ड्रोसोफिला मेलानोगास्टर का उपयोग करके उम्र से संबंधित नींद विकारों के लिए उच्च-थ्रूपुट छोटे अणु दवा स्क्रीनिंग
Summary
प्रस्तुत एक बुजुर्ग ड्रोसोफिला मॉडल में फल मक्खियों के नींद व्यवहार की निगरानी करके नींद में सुधार करने के लिए उच्च-थ्रूपुट दवा स्क्रीनिंग के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया गया है।
Abstract
नींद, स्वास्थ्य और समग्र कल्याण का एक आवश्यक घटक, अक्सर पुराने व्यक्तियों के लिए चुनौतियां प्रस्तुत करता है जो अक्सर कम नींद की अवधि और खंडित पैटर्न की विशेषता वाले नींद विकारों का अनुभव करते हैं। ये नींद व्यवधान मधुमेह, हृदय रोगों और मनोवैज्ञानिक विकारों सहित बुजुर्गों में विभिन्न बीमारियों के बढ़ते जोखिम के साथ भी सहसंबंधित हैं। दुर्भाग्य से, नींद विकारों के लिए मौजूदा दवाएं संज्ञानात्मक हानि और लत जैसे महत्वपूर्ण दुष्प्रभावों से जुड़ी हैं। नतीजतन, नई, सुरक्षित और अधिक प्रभावी नींद विकार दवाओं के विकास की तत्काल आवश्यकता है। हालांकि, वर्तमान दवा स्क्रीनिंग विधियों की उच्च लागत और लंबी प्रयोगात्मक अवधि सीमित कारक बनी हुई है।
यह प्रोटोकॉल एक लागत प्रभावी और उच्च-थ्रूपुट स्क्रीनिंग विधि का वर्णन करता है जो ड्रोसोफिला मेलानोगास्टर का उपयोग करता है, स्तनधारियों की तुलना में अत्यधिक संरक्षित नींद विनियमन तंत्र वाली एक प्रजाति, जो इसे बुजुर्गों में नींद विकारों का अध्ययन करने के लिए एक आदर्श मॉडल बनाती है। वृद्ध मक्खियों को विभिन्न छोटे यौगिकों को प्रशासित करके, हम नींद विकारों पर उनके प्रभावों का आकलन कर सकते हैं। इन मक्खियों के नींद के व्यवहार को एक अवरक्त निगरानी उपकरण का उपयोग करके दर्ज किया जाता है और ओपन-सोर्स डेटा पैकेज स्लीप एंड सर्कैडियन एनालिसिस मैटलैब प्रोग्राम 2020 (SCAMP2020) के साथ विश्लेषण किया जाता है। यह प्रोटोकॉल नींद विनियमन के लिए कम लागत वाली, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य और कुशल स्क्रीनिंग दृष्टिकोण प्रदान करता है। फल मक्खियां, उनके छोटे जीवन चक्र, कम पशुपालन लागत और हैंडलिंग में आसानी के कारण, इस विधि के लिए उत्कृष्ट विषयों के रूप में काम करती हैं। एक उदाहरण के रूप में, परीक्षण की गई दवाओं में से एक रेसेरपिन ने बुजुर्ग मक्खियों में नींद की अवधि को बढ़ावा देने की क्षमता का प्रदर्शन किया, इस प्रोटोकॉल की प्रभावशीलता पर प्रकाश डाला।
Introduction
नींद, मानव अस्तित्व के लिए आवश्यक आवश्यक व्यवहारों में से एक, दो मुख्य अवस्थाओं की विशेषता है: रैपिड आई मूवमेंट (आरईएम) नींद और गैर-रैपिड आई मूवमेंट (एनआरईएम) नींद1। एनआरईएम नींद में तीन चरण शामिल हैं: एन 1 (जागने और नींद के बीच संक्रमण), एन 2 (हल्की नींद), और एन 3 (गहरी नींद, धीमी तरंग नींद), जागने सेगहरी नींद तक प्रगति का प्रतिनिधित्व करता है। नींद शारीरिक औरमानसिक स्वास्थ्य दोनों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। हालांकि, उम्र बढ़ने से कुल नींद की अवधि, नींद दक्षता, धीमी-तरंग नींद प्रतिशत और वयस्कों में आरईएम नींद प्रतिशतकम हो जाता है। वृद्ध व्यक्ति धीमी-तरंग नींद की तुलना में हल्की नींद में अधिक समय बिताते हैं, जिससे वे निशाचर जागृति के प्रति अधिक संवेदनशील हो जाते हैं। जैसे-जैसे जागृति की संख्या बढ़ती है, औसत नींद का समय कम हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप बुजुर्गों में एक खंडित नींद पैटर्न होता है,जो चूहों में एचसीआरटी न्यूरॉन्स के अत्यधिक उत्तेजना से जुड़ा हो सकता है। इसके अतिरिक्त, सर्कैडियन तंत्र में उम्र से संबंधित गिरावट नींद की अवधि 5,6 में पहले बदलाव में योगदान करती है। शारीरिक बीमारी, मनोवैज्ञानिक तनाव, पर्यावरणीय कारकों और दवा के उपयोग के संयोजन में, ये कारक पुराने वयस्कों को नींद विकारों के लिए अधिक संवेदनशील बनाते हैं, जैसे अनिद्रा, आरईएम नींद व्यवहार विकार, नार्कोलेप्सी, आवधिक पैर आंदोलनों, बेचैन पैर सिंड्रोम, और नींद-अव्यवस्थित श्वास 7,8।
महामारी विज्ञान के अध्ययनों से पता चला है कि नींद संबंधी विकार बुजुर्गों में पुरानी बीमारियों से निकटता से जुड़े हुए हैं9, जिसमें अवसाद10, हृदय रोग 11 और मनोभ्रंश12 शामिल हैं। नींद विकारों को संबोधित करना पुरानी बीमारियों में सुधार और उपचार और पुराने वयस्कों के लिए जीवन की गुणवत्ता को बढ़ाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। वर्तमान में, रोगी मुख्य रूप से नींदकी गुणवत्ता बढ़ाने के लिए बेंजोडायजेपाइन, गैर-बेंजोडायजेपाइन और मेलाटोनिन रिसेप्टर एगोनिस्ट जैसी दवाओं पर भरोसा करते हैं। हालांकि, बेंजोडायजेपाइन लंबे समय तक उपयोग के बाद रिसेप्टर्स और निर्भरता के डाउनरेग्यूलेशन का कारण बन सकता है, जिससे14,15 को बंद करने पर गंभीर वापसी के लक्षण हो सकते हैं। गैर-बेंजोडायजेपाइन दवाएं भी जोखिम उठाती हैं, जिनमें मनोभ्रंश 16, फ्रैक्चर17 और कैंसर18 शामिल हैं। आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला मेलाटोनिन रिसेप्टर एगोनिस्ट, रैमेल्टन, नींद की विलंबता को कम करता है लेकिन नींद की अवधि में वृद्धि नहीं करता है और व्यापक प्रथम-पास उन्मूलन19 के कारण यकृत समारोह से संबंधित चिंताएं हैं। एगोमेलैटिन, एक मेलाटोनिन रिसेप्टर एगोनिस्ट और सेरोटोनिन रिसेप्टर विरोधी, अवसाद से संबंधित अनिद्रा में सुधार करता है लेकिनयकृत क्षति का खतरा भी पैदा करता है। नतीजतन, नींद विकारों के इलाज या कम करने के लिए सुरक्षित दवाओं की तत्काल आवश्यकता है। हालांकि, स्वचालित प्रणालियों और कंप्यूटर विश्लेषण के साथ संयुक्त आणविक और सेलुलर प्रयोगों के आधार पर वर्तमान दवा स्क्रीनिंग रणनीतियाँ महंगी और समय लेने वालीहैं। रिसेप्टर संरचना और गुणों पर निर्भर संरचना-आधारित दवा डिजाइन रणनीतियों को रिसेप्टर त्रि-आयामी संरचना की स्पष्ट समझ की आवश्यकता होती है और दवा प्रभाव ों के लिए पूर्वानुमान क्षमताओं की कमीहोती है।
2000 में, 1984 23 में कैंपबेल और टॉबलर द्वारा प्रस्तावित नींद के मानदंडों के आधार पर, शोधकर्ताओं ने ड्रोसोफिला मेलानोगास्टर सहित नींद 24 का अध्ययन करने के लिए सरल पशु मॉडल स्थापित किए, जिसमें नींद जैसी स्थिति25,26 प्रदर्शित की गई। ड्रोसोफिला और मनुष्यों के बीच शारीरिक अंतर के बावजूद, ड्रोसोफिला में नींद को विनियमित करने वाले कई न्यूरोकेमिकल घटक और सिग्नलिंग मार्ग स्तनधारी नींद में संरक्षित हैं, जिससे मानवन्यूरोलॉजिकल रोगों के अध्ययन की सुविधा मिलती है। ड्रोसोफिला का उपयोग सर्कैडियन लय अध्ययन में भी बड़े पैमाने पर किया जाता है, मक्खियों और स्तनधारियों के बीच कोर ऑसिलेटर में अंतर के बावजूद 29,30,31। इसलिए, ड्रोसोफिला नींद के व्यवहार का अध्ययन करने और नींद से संबंधित दवा स्क्रीनिंग का संचालन करने के लिए एक मूल्यवान मॉडल जीव के रूप में कार्य करता है।
यह अध्ययन वृद्ध मक्खियों का उपयोग करके नींद विकारों के इलाज के लिए छोटे-अणु दवाओं की स्क्रीनिंग के लिए एक लागत प्रभावी और सरल फेनोटाइप-आधारित दृष्टिकोण का प्रस्ताव करता है। ड्रोसोफिला में नींद विनियमनअत्यधिक संरक्षित है, और उम्र के साथ देखी गई नींद में गिरावट दवा प्रशासन के माध्यम से प्रतिवर्ती हो सकती है। इस प्रकार, यह नींद फेनोटाइप-आधारित स्क्रीनिंग विधि सहज रूप से दवा प्रभावकारिता को प्रतिबिंबित कर सकती है। हम जांच और भोजन के तहत दवा के मिश्रण के साथ मक्खियों को खिलाते हैं, ड्रोसोफिला गतिविधि मॉनिटर (डीएएम) 32 का उपयोग करके नींद के व्यवहार की निगरानी और रिकॉर्ड करते हैं, और मैटलैब (चित्रा 1) में ओपन-सोर्स SCAMP2020 डेटा पैकेज का उपयोग करके अधिग्रहित डेटा का विश्लेषण करते हैं। सांख्यिकीय विश्लेषण सांख्यिकी और ग्राफिंग सॉफ्टवेयर का उपयोग करके किया जाता है ( सामग्री की तालिका देखें)। एक उदाहरण के रूप में, हम रेसेरपिन पर प्रयोगात्मक डेटा प्रस्तुत करके इस प्रोटोकॉल की प्रभावशीलता का प्रदर्शन करते हैं, जो वेसिकुलर मोनोमाइन ट्रांसपोर्टर का एक छोटा-अणु अवरोधक है जो नींदको बढ़ाने के लिए रिपोर्ट किया गया है। यह प्रोटोकॉल उम्र से संबंधित नींद की समस्याओं के इलाज के लिए दवाओं की पहचान करने के लिए एक मूल्यवान दृष्टिकोण प्रदान करता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
वर्णित विधि तेजी से छोटे और मध्यम आकार की नींद की दवाओं की जांच के लिए उपयुक्त है। वर्तमान में, अधिकांश मुख्यधारा के उच्च-थ्रूपुट दवा स्क्रीनिंग विधियां जैव रासायनिक और सेलुलर स्तरों पर आधारित हैं। उद…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम प्रोफेसर जुन्हाई हान के प्रयोगशाला सदस्यों को उनकी चर्चा और टिप्पणियों के लिए धन्यवाद देते हैं। इस काम को वाई.टी. के 32170970 चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन और जियांग्सू प्रांत के “साइनिन ब्लू प्रोजेक्ट” द्वारा जेडसीजेड द्वारा समर्थित किया गया था।
Materials
| Ager | BIOFROXX | 8211KG001 | |
| Artificial Climate Box | PRANDT | PRX-1000A | official website:https://www.nbplt17.com/PLTXBS-Products-20643427/ |
| DAM2 Drosophila Activity Monitor | TriKineics | DAM2 | official website:https://www.trikinetics.com/ |
| DAM2system | TriKineics | version:v3.03 | official website:https://www.trikinetics.com/ |
| DAMFileScan | TriKineics | version:1.0.7.0 | official website:https://www.trikinetics.com/ |
| Dimethyl Sulfoxide | SIGMA | 276855 | |
| Drosophila Activity Monitoring Incubator | Tritech Research | DT2-CIRC-TK | official website:https://www.tritechresearch.com/DT2-CIRC-TK.html |
| Drosophila Bottles | Biologix | 51-17720 | official website:http://biologixgroup.com/goods.php?id=48 |
| Drosophila: w1118 | Bloomington Drosophila Stock Center | BDSC_3605 | |
| Excel | Microsoft | version:Excel 2016 | official website:https://www.microsoftstore.com.cn/software/office/excel |
| Glass tubes | TriKinetics | PPT5x65 | official website:https://www.trikinetics.com/ |
| MATLABR2022b | MathWorks | version:9.13.0.2049777 | official website:https://ww2.mathworks.cn/products/matlab.html |
| Prism | GraphPad | Version:Prism 8.0.1 | official website:https://www.graphpad.com/features |
| Reserpine | MACKLIN | R817202-1g | |
| Saccharose | SIGMA | 1245GR500 | |
| SCAMP | Vecsey Lab | N/A | official website:https://academics.skidmore.edu/blogs/cvecsey/ |
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