果蝇的耐力训练协议和纵向性能检测

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我们描述了一个重要的遗传模型物种的耐力训练协议,

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Tinkerhess, M. J., Ginzberg, S., Piazza, N., Wessells, R. J. Endurance Training Protocol and Longitudinal Performance Assays for Drosophila melanogaster. J. Vis. Exp. (61), e3786, doi:10.3791/3786 (2012).

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Abstract

现代医学研究人员面临的最紧迫问题之一是肥胖的涌动的水平,与相 ​​关疾病,如糖 ​​尿病和心血管疾病的1-3也随之增加。这些相关的健康问题研究的一个重要课题涉及的耐力运动作为一个有益的干预作用。

运动训练是一种廉价的,非侵入性干预与一些有益的结果,包括减少体内多余的脂肪4,增加5骨骼肌对胰岛素的敏感性,增加抗发炎和抗氧化反应,改善心肌的收缩能力7。低强度的运动被称为PGC1-α转录激活增加人类和小鼠的线粒体活性和合成,作为一项重要的中间9,10。

despiTE运动作为打击的几个重要的年龄有关的疾病的工具的重要性,广泛的纵向遗传研究已经阻碍了一个短暂的遗传模型物种缺乏耐力训练协议。与果蝇的遗传工具,连同其寿命短和低廉的维修,品种,使其吸引力模型为进一步研究这些基因的机制。考虑到这一点,我们已经开发一种新型的仪器,称为电力塔,大型运动训练果蝇 11。电力塔采用的苍蝇“本能的负面geotaxis行为重复诱发快速登山。每次机升降机,然后下降,苍蝇的平台,苍蝇诱导攀升。苍蝇继续响应只要机器在操作或直到他们变得过于疲劳回应。因此,研究人员可以使用这台机器提供Simultaneous培训大批年龄相匹配的基因完全相同的苍蝇。此外,我们描述了有益的跟踪培训期间飞同伙的纵向进展的相关实验。

Protocol

1。电力塔的安装和操作

  1. 电力塔被放置在一块长方形的胶合板被钳制表。 4.5齿轮电机转速从格兰杰在于四个2“5233”板和胶合板1¾英寸之上。电机,交流/直流调速,保险丝,开关/连接在一起到契机框。
  2. 冷却电机,切成一个洞直径3英寸的垂直半英寸的一块胶合板。一方面,一个3英寸的风扇连接到胶合板,另一方面,3英寸直径的金属圆柱连接。
  3. 一个特制的旋转手臂上月底安装滚筒连接到电机。电机和连接手臂以顺时针方向旋转,推向下弯曲¾英寸的方形管股票,与门的铰链连接到胶合板的一面。车轮连接到管库存低于平台的顶面,使其能够推出针对的平台,是DIRectly以上。
  4. 手臂推管股票的一端,举起另一端,提高两级平台(图1D)。当手臂上辊清除管股票,它可以让手臂回到起始位置,放弃平台回落(图1F)。
  5. 该平台包括胶合板上,并迷上了钉眼上的绳索固定放置的机架。该平台上下滑动沿抽屉滑块连接到胶合板用括号。
  6. 样品瓶放置到机架上,并获得由方格屏幕,在绳索的地方举行。
  7. 一个泡沫塑料垫放在下面的平台,以抑制下降的冲击。
  8. 电机功率调整这样一个完整的自转周期是15秒之久。

2。演习协议

  1. 苍蝇被安置在25℃孵化湿度50%和12小时的光/ DARK周期。在25°C的温度控制室内进行的运动训练和运动能力的评估。
  2. 苍蝇收集和年龄相匹配的,对方在1-2天。至少需要耐力和的负面geotaxis(攀岩)的能力,两个反映运动训练效果的生理指标的纵向监测的240苍蝇。纵向监测,可以为每个队列的初始值的相对变化诱导的隔离,没有与同伙变化的影响因子。应收集需要额外的实验中的苍蝇。
  3. 采集后,苍蝇分为120实验的苍蝇,这将受到运动处方,120个控制苍蝇,这将不获行使。苍蝇苍蝇每个存储20瓶。实验苍蝇的小瓶插入苍蝇软SPO插入公司纤维素醋酸Flugs的控制瓶(未行使)的NGE瓶塞,可以下推固定,而在电力塔上的苍蝇。海绵用于固定,因为它的自适应大小,允许容易放置小瓶底部附近。柔软的海绵材料也减少了更加坚实的Flugs所造成的伤害。
  4. 电力塔上的苍蝇都存储在小瓶含有5毫升的食品,它提供了比空药瓶行使的苍蝇软着陆行使。食物通常是由蔗糖10%,10%的酵母,水和2%琼脂,虽然我们没有观察苍蝇在一堂训练课的过程中经常吃。如果在训练过程中使用的空药瓶,遭受伤害的苍蝇的比例大大增加。
  5. 电力塔操作温度控制的房间保持在25°C。实验苍蝇放在电力塔和攀登。控制苍蝇也被放置在电塔,但海绵塞暴射d往下到小瓶约3毫米以上的苍蝇,以限制运动。这个小组作为一个控制电力塔无关行使任何影响。虽然这些苍蝇仍然存在一些空间机动,我们已多次指出,苍蝇在这些条件下运​​行的很少,没有展示出一种生理反应,以行使。这也可能是可取的,包括一个额外的控制组,不放置在电力塔上的。
  6. 苍蝇行使连续5天每星期利用一个倾斜的时间表(图2)。苍蝇在本周一的行使为2.5小时,每节2小时,每节,本周二,每周3小时,每节三。虽然已经过测试,其他方案,这个协议产生不同基因型和不同条件下的一致的结果。然而,该协议是受到多种可能的变化,可能适合一个特定的实验。
  1. 在耐力运动疲劳的时间,以确认和/或定量某一世代的运动能力,是一个有益的生理指标。纵向上同伙将用于培训实验,可以进行疲劳检测。检测可进行训练之前,完成后的培训协议,或两者兼而有之。可以添加其他中间的时间点,如果图表循序渐进的训练期间所需。疲劳试验,也可以用来衡量运动耐力,比培训协议,如饮食习惯的改变(图3B),其他治疗的反应。
  2. 每天训练时不发生,应进行疲劳检测。两个实验组和对照苍蝇放在电力塔,每组20瓶和爬直到疲倦。登山是回应负geotaxis刺激未能被确认为疲劳havior。目测取得疲劳行为。
  3. 一小瓶的苍蝇被认为是“审美疲劳”时,5个或更少的苍蝇是能够连续四年下降爬上高于2英寸。疲劳小瓶从电塔被删除,而它仍然经营,搬迁的时间记录。搬迁的时间可以绘制作为嵌套直方图,或作为“故障时间”的阴谋。例如数据绘制成“故障时间”的情节,如图3B所示。
  4. 样品瓶监测最多为10小时10分钟的时间间隔(图3B)。

4。锻炼,年龄和运动能力

  1. 由于本次培训协议依赖引起的运行行为,主要检测了定量的训练效果是纵向衡量在培训期间的平均运行速度的变化。在培训过程中,行使及未行使的苍蝇120飞的同伙,每天测试他们的反应负geotaxis小号timulus。环技术加尔加诺等。 (2005)是用于测量果蝇的爬坡能力12。简单地说,这一技术措施,平均身高一小瓶苍蝇爬上定义期间诱导负geotaxis后的时间。在规定的时间攀升的高度相当于爬的速度。测量之前进行日常训练,以避免疲劳一天的运行后并发症的机器上放置苍蝇。
  2. 苍蝇在我们的标准协议,行使共有三个星期,爬坡能力强,为五周总:三个星期后停止运动,在运动训练两个星期检查(图2)。这允许实验者图表是否行使对流动性的影响后,坚持戒烟的计划。
  3. 每个队列的日常环性能的四个照片用于爬坡能力分析。六瓶是包含在每一张照片。负Geotaxis被诱导,并采用定时相机,照片拍摄后几秒钟。我们通常使用两秒钟,虽然这取决于实验条件,可以是多种多样的。对于每一张照片,每小瓶分为四个象限的高度相等,是用来给每个飞得分的基础上象限,它在规定的时间内达到和图像处理软件。爬上顶层象限得到4分,苍蝇飞在未来的最高象限接收3,飞行中的第二个最高象限获得2,苍蝇在最低的象限接收1。苍蝇不爬在所有的底部给出了0分。
  4. 对于每一个给定的照片小瓶,“攀登指数”所产生的小瓶中,所有果蝇的平均分数。然后平均每个小瓶的指数从四张照片给了这一天的最后攀登指数。
  5. 所有负geotaxis实验进行纵dinally。为了减少队列变化的影响,在爬坡能力和突出的世代的攀岩运动训练的结果的能力相对纵向变化的结果归到最初的“运动前”得分。初始的前三天的登山指数的平均得分是由被分配一个值1。随后的审判,然后作为初始指数的百分比表示。

5。代表结果

野生型果蝇响应与减少与年龄有关的下降耐力协议,爬坡能力强,仍然存在培训结束后,体现在五个星期的年龄(图3A)纵向环检测。推迟这种负geotaxis的下降是一个标准的表型反应,可作为阳性对照,以确保野生型的运动响应通常发生。这个数据集作为一个例子是如何提出的作为行为的输入,可用于诱导行使电力塔计划。然后可以评估各种遗传或环境因素,以调节这种影响的能力。

相反,电塔也可以被用来作为各种实验设计的输出。例如,基因型,饮食,或其他条件的,可以是多种多样的。然后可以测试使用的电力塔,运动生理学上的这些变化的影响。在这里,我们表明这种方法的一个例子。当与不同比例的蔗糖在他们的饮食飞行疲劳,蔗糖含量增加,增加续航能力(图3B)相关的时间进行了测试。

图1
图1。电力塔的操作。 (AC)电动带有附加辊弯曲手臂顺时针方向旋转,直到它接触到的弯曲方管(D和E)。手臂弯曲方管上推下来,造成瓶苍蝇解除载货平台(F)由于手臂清除管平台允许向下回落,迫使苍蝇返回底部小瓶。

图2
图2。建议运动议定书 。苍蝇受到培训协议是由三个星期长的斜坡方案,逐步增加,从最初的2个小时的运动时间由30分钟,每星期,每星期锻炼五天。标准的分析,包括疲劳检测前和锻炼计划,并从1至5周周环检测。作为阴性对照未行使苍蝇数目相等,所有的实验都重复进行。研究员确定的,可以进行其他各种生理或生化检验。

“图3”的src 图3。耐力运动改变流动性的多个方面。(一)环实验进行跨年龄的纵向单对一个男性的Y 1瓦67C23同伙。年龄相匹配的基因完全相同的行使及尚未行使控制苍蝇每天平均登山速度。结果均表示在一个登山指数,整个第3天测量到的平均爬升高度正常化方面。运动训练苍蝇显示在负面geotaxis能力减少与年龄有关的下降相比,跨越年龄(2路ANOVA,P <0.005),年龄相匹配的未行使的兄弟姐妹。 (二)进行8小时的疲劳检测年龄匹配的女性广小号苍蝇上显示的时间疲劳(对数秩,P <0.0001)的膳食蔗糖含量显着效果。实验之前,苍蝇饲喂10%重量/体积酵母/蔗糖/琼脂饮食,是ST浓度,不同比例的膳食蔗糖。五,每小瓶20苍蝇进行为每个饮食。图形显示多少瓶仍运行在一个给定的时间点有5个或更多的苍蝇。这些结果可以作为一种生存曲线(或无故障时间)与“失败”被定义为一个时间点时,不到五年的苍蝇继续以应对负geotaxis刺激一小瓶,统计学处理和图形。请注意,许多其他可能的研究设计和统计处理,数据处理和测量应量身定做适合个人的目的。

Discussion

这里一般协议,已成功地记录训练后生理效应。然而,在这个协议中的几个方面是受修改,以适应特定的实验需要。例如,培训的长度和数量的较量可能将被修改,以使程序或多或少具有挑战性的,需要。可以改变负geotaxis能力测量容器的高度,以增加可用面积为改善记录。也可能是适用各种自动化攀爬速度的定量方法。可用于任何软件程序能够区别于背景苍蝇的原则,加快数据收集过程。

应只修改该协议的某些方面十分谨慎,但是。例如,初步实验表明,至少每周休息一天,往往以促进更大的展示次数ovement比无情的日常锻炼。此外,昼夜节律和温度被称为影响冷血动物运动的。一天的时间,培训发生可以多种多样,但应该总是在特定群体比较一致下,为了避免昼夜节律的影响因子的可能性。温度控制也很重要,我们建议在恒温的专用房间内部的运动器材。最后,必须培养和男性和女性分别测量,以避免潜在的生育和性别差异,在运动能力的影响因子。

这种方法的应用潜力是有限的,只有通过研究者的想象力。在前期工作中,我们已经利用这种方法,在三大应用:

  1. 野生型生物学的各个方面,跨年龄来衡量的耐力锻炼效果。
  2. ţO衡量耐力运动对特定的突变表型的影响。
  3. 遗传因素是必要的筛选,执行运动的好处

这些应用程序的每一个囊括了多种具体的可能性。根据我们的初步经验,突变表型往往与尽可能多的锻炼水平不同,因为他们的饮食不同。使用的脊椎动物模型,以便更好地了解饮食,运动和衰老生理之间的关系,也许是最重要的这个协议的普遍应用。

Disclosures

我什么都没有透露。

Acknowledgments

这项工作是由在NHLBI刻录赠款支持。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Dayton Gearmotor Grainger 1LRA6A
Raco Electrical Box Grainger 5A052
Raco Cover Grainger 5A053
Cooper Bussmann Fuse Grainger 6F043
Cooper Bussmann Fuse Holder Grainger 1DD33
Carling Technologies Switch Grainger 2X464
Dayton Control, AC/DC Speed Grainger 4X796
Flugs for Narrow Plastic Vials Genesee Scientific 49-102

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Comments

3 Comments

  1. Very creative and useful experimental design.

    Reply
    Posted by: Anonymous
    April 13, 2012 - 9:48 PM
  2. I have a question.... which software do you use for scoring flies in the climbing assay?
    Thank you very much, Carlo Breda

    Reply
    Posted by: carlo b.
    February 12, 2013 - 4:09 AM
  3. we use software made by our neighbor, Scott Pletcher, called climber. However, you could also use various other kinds of software, including freeware such as NIH Image. Anything that can distinguish dark dots from a white background could work for this purpose.

    Reply
    Posted by: Robert W.
    February 12, 2013 - 9:27 AM

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