キイロショウジョウバエのための持久力トレーニングのプロトコルと縦パフォーマンスアッセイ

Tinkerhess, M. J., Ginzberg, S., Piazza, N., Wessells, R. J. Endurance Training Protocol and Longitudinal Performance Assays for Drosophila melanogaster. J. Vis. Exp. (61), e3786, doi:10.3791/3786 (2012).

現代医学の研究者が直面する最も差し迫った問題の一つは、糖尿病と^1-3心血管疾患などの関連疾患の結果として増加し、肥満の急増レベルです。これらの関連する健康上の問題への研究の重要なトピックでは、有益な介入として持久的運動の役割が​​含まれます。

運動トレーニングは、過剰な体脂肪⁴の減少など、いくつかの有益な結果、安価な、非侵襲的な介入である抗炎症作用と抗酸化反応^6、心筋⁷で改良された収縮能力を増加させ、骨格筋⁵にインスリン感受性を増加させた。低強度の運動は重要な中間体^9,10のように転写コアクチベーターPGC1-αで、人間^8、マウスのミトコンドリア活性と生合成を増加させることが知られています。

アンデスピTEは、いくつかの重要な加齢に伴う病気との闘いのためのツールと​​しての運動の重要性、広範な長手方向の遺伝学的研究は、短命の遺伝的モデル種の持久力トレーニングプロトコルの不足によって妨げられてきた。 ショウジョウバエで使用可能な遺伝子の様々なツールの組み合わせは、その寿 ​​命が短いと安価なメンテナンスと、それはこれらの遺伝的メカニズムのさらなる研究のための魅力的なモデルを確認します。このことを念頭に置いて我々は、大規模なキイロショウジョウバエの ¹¹の運動トレーニングのためのパワー·タワーと呼ばれる新規な装置を開発しました。パワータワーは繰り返し急速な登山を誘導するためのハエの本能的な負の走地性の動作を利用しています。その後たびにマシンリフト、滴、ハエのプラットフォームは、ハエを登るように誘導されています。ハエは限りマシンが動作中か、彼らはあまりにも応答するために疲労になるまでであるように応答し続けています。したがって、研究者は、sを提供するためにこのマシンを使用することができます年齢をマッチさせたと遺伝的に同一のハエの大量へimultaneousトレーニング。さらに、我々はトレーニング中にハエのコホートの長手方向の進行状況を追跡するために有用な、関連するアッセイを説明します。

1。パワータワーセットアップと操作

1. パワータワーは、テーブルにクランプされ合板の長方形の部分に配置されます。グレインジャーから4.5回転ギアモータは、4つの2 "X6"ボードと1¾インチの合板の上にかかっている。スイッチのオン/オフモーター、AC / DCの速度制御、ヒューズ、接合ボックスに一緒に配線されています。
2. モーターを冷却するために、直径の穴3インチは、合板の縦方向の½インチ片にカットされます。一方の側に、3インチのファンは合板に取り付けられており、他方では、3インチ径の金属シリンダーが取り付けられている。
3. 端に取り付けられたローラーを使用したカスタムメイドの回転アームは、モータに接続されています。モータと接続されたアームがドアのヒンジの合板に取り付けられている曲がった¾インチ角チューブの株式の片側を押し下げ、時計回り方向に回転します。ホイールは、それがdirはプラットフォームに対してロールバックを可能にするために、プラットフォーム下にチューブ株式の上面に取り付けられているectlyその上。
4. 腕は、チューブの在庫の一方の端にプッシュダウンすると2つのレベルのプラットフォーム（図1D）を引き上げ、もう一方の端を持ち上げる。アームのローラーがチューブの株式をクリアしたときには、アーム（図1F）バックダウンプラットフォームをドロップし、開始位置に戻ることができます。
5. プラットフォームでは、合板の上に配置し、ネジの目にフックされているバンジーコードによって保護されているラックで構成されています。プラットフォームには、括弧で合板に取り付けられている引き出しのスライダに沿ってスライドさせ、ダウンします。
6. バイアルは、ラックに入れ、バンジーコードのある場所に保持されている正方形のグリッド画面で保護されています。
7. 発泡スチロールのクッションは、ドロップの衝撃を弱めるためのプラットフォームの下に配置されます。
8. モータの電源が完全に回転周期が15秒の長さになるように調整されます。

2。運動プロトコル

1. ハエは50％の湿度と12時間の明/ DAを使用して、25℃インキュベーターに収容されていますRKサイクル。運動トレーニングと運動能力の評価の両方を25°C恒温室で行われます。
2. ハエは、それぞれ他の1〜2日以内に収集し、年齢をマッチさせています。 240ハエの最小値は、耐久性と負の走地性（クライミング）能力、運動トレーニングの効果を反映する2つの生理学的指標の長手方向のモニタリングが必要となります。長手方向の監視は、コホート間の変化から交絡影響を与えることなく、各コホートの開始値に対して相対的に誘導される変化の分離を可能にします。必要に応じて追加の実験のためにハエを収集する必要があります。
3. コレクションした後、ハ​​エが行使されることはありません運動療法、および120のコントロールハエに供される120実験的なハエ、に分かれています。ハエは20ハエ、それぞれのバイアルに格納されています。実験的なハエのバイアルは、しっかりとしたセルロースアセテートFlugsとコントロールのバイアル（未行使）と接続されているハエは​​柔らかいSPOと接続されているパワータワーの間にハエを固定するためにプッシュダウンすることができゲイン誤差ストッパー。その適応サイズがバイアルの底の近くに簡単に配置することができますので、スポンジを固定化するために使用されます。柔らかいスポンジの材料はまた、より強固なFlugsによる傷害を減らすことができます。
4. パワータワーのハエは、空のバイアル中に行使されたハエより柔らかい着陸でそれらを提供する食品を5 mLを含むバイアルに格納され、行使されています。我々はトレーニングセッションの途中で頻繁に食べるハエを観察していないものの、食品は、通常、10％ショ糖、10％の酵母、水に2％の寒天で構成されています。空のバイアルは、トレーニング中に使用されている場合は、負傷ハエの割合は劇的に増加されています。
5. パワータワーは25℃に維持される温度制御室℃で運営されてい実験的なハエは、パワータワーの上に置き、登るために作られています。制御ハエもパワータワーに置かれますが、スポンジのストッパーがpusheあるさバイアルハエより約3ミリメートルの動きを制限するためにDにダウンします。このグループは、運動とは無関係であるパワー·タワーのいずれかの効果のコントロールとして機能します。いくつかの部屋はまだ操作にこれらのハエのために存在していますが、我々は繰り返しこれらの条件下でのハエはほとんど実行して行使する生理反応を示さないことを観察した。また、すべてにおいてパワー·タワー上に配置されていない追加の対照群を含めることが望ましいかもしれません。
6. ハエは、ランプのスケジュール（図2）を利用して、それぞれの週5日間連続を行使しています。週1の間にハエは、セッションごとに3時間のセッションごとに2時間、セッションあたり2.5時間週2、週3のために行使されています。他のレジメンがテストされているが、このプロトコルは、遺伝子間や分岐条件の下で一貫性のある結果を生成します。このプロトコルは、しかし、特定の実験に合わせて可能性のあるバリエーションの広い配列に従うものとします。

ここで紹介する一般的なプロトコルでは、トレーニング後の生理作用を文書化することに成功してきました。しかし、このプロトコルにはいくつかの領域が特定の実験のニーズに合わせて変更の対象となります。必要に応じて、例えば、発作のトレーニングや数の長さは潜在的に、プログラムが多かれ少なかれ困難なように変えることができます。負の走地性の能力が測定されるコンテナの高さは文書化されるように改善のための利用できる領域を増やすように変更することができます。スピード登山の定量を自動化するさまざまな方法でも適用可能である。原理的には、背景からハエを区別することができる任意のソフトウェアプログラムは、データ収集プロセスを高速化するために使用することができます。

プロトコルのいくつかの側面は、しかし、慎重でのみ変更する必要があります。たとえば、予備実験を強く週の残りの少なくとも一日が大きく表示回数を容易にする傾向があることを示している執拗な毎日の運動よりovement。さらに、概日リズムと温度は冷血動物の動きに影響を及ぼすことが知られています。訓練が行われた日の時間は、概日リズムの交絡影響の可能性を避けるために、変化することができますが、常に比較の下に特定のグループ内で一貫している必要があります。温度制御も不可欠であり、我々は家の運動器具に一定の温度で、専用の部屋をお勧めします。最後に、雄と雌が運動能力の出生や性別の違いの交絡影響の可能性を避けるために、別々に飼育して測定する必要があります。

この方法の潜在的なアプリケーションは、研究者の想像力によって制限されます。予備研究では、3つの広範なアプリケーションでこの方法を利用してきた。

1. 年齢を越え、野生型の生物学のさまざまな側面に関する持久力運動の効果を測定します。
2. T特定の変異体の表現型上の持久的運動の効果を測定するO。
3. 運動の利点を実行するために必要な遺伝的要因のために画面に

これらの各アプリケーションは、特定の可能性は多種多様を網羅しています。我々の予備的経験に基づいて、変異体の表現型は、食事によって変わるできるだけ運動レベルに応じて変化する傾向があります。良い食事、運動、老化生理の間の関係を理解するために無脊椎動物モデルの使用は、おそらく、このプロトコルの中で最も重要な一般的なアプリケーションです。

私は、開示することは何もありません。

この作品は、NHLBIからRWへの助成金によってサポートされていました。

1. Wild, S., Roglic, G., Green, A., Sicree, R., & King, H. Global Prevalence of Diabetes: Estimates for the year 2000 and projections for 2030. Diabetes Care. 25 (5), 1047-1053 (2004).
2. Flegal, K.M., Carroll, M.D., Ogden, C.L., & Johnson, C.L. Prevalence and Trends in Obesity Among US Adults, 1999-2000. JAMA. 288 (14), 1723-1727 (2002).
3. Hubert, H.B., Feinleib, M., McNamar, P.M., & Castelli, W.P. Obesity as an Independent Risk Factor for Cardiovascular Disease: A 26-year Follow-up of Participants in the Framingham Heart Study. Circulation. 67 (5), 698-977 (1983).
4. Ross, R., Dagnone, D., Jones, P.J.H., Smith, H., Paddags, A., Hudson, R., & Janssen, I. Reduction in obesity and related comorbid conditions after diet-induced weight loss or exercise-induced weight loss in med – A randomized, controlled trial. Annals of Internal Medicine. 133 (2), 92-103 (2000).
5. Goodyea, L.J. & Kahn, B.B. Exercise, Glucose Transport, and Insulin Sensitivity. Annual Review of Medicine. 49, 235-261 (1998).
6. Linke, A., Adams, V., Schulze, P.D., Erbs, S., Gielen, S., Fiehn, E., Mobius-Winkler, S., Schubert, A., Schuler, G., & Hambrecht, R. Antioxidative Effects of Exercise Training in Patients With Chronic Heart Failure. Circulation. 111, 1763-1770 (2005).
7. Kemi, O.J., Ellingsen, O., Smith, G.L., & Wisloff, U. Exercise-induced changes in calcium handling in left ventricular cardiomyocytes. Frontiers in Bioscience. 13, 356-368 (2008).
8. Wang, H., Hiatt, W.R., Barstow, T.J., & Brass, E.P. Relationships between muscle mitochondrial enzyme activity and oxidative capacity in man: alterations with disease. Eur. J. Appl. Physiol. 80, 22-27 (1999).
9. Wu, Z., Puigserver, P., Andersson, U., Zhang, C., Adelmant, G., Mootha, V., Troy, A., Cinti, S., Lowell, B., Scarpulla, R.C., & Spiegelman, B.M. Mechanisms Controlling Mitochondrial Biogenesis and Respiration through the Thermogenic Coactivator PGC-1. Cell. 98, 115-124 (1999).
10. Goto, M., Terada, S., Kato, M., Katoh, M., Yokozeki, T., Tabata, I., & Shimokawa, T. cDNA Cloning and mRNA Analysis of PGC-1 in Epirtrochlearis Muscle in Swimming-Exercised Rats. Biochemical and Biophysical Research Communications. 274, 350-354 (2000).
11. 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).
12. 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, 386-395 (2005).

2 Comments

You must be signed in to post a comment. Please sign in or create an account.