여기에 설명된 프로토콜은 다른 다량 영양소 품질의 식단에 노출된 Drosophila 멜라노가스터 애벌레에 의해 정의된 시간 간격 내에 섭취되는 음식의 양을 정량화할 수 있도록 하는 프로토콜이다. 이 소는 신경 열유전학 스크린의 맥락에서 행해질 것입니다.
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여기에 설명된 프로토콜은 다른 다량 영양소 품질의 식단에 노출된 Drosophila 멜라노가스터 애벌레에 의해 정의된 시간 간격 내에 섭취되는 음식의 양을 정량화할 수 있도록 하는 프로토콜이다. 이 소는 신경 열유전학 스크린의 맥락에서 행해질 것입니다.
먹이를 주고 먹이를 주는 행동을 통해 동물은 개발, 건강 및 피트니스에 필수적인 에너지와 영양소의 원천에 접근할 수 있습니다. 이러한 행동의 신경 조절을 조사하는 것은 영양 항상성의 근본적인 생리적 및 분자 메커니즘의 이해를 위해 필수적입니다. 벌레, 파리 및 물고기와 같은 유전적 인 동물 모델의 사용은 이러한 유형의 연구를 크게 용이하게합니다. 지난 10 년 동안, 과일 플라이 Drosophila 멜라노가스터는 먹이와 위조 행동의 신경 제어를 조사하는 신경 생물학자에 의해 강력한 동물 모델로 사용되었습니다. 의심 할 여지없이 가치가 있지만, 대부분의 연구는 성인 파리를 검사합니다. 여기서, 우리는 애벌레가 그들의 단백질과 탄수화물 함량이 다른 규정식에 드러날 때 먹이 행동을 통제하는 신경 기질을 조사하기 위하여 간단한 애벌레 신경계를 이용하는 프로토콜을 기술합니다. 우리의 방법은 뉴런 열유전학 활성화 스크린의 맥락에서 수행되는 정량적 색색 무선택 공급 분석법을 기반으로 합니다. 판독으로, 1 시간 간격을 통해 애벌레에 의해 먹는 음식의 양은 탄수화물 (P:C) 비율에 그들의 단백질에서 다른 3개의 염료 표지 규정식 의 한에 드러낼 때 이용되었습니다. 이 프로토콜의 효능은 다른 다량 영양소 품질의 식단에서 먹는 음식의 양을 조절하는 후보 신경 인구를 식별함으로써, 애벌레 Drosophila에서신경 유전학 화면의 맥락에서 입증된다. 우리는 또한 표현형으로 시험된 유전자형을 분류하고 그룹화할 수 있었습니다. 문헌에서 현재 사용 가능한 방법에 대한 간략한 검토 외에도 이러한 방법의 장점과 제한 사항이 논의되고 이 프로토콜이 다른 특정 실험에 어떻게 적응할 수 있는지에 대한 몇 가지 제안이 제공됩니다.
모든 동물은 생존, 성장 및번식을위해 필요한 양의 영양소를 얻기 위해 균형 잡힌 식단에 의존합니다. 무엇을 얼마나 먹을지의 선택은 포만 수준과 같은 동물의 내부 상태와 관련된 다양한 상호 작용 요인및 식품 품질2,3,4,5와같은 환경 조건에 의해 영향을 받습니다. 단백질과 탄수화물은 두 가지 주요 다량 영양소이며 균형 잡힌 섭취는 동물의 생리적 과정을 유지하는 데 필수적입니다. 따라서, 먹이 행동을 통제하고 이러한 다량 영양소의 균형 잡힌 섭취를 유지하는 신경 메커니즘의 이해는 매우 관련이 있다. 이는 수명, 대변, 대사 건강 과 같은 생명력 특성이단백질 섭취량6,7,8,9,10의수준에 직접적으로 영향을 받고 있기 때문이다.
포유류를 포함한 복잡한 동물과 함께 진화적으로 보존된 먹이 습관을 나타내는 더 간단한 더 많은 기관 유기체의 사용은 이러한 유형의 연구에 필수적입니다. 중요한 것은, 이러한 간단한 동물 모델은 비용이 많이 드는, 윤리적, 기술적으로 더 효과적인 맥락에서 복잡한 생물학적 질문을 해부 할 수있는 좋은 기회를 제공합니다. 지난 수십 년 동안, Drosophila는강력한 유전 도구 키트, 복잡하고 고정관적인 행동 및 포유류와 말초 및 영양 감지 메커니즘의 보존 된 아키텍처를 통해 행동 신경 생물학자11을위한유익한 모델이되었습니다. 궁극적으로, 희망은 음식 섭취가 이 동물에서 어떻게 규제되는지 이해함으로써, 더 간단한 신경계로, 우리는 인간 섭식 장애의 근본적인 신경 오작동을 풀어 놓기 시작할 수 있다는 것입니다.
먹이 행동에 대 한 신경 기판의 연구는 그들의 신경 활동을 조작 하는 동안 동시에 동물의 음식 섭취를 측정 할 수 있는에 깊이 의존. 섭취하는 음식의 최소한의 양으로 인해 파리가 먹는 음식의 양을 정량화하는 것은 매우 어렵고 현재 사용 가능한 모든 방법은 상당한 한계를 제시합니다. 따라서, 금본위제는 상호 보완적인방법론(12)의조합을 사용하는 것입니다. 성인 파리는 역사적으로 유전 및 행동 모델로 선호되었습니다. 그럼에도 불구 하 고, Drosophila 애벌레, 또한 먹이 행동을 코딩 하는 신경 기판을 조사 하는 기회를 제공. 약 12,000개의 뉴런을 가진 애벌레 중추 신경계 (CNS)는 대략 150,000개의 뉴런을 포함하는 성인의 그것 보다는 현저하게 더 적게 복잡합니다. 이 낮은 복잡성은 수치뿐만 아니라 기능적입니다, 유라 행동은 간단한 기관차 기능과 감각 시스템에 의존하기 때문에. 그들의 신경계의 명백한 단순성에도 불구하고, 애벌레는 아직도 완전한 먹이 행동을 전시하고, Drosophila 애벌레에 있는 음식 섭취를 정량화하는 몇몇 방법은5,13,14,15를기술되었습니다. 신경 활동의 조작과 짝을 이면, Drosophila 애벌레는 음식 섭취의 신경 조절을 이해하기 위한 고도의 기관모형을 구성할 수 있습니다.
여기에 제공 된 다른 다량 영양소 품질의 다이어트에 노출 된 애벌레의 음식 섭취량을 정량화하는 상세한 프로토콜이 있습니다. 이른바 다량영양소 균형 식단은 단백질과 탄수화물 함량이 다르며, 특히 탄수화물(P:C) 비율에 대한 단백질과 관련하여 1:1(단백질이 풍부한 식단), 1:4(중간 식단), 1:16(단백질 가난한 식단)에 대해 도 1A에나타낸 바와 같이. 간단히 말해서, 청색 식품 염료로 염색한 이 3개의 동종 자당 효모(SY)를 사용하여 정량적 무선택 수유 분석이 설립되었습니다. 효모 추출물과 자당은 단백질 및 탄수화물 공급원으로 사용되었고, 둘 다 탄수화물을 함유하고 있기 때문에, P:C 비율의 변이는 이전에 설명된 바와 같이, 이 두 성분의 균형을 변경하여 얻어졌다16 및 도 1B에나타난 바와 같이. 주요 실험 단계를 보여주는 프로토콜의 회로도 개요는 그림 2에서사용할 수 있습니다.
이 프로토콜은 다른 P:C 비율의 규정식에 있는 애벌레 공급 수준의 규칙에 특정 신경 인구의 역할을 조사하고 열유전학 신경 스크린의 맥락에서 설치되었습니다. 잘 특징적인 신경유전학 적 도구는 과도 수용체 전위 (TRP) 제품군에서 사용되었다: 드로소필라 과도 수용체 잠재적 채널 (dTRPA1), 이는 온도 및 전압 게이트 양이온 채널입니다, 주변 온도가 25 ° C17이상 상승 할 때 행동 잠재력의 발사를 허용. dTRPA1 트랜스진을 표현하기 위해, 우리는 Janelia 연구 캠퍼스18,19에서플라이 라이트 프로젝트의 맥락에서 루빈 실험실에 설립 된 드로소필라 게놈에서 시스- 규제 영역을 기반으로 Gal4 라인을 이용했다.
여기서 설명된 프로토콜은 활성화 화면의 맥락에서 확립되었지만, dTRPA1의 대안으로, 온도에 민감한 뉴런 소음기 ShibireTS20을사용하여 억제 스크린을 수행하기 위해, 즉 다른 특정 요구 또는 관심사에 실험자가 쉽게 적응할 수 있다. 이 및 기타 적응은 프로토콜 및 토론 섹션에서 설명합니다.
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1. 자당 효모 (SY) 다이어트의 준비
2. 부모의 라인의 유전 십자가
참고: Gal4/UAS시스템(21)을 사용하여 유전적 십자가를 설정합니다. 본 프로토콜에서, 특정 신경 인구에서 신경 기능을 활성화하기 위해, UAS dTRPA1 선17의 여성 처녀가 사용되고 Janelia Gal4 라인(그림 2A)에서남성에게 교차하였다. 사용된 유전 제어는 dTRPA1 선과 루빈 Gal4 수집을 생성하는 데 사용되는 벡터에 Gal4를 운반하는 "빈 GAL4" 라인 사이의 십자가의 자손이지만 규제 조각이 존재하지 않는 (attP2)22. 신경 억제를 촉진하기 위해, DTRPA1 대신 ShibireTS20을 인코딩하는 UAS 라인을 사용할 수 있습니다.
3. 제3성 애벌레준비 (L3)
4. 열유전학 활성화 및 선택없는 수유 분석
참고: circadian 리듬과 관련된 가능한 변화를 최소화하기 위해 하루 중 거의 같은 시간에 수유 방법을 수행하는 것이 좋습니다. 또한 항상 제어 실험("빈 Gal4" 선의 자손은 UAS dTRPA1 및 "제로 염료 식품" 애벌레로 넘어간)을 관심 있는 유전자형과 병행하여 실행합니다.
5. 식품 염료 추출
6. 식품 소비의 색채 정량화
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Drosophila 애벌레는 과잉 탄수화물을 섭취하는 비용으로 단백질 섭취량을 조절23 (그림 2E의회로도 플롯). 실제로, 단백질 섭취량의 이러한 우선 순위는 다른 많은 동물에서 관찰되었으며24,25를활용하는 단백질이라고 불린다.
이 강력한 먹이 행동 반응을 활용, 행동 기반 화면 다량 영양소 균형에 관련 된 신경 인구를 식별 하기 위해 설계 되었습니다. DTRPA1을 이용한 L3(그룹당 10명)의 그룹이 광고 리비도를 1시간 동안, dTRPA1을 이용한 뉴런 열유전학 활성화 조건 하에서 특정 P:C 비율(1:1, 1:4및 1:4)을함유한 식품 염색 식단 3...
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이 프로토콜을 사용하면 특정 신경 인구의 열유전학 활성화하에서 유충의 능력을 테스트하여 단백질과 탄수화물의 섭취 수준을 조절할 수 있으며, 두 가지 주요 다량 영양소가 다른 P:C 조성물의 식단에 노출될 수 있습니다. 이 방법은 다른 다량 영양소 품질의 다이어트에 걸쳐 음식 섭취량의 제어와 관련된 신경 인구를 식별하는 것을 목표로 애벌레 예비 검진의 맥락에서 테스트되었다. 이 작품은 또한 Drosophila 애벌레가 영양 항상성에 관련 되 었던 먹이 행동의 신경 기초를 조사하기위한 귀중한 동물 모델임을 입증하는 데 기여합니다.
프로토콜의 메모로 제공되는 정보 외에도 몇 가지 중요한 측면에 대해 더 논의하고자 합니다. 모든 행동 분석에서와 마찬가지로, 동물 행동과 관련된 변이를 최소화하기 위해 실험자가 조치를 취해야 합니다. 하나는 염두에 두어야 할 매우 중요한 측면은 발달 동기화 된 동물을 얻는 것의 중요성과 관련이 있습니다. 발달 단계에서 잘 동기화되는 초기 L...
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저자는 공개 할 것이 없습니다.
이 프로토콜에 설명된 실험 장비의 일부에 대한 액세스를 제공한 Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC)에 감사드립니다. 이 작품은 포르투갈 과학기술재단(FCT), 리스보아-01-0145-FEDER-007660에 의해 지원되었다. PTDC/NEU-NMC/2459/2014, IF/00697/2014, 라 카이사 HR17-00595 ~ PMD, 호주 연구위원회 미래 펠로우십(FT170100259)이 CKM에 있습니다.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 1.5 mL 마이크로튜브 | Sarstedt AG & Co. | 72.690.001 | |
| 10xPBS | Nytech | MB18201 | |
| 2.0mL 마이크로튜브 | Sarstedt AG & Co. | 72.695.500 | |
| 60mm 페트리 접시 | Greiner Bio-one, 오스트리아 | 628161 | |
| 96웰 마이크로플레이트 | Santa Cruz Biotechnology | SC-204453 | |
| Agar | Pró-vida, 포르투갈 | ||
| 벤치 쿨러 | Nalgene, USA | Labtop Cooler 5115-0032 | |
| Blue food dye | Rayner, Billingshurst, UK | ||
| 세포 파괴 매체 | Scientific Industries, Inc. | 888-850-6208 | (0.5 mm 유리 구슬) |
| 접시 무게 보트 | 산타 크루즈 생명 공학 | SC-201606 | |
| 60mm 페트리 접시 용 배아 수집 케이지 | 플라이 스터프, 과학 실험실 용품, 영국 | FLY1212 (59-100) | |
| 페더급 집게 | BioQuip 제품, 미국 | 4750 | |
| 재고 유지 보수 | 를위한 플라이 식품1L 식품 내용물: 한천 10g, 효모 추출물 100g, 자당 50g, 니파진 30mL, 프로피온산 | ||
| 겸자 3mL #5 | Dumont | 0108-5-PS | 표준 팁, INOX, 11cm |
| 인큐베이터 | LMS Ltd, UK | Series 2, Model 230 | 열유전학적 섭식 분석용(30? C) |
| Incubator | Percival Scientific, 미국 | DR36NL | 유충 (19? C) |
| Janelia lines | Janelia Research Campus | 표 2의 상세 정보 | |
| 다량 영양소 균형 다이어트 | 구성 및 영양 정보 그림 1 | ||
| 메탄올 | VWR | CAS 번호 : 67-56-1 | |
| 니파진 (메틸 4- 하이드 록시 벤조 에이트) | Sigma-Aldrich | H5501 | |
| 니트릴 장갑 | VWR, USA | ||
| 냉장 원심분리기 | Eppendorf, Germany | 5804 R / 일련 번호: 5805CI364293 | |
| Rubin Gal4 ines | Janelia Research Campus | Bloomington Drosophila Stock Center에서 사용 가능 | |
| ShibireTS UAS 라인 | Bloomington Drosophila Stock Center | BDSC 번호: 66600 | Carlos Ribeiro Group |
| Soft brushes | 제공마취된 초파리 분류용 | ||
| 분광광도계 플레이트 리더 | Thermo Fisher Scientific | Multiskan Go 51119300 | |
| 실체 현미경 | Nikon | 1016625 | |
| Sucrose | Sidul, 포르투갈 | ||
| 세 번째 instar 유충(L3) 사육 다이어트 | 그림 1의 구성 및 영양 정보 | ||
| 타이머 | |||
| Tissue lyzer / bead beater | MP Biomedicals, USA | FastPrep-24 6004500 | |
| TRPA1 UAS 라인 | Bloomington Drosophila Stock Center | BDSC 번호: 26264 | UAS 제어 하에 TrpA1을 표현합니다. 25에서 실험적으로 뉴런을 활성화하는 데 사용할 수 있습니까? C |
| 수조 | Sheldon Manufacturing Inc., 미국 | W20M-2 / 03068308 / 9021195 | |
| 효모 추출물 | Pró-vida, 포르투갈 | 51% 단백질, 15% 탄수화물 |
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Figure 1: The sucrose-yeast (SY) diets used in our protocol. (A) The blue dots represent the isocaloric (248 calories/L) macronutrient balancing diets used in the feeding assay, which differ in the protein to carbohydrate (P:C) ratios: 1:1, 1:4 and 1:16. The beige dot represents the diet used to rear the experimental third-instar larvae (L3), which contained a P:C ratio of 1:2 and a caloric density of 495 calories/L. (B) Detailed composition and nutritional information of the sucrose-yeast (SY) based diets. The components are the same for all the diets: agar, sucrose and yeast. The amount in grams of the components needed to prepare 1 L of diet is shown. Note that 1% (v/v) of blue dye must be added to the macronutrient balancing diets and to the L3 rearing diet nipagin and propionic acid solutions must be added to a final concentration (v/v) of 3% and 0.3%, respectively. Please click here to view a larger version of this figure.
to:

Figure 1: The sucrose-yeast (SY) diets used in our protocol. (A) The blue dots represent the isocaloric (248 calories/L) macronutrient balancing diets used in the feeding assay, which differ in the protein to carbohydrate (P:C) ratios: 1:1, 1:4 and 1:16. The beige dot represents the diet used to rear the experimental third-instar larvae (L3), which contained a P:C ratio of 1:2 and a caloric density of 495 calories/L. (B) Detailed composition and nutritional information of the sucrose-yeast (SY) based diets. The components are the same for all the diets: agar, sucrose and yeast. The amount in grams of the components needed to prepare 1 L of diet is shown. Note that 1% (v/v) of blue dye must be added to the macronutrient balancing diets and to the L3 rearing diet nipagin and propionic acid solutions must be added to a final concentration (v/v) of 3% and 0.3%, respectively. Please click here to view a larger version of this figure.