Metoda obliczeniowa do ilościowego określania aktywności okołodobowej much

Summary

Przedstawiono metodę ilościowego określania głównych cech czasowych obserwowanych w rytmach okołomotorycznych much. Kwantyfikacja jest osiągana poprzez dopasowanie aktywności muchy do wieloparametrycznego kształtu fali modelowej. Parametry modelu opisują kształt i wielkość porannych i wieczornych szczytów dziennej aktywności.

Abstract

U większości zwierząt i roślin, zegary okołodobowe koordynują procesy behawioralne i molekularne oraz synchronizują je z codziennym cyklem światło-ciemność. Podstawowe mechanizmy, które leżą u podstaw tej czasowej kontroli, są szeroko badane na przykładzie muszki owocowej Drosophila melanogaster jako organizmu modelowego. U much zegar jest zwykle badany poprzez analizę wielodniowego zapisu lokomotorycznego. Takie nagranie pokazuje złożony wzorzec bimodalny z dwoma szczytami aktywności: porannym szczytem, który ma miejsce około świtu, i wieczornym szczytem, który ma miejsce o zmierzchu. Te dwa piki razem tworzą kształt fali, który bardzo różni się od sinusoidalnych oscylacji obserwowanych w genach zegara, co sugeruje, że mechanizmy oprócz zegara mają głęboki wpływ na tworzenie obserwowanych wzorców w danych behawioralnych. W tym miejscu podajemy instrukcje dotyczące korzystania z niedawno opracowanej metody obliczeniowej, która matematycznie opisuje wzorce czasowe w aktywności much. Metoda dopasowuje dane dotyczące aktywności do modelowego kształtu fali, który składa się z czterech wyrazów wykładniczych i dziewięciu niezależnych parametrów, które w pełni opisują kształt i wielkość porannych i wieczornych szczytów aktywności. Wyodrębnione parametry mogą pomóc w wyjaśnieniu mechanizmów kinetycznych substratów, które leżą u podstaw powszechnie obserwowanych wzorców aktywności bimodalnej w rytmach lokomotorycznych much.

Introduction

Zegar okołodobowy jest endogennym oscylatorem biochemicznym o okresie około 24 godzin i jest prawie wszechobecny u zwierząt i roślin^1,2. Zegar pomaga zsynchronizować wewnętrzne procesy i zachowanie organizmu z zewnętrznym cyklem ciemności światła. Struktura genetyczna zegara okołodobowego jest szeroko badana od lat sześćdziesiątych XX wieku przy użyciu muszki owocowej D. melanogaster. U tego owada rdzeń zegara okołodobowego składa się z czterech białek: PERIOD, TIMELESS, CLOCK i CYCLE. Te podstawowe składniki wraz z innymi cząsteczkami tworzą pętlę sprzężenia zwrotnego, która wytwarza prawie sinusoida....

Protocol

1. Pomiar lokomocji much za pomocą monitora aktywności Drosophila (DAM)

UWAGA: Aby uzyskać więcej informacji, zobacz reference⁵.

1. Przygotuj pojedyncze rurki na muchy z jedzeniem na jednym końcu i bawełną z drugiej. Koniec z jedzeniem powinien być szczelnie zamknięty, aby zapobiec wysychaniu żywności.
   1. Umieść 5-6 g pokarmu na muchy w zlewce o pojemności 50 ml. Pokrój jedzenie na małe kawałki, aby łatwiej było je stopić.
   2. Połącz 32 pojedyncze szklane rurki za pomocą gumowej opaski.
   3. Rozpuść żywność w zlewce, podgrzewając ją w kuchence mikrofalowej przez 10-15 s. Zatrzymaj kuche....

Results

Przedstawiona tutaj metoda pozwala na ilościowe określenie głównych cech wzorca lokomocji much. Kwantyfikacja jest osiągana przez dopasowanie danych dotyczących aktywności do modelu, który składa się z czterech składników wykładniczych:

Model ma dziewięć niezależnych parametrów, które opisują wzorzec akt.......

Discussion

W niniejszej pracy przedstawiono instrukcje dotyczące korzystania z narzędzia obliczeniowego, które dostarcza ilościowego opisu wzorca lokomocji much. Narzędzie dopasowuje dane dotyczące lokomocji do modelu matematycznego składającego się z czterech wyrazów wykładniczych, które razem opisują kształt i rozmiar pików M i E. Ostateczne wartości parametrów modelu uzyskuje się poprzez dopasowanie widm mocy danych, gdzie użycie surowych danych może uniknąć artefaktów, które grupowanie lub filtrowanie danych może nałożyć na war.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Drosophila Activity Monitor	TriKinetics	DAM2, DAM5	Mierzy locootion much za pomocą pojedynczej wiązki podczerwieni
MatLab	Mathworks		Środowisko obliczeniowe i język programowania, MatLab powinien zawierać zestawy narzędzi do optymalizacji i matematyki symbolicznej
Drosophila melanogaster		per[S], per[L], iso31(typ dziki)	Naszą analizę można przeprowadzić na mutantach much w dowolnym okresie okołodobowym