回転運動の定量化システム (リクエスト) を用いたキイロショウジョウバエの運動レベルの測定
2018年5月27日
回転運動の定量化システム (リクエスト) は、動物によって実行されるアクティビティの量を同時に測定しながら回転をショウジョウバエ運動を引き起こすことができます。今回、リクエストを使用して回転運動治療法を経験している動物の活動レベルを測定する方法を詳述したポイントによってプロトコル
この方法は、年齢によって運動反応がどのように異なるのか、運動反応を制御する遺伝的経路は何かなど、運動生物学の分野における重要な疑問に答えるのに役立ちます。この手法の主な利点は、研究者が初めて、回転運動を行うハエの活動をリアルタイムで測定できることです。その手順を実演するのは、私の研究室の大学院生であるLouis Patrick Watanabeです。
計画された実験の前に、オスとメスのハエの交配を設定して、実験のために制御された各子孫を収集できるようにします。まず、バイアルごとに8本のガラス製試験片チューブに10個の麻酔テストフライをロードします。標準的な実験グループは、各性別の10匹のハエの10バイアルで構成されています。
バイアルをREQSにロードするには、バイアルをアクティビティモニターのスロットに正面から挿入します。次に、バイアルに2番目のキャップを取り付け、バイアルの中央に置き、必要に応じてOリングを動かします。REQSをインキュベーターに収納し、制御された環境条件に対応します。
動物がこのインキュベーターで1時間麻酔から回復するのを待ってから、先に進みます。8時間を超えるアッセイでは、チューブの一端に非常にしっかりと取り付けられている食品を含むバイアルを使用することができます。順応期間が経過すると、デバイスの電源を入れて回転を開始します。
速度を4RPMなどの希望の速度に調整します。チューブが適切に配置されている場合、チューブが底面に接触しないようにしてください。一般的なアッセイでは、ソフトウェアを起動し、必要な時間(例えば、バイアルを食事なしで使用した場合の2時間など)の活性を記録するだけです。
開始すると、ソフトウェアは自動的にデータをテキストファイルに保存します。ソフトウェアでは、緑色の接続ライトは、ソフトウェアがデータを収集していることを示します。録音周波数は、[設定]タブで調整できます。
通常、5 分間隔が使用されます。アッセイ中は、動物があらゆる障害に非常に敏感であり、活動の増加とともに反応する可能性が高いため、インキュベーターを開かないでください。アッセイの最後に、ソフトウェアを閉じてデータ収集を終了し、REQSをオフにしてチューブを検査します。
運動期間中に発生した死亡者に注意してください。一般的に、2時間で4回転は健康な株にとって致命的ではありません。最後に、ハエに二酸化炭素を麻酔してバイアルを降ろします。
データファイルは、任意の統計パッケージで分析できます。すべてのポジションでアクティビティ スコアが 0 が記録される時点がある場合は、これらの時点で接続に切り欠きがありました。切り欠きが発生した場合は、回転するフォーンジャックにつながる接続をテープで安定させます。
遺伝的に異なる4つのショウジョウバエ系統を、記載されたプロトコルを用いてREQSでアッセイした。各グループは、100匹のハエを10本のバイアルに分割して構成した。平均活性は、4 RPM で実施された 2 時間のアッセイで 5 分間のビンで計算されました。
4つの遺伝子型すべての間の平均運動活動は有意に異なっていましたが、処女の雄と処女の雌のハエの間に有意差は見られなかったため、この分析ではそれらのデータを一緒に提示します。その開発後、この技術は、運動遺伝学の分野の研究者がショウジョウバエの様々な運動反応を探求し、動物の行動や生理学に対する運動の影響を研究する道を開きました。この手順に続いて、体組成分析、ストレステスト、フィットネステストなどの他の方法を使用して、動物に対する運動治療の影響に関する追加の質問に答えることができます。
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概要
回転運動量測定システム（REQS）は、回転によってショウジョウバエに運動を誘導し、その活動レベルを測定することを可能にします。このプロトコルは、回転運動を行うショウジョウバエの活動性を評価するための詳細なアプローチを提供します。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 運動生物学
- 行動分析
- 遺伝的経路
背景
- 異なる年齢層における運動反応の理解。
- 運動反応に影響を与える遺伝的経路の調査。
- 運動中のショウジョウバエの活動性のリアルタイム測定。
- 実験セットアップにおけるREQSの利用。
研究の目的
- 回転運動中のショウジョウバエの活動レベルを測定すること。
- 運動反応が年齢と遺伝学によってどのように変化するかを探ること。
- 研究者が研究を再現するためのプロトコルを提供すること。
使用された方法
- オスとメスのショウジョウバエの交配のセットアップ。
- 麻酔をかけた実験用ショウジョウバエをガラスの試料管に詰めること。
- ショウジョウバエの複数のバイアルから成る標準実験群。
- 回転運動中の活動のリアルタイムモニタリング。
主要な結果
- REQSを使用したショウジョウバエでの運動の成功的な誘導。
- ショウジョウバエの活動レベルに関するリアルタイムデータ収集。
- 運動反応の年齢関連の違いについての洞察。
- 運動行動に影響を与える遺伝的経路の特定。
結論
- REQSはショウジョウバエの運動生物学を研究するための貴重なツールです。
- リアルタイム測定は運動反応の理解を深めます。
- 今後の研究はこの方法論を基に遺伝的影響を探ることができます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Quantifying exercise-induced activity in Drosophila melanogaster using the Rotating Exercise Quantification System (REQS) enables precise measurement of behavioral phenotypes relevant to genetic and physiological studies. This capability supports early-stage target validation and mechanistic de-risking in discovery pipelines focused on exercise biology, metabolic regulation, and behavioral genetics. Standardized, quantitative outputs from REQS facilitate cross-strain and cross-condition comparisons, enhancing predictive confidence for translational research.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of genetic and physiological pathways underlying exercise response in a tractable model.
- Supports functional target validation by quantifying activity changes across genotypes, sexes, and experimental variables.
- Facilitates mechanistic de-risking by providing real-time, quantitative behavioral data.
- Improves predictive confidence for downstream studies by standardizing exercise exposure across groups.
Screening & Assay Development
- Prepares validated, reproducible behavioral assays for compound or genetic screening in Drosophila.
- Delivers quantitative, time-resolved activity data suitable for high-throughput analysis.
- Enables assay standardization and reproducibility across experimental runs and research teams.
- Supports scalable screening of modifiers of exercise-induced activity.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant phenotypes such as metabolic regulation and stress response when supported by downstream assays.
- Provides continuity from genetic discovery to preclinical validation in model organisms.
- Enables risk-adjusted advancement decisions by clarifying genotype-phenotype relationships.
- Supports predictive de-risking for translational biomarker development when integrated with additional endpoints.
Pipeline & Workflow Integration
The REQS method integrates into the early discovery continuum, bridging genetic manipulation, behavioral phenotyping, and preclinical model development in exercise biology and related fields.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by quantifying exercise-induced activity across genetic backgrounds.
- Screening: Provides assay-ready, reproducible behavioral outputs for compound or genetic modifier evaluation.
- Analytics: Generates quantitative, time-binned activity data for robust statistical comparison of experimental groups.
- Translational Research: Enables alignment with disease-relevant endpoints when combined with physiological or biomarker assays.
- Enterprise Reuse: Establishes a standardized, reusable platform for behavioral phenotyping in Drosophila research portfolios.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in early-stage target validation.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible, and scalable behavioral assays for cross-team use.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by clarifying genotype-phenotype relationships.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of genetic or pharmacological targets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in Drosophila handling, behavioral assay design, and statistical analysis.
- Needs access to the REQS instrument, compatible activity monitoring software, and controlled environmental conditions.
- Demands cross-team standardization of assay parameters and data analysis workflows.
- May require adaptation for different fly strains, ages, or experimental variables.
- Potential limitations include sensitivity to environmental disturbance and the need for robust data connection stability.
