$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Alle dieren zijn afhankelijk van een uitgebalanceerd dieet om de nodige hoeveelheden voedingsstoffen te verkrijgen voor overleving, groei en voortplanting1. De keuze van wat en hoeveel te eten wordt beïnvloed door een veelheid aan interactiefactoren die verband houden met de interne toestand van het dier, zoals het verzadigingsniveau en omgevingsomstandigheden, zoals voedselkwaliteit2,3,4,5. Eiwitten en koolhydraten zijn twee belangrijke macronutriënten en de evenwichtige inname ervan is essentieel om de fysiologische processen van dieren te ondersteunen. Daarom is het begrip van de neurale mechanismen die het voedingsgedrag controleren en een evenwichtige inname van deze macronutriënten ondersteunen uiterst relevant. Dit komt omdat levensgeschiedeniskenmerken zoals levensduur, vruchtbaarheid en metabole gezondheid direct worden beïnvloed door de niveaus van eiwitinname6,7,8,9,10.
Het gebruik van eenvoudigere meer tracteerbare organismen die evolutionair geconserveerde voedingsgewoonten vertonen bij complexe dieren, waaronder zoogdieren, is essentieel voor dit soort studies. Belangrijk is dat deze eenvoudigere diermodellen een goede gelegenheid bieden om complexe biologische vragen te ontleden in een dure, ethische en technisch effectievere context. In de afgelopen decennia is Drosophila, met zijn krachtige genetische toolkit, ingewikkeld en stereotiep gedrag en geconserveerde architectuur van perifere en nutriëntendetectiemechanismen met zoogdieren, een vruchtbaar model geweest voor gedragsneurobiologen11. Uiteindelijk is de hoop dat door te begrijpen hoe voedselinname bij dit dier wordt gereguleerd, met een eenvoudiger zenuwstelsel, we dan kunnen beginnen met het ontwarren van neuronale storingen die ten grondslag liggen aan menselijke eetstoornissen.
De studie van neuronale substraten voor voedingsgedrag is sterk afhankelijk van het tegelijkertijd kunnen meten van de voedselinname van dieren terwijl ze hun neuronale activiteit manipuleren. Vanwege de minimale hoeveelheden voedsel die worden ingenomen, is het kwantificeren van de hoeveelheid voedsel die door vliegen wordt gegeten uiterst uitdagend en alle methoden die momenteel beschikbaar zijn, vertonen aanzienlijke beperkingen. De gouden standaard is dus het gebruik van een combinatie van complementaire methodologieën12. Volwassen vliegen zijn historisch begunstigd als een genetisch en gedragsmodel. Niettemin bieden Drosophila-larven ook mogelijkheden om neuronale substraten te onderzoeken die coderen voor voedingsgedrag. Het larvale centrale zenuwstelsel (CZS), met ongeveer 12.000 neuronen, is aanzienlijk minder complex dan dat van de volwassene, die ongeveer 150.000 neuronen bevat. Deze lagere complexiteit is niet alleen numeriek, maar ook functioneel, omdat larvaal gedrag afhankelijk is van eenvoudigere locomotieffuncties en sensorische systemen. Ondanks de schijnbare eenvoud van hun zenuwstelsel vertonen larven nog steeds volledig voedingsgedrag, en sommige methoden om voedselinname in Drosophila-larven te kwantificeren zijn beschreven5,13,14,15. Door te paren met manipulaties van neuronale activiteit, kunnen Drosophila-larven een zeer tracteerbaar model vormen voor het begrijpen van de neurale regulatie van voedselinname.
Hier is een gedetailleerd protocol beschikbaar om de voedselinname te kwantificeren bij larven die worden blootgesteld aan diëten van verschillende macronutriëntenkwaliteit. De diëten, zogenaamde macronutriëntenbalanceringsdiëten, verschilden in de eiwit- en koolhydrateninhoud, met name met betrekking tot de eiwit-koolhydraatverhoudingen (P:C): 1:1 (eiwitrijk dieet), 1:4 (tussendieet) en 1:16 (eiwitarm dieet), zoals weergegeven in figuur 1A. Kortom, een kwantitatieve no-choice voedingstest werd vastgesteld met behulp van deze drie isocalorische sucrose-gist (SY) gebaseerde diëten geverfd met een blauwe voedselkleurstof. Omdat gistextract en sacharose werden gebruikt als eiwit- en koolhydraatbronnen en beide koolhydraten bevatten, werd variatie in de P:C-verhoudingen verkregen door de balans van deze twee componenten te veranderen, zoals eerder beschreven16 en zoals aangegeven in figuur 1B. Een schematisch overzicht van het protocol, met de belangrijkste experimentele stappen, is beschikbaar in figuur 2.
Dit protocol is opgesteld met als doel de rol van specifieke neuronale populaties te onderzoeken op de regulering van larvale voedingsniveaus in diëten met verschillende P:C-verhoudingen en in de context van een thermogenetisch neuronaal scherm. Een goed gekarakteriseerd neurogenetisch hulpmiddel werd gebruikt uit de Transient Receptor Potential (TRP) familie: Drosophila Transient Receptor Potential channel (dTRPA1), een temperatuur- en spanningsge gated cation kanaal, waardoor het afvuren van actiepotentiaal wanneer de omgevingstemperatuur boven 25 °C17stijgt. Om de dTRPA1 transgene uit te drukken, hebben we gebruik gemaakt van de Gal4-lijnen op basis van cis-regulerenderegio's uit het Drosophila-genoom, gevestigd in het Rubin-laboratorium, in het kader van het FlyLight-project op Janelia Research Campus18,19.
Hoewel het protocol, hier beschreven, is vastgesteld in de context van een activeringsscherm, kan het door de experimenteerder gemakkelijk worden aangepast aan andere specifieke behoeften of interesses, namelijk om een onderdrukkingsscherm uit te voeren met behulp van de temperatuurgevoelige neuronale geluiddemper ShibireTS20, in alternatief voor dTRPA1. Deze en andere aanpassingen worden besproken in de protocol- en discussiesecties.