila melanogaster. Genetics. 185 (3), 1009-1019 (2010).
- Bartholomew, N. R., Burdett, J. M., VandenBrooks, J. M., Quinlan, M. C., Call, G. B. Impaired climbing and flight behaviour in Drosophila melanogaster following carbon dioxide anaesthesia. Sci Rep. 5, 15298 (2015).
- Huang, W., et al. Natural variation in genome architecture among 205 Drosophila melanogaster Genetic Reference Panel lines. Genome Res. 24 (7), 1193-1208 (2014).
- Mackay, T. F., et al. The Drosophila melanogaster Genetic Reference Panel. Nature. 482 (7384), 173-178 (2012).
- Berlandi, J., et al. Swing Boat: Inducing and recording locomotor activity in a Drosophila melanogaster model of Alzheimer’s disease. Front Behav Neurosci. 11, 159 (2017).
- Faville, R., Kottler, B., Goodhill, G. J., Shaw, P. J., van Swinderen, B. How deeply does your mutant sleep? Probing arousal to better understand sleep defects in Drosophila. Sci Rep. 5, 8454 (2015).
