Doğal Ürünlerin Biyomodülasyon Özelliklerini Ölçmek için Bir Planarian Motilite Tsay
Summary
Planer hareketliliği, hayvanların sadece kaynak suyundaki hareketi ile karşılaştırıldığında doğal ürünlerin uyarıcı ve geri çekilme özelliklerini ölçmek için kullanılır.
Abstract
Olmayan parazit planarian kullanarak basit, kontrol edilebilir bir araç, Dugesia tigrina, serbest yaşayan bir su yassı solucan, doğal ürünlerin uyarıcı ve çekilme özelliklerini incelemek için açıklanmıştır. Planer fizyolojinin benzersiz yönlerinden yararlanan deneysel tahliller yara iyileşmesi, rejenerasyon ve tümörigenez üzerine çalışmalara uygulanmıştır. Buna ek olarak, plancılar çeşitli çevresel uyaranlara duyarlılık sergiledikleri ve koşullu tepkileri öğrenme ve geliştirme yeteneğine sahip oldukları için, öğrenme ve hafızayı inceleyen davranış salitalatlarında kullanılabilirler. Planerler temel bir ikili simetri ve nörotransmitter sistemleri nöromüsküler biyomodülatörlerin etkilerini inceleyen çalışmalara uygun kullanan merkezi bir sinir sistemi sahip. Sonuç olarak, madde bağımlılığı ve geri çekilmeyi incelemek için planer hareketi ve hareketliliği izleyen deneysel sistemler geliştirilmiştir. Planer hareketlilik uyaranların etkisini izlemek için hassas, kolayca standartlaştırılmış bir hareketlilik testi potansiyeli sunduğundan, planarian lokomotor hız (pLmV) testi, hayvanların zaman içinde kesiştikleri ızgara çizgilerinin sayısının belirlenmesi yoluyla planerlerin hem uyarlanma hem de geri çekilme davranışlarını izlemek üzere uyarlanmıştır. Burada teknik ve uygulaması gösterilmiştir ve açıklanır.
Introduction
Açıklanan protokol, doğal maddelerin biyomodülatör etkilerini değerlendirmek için planer hareketlilik kullanır. Özellikle bu maddelerin uyarıcı olarak işlev olup olmadığını belirlemek için uyarlanmıştır, ve daha sonra ölçülebilir bir çekilme davranışı ile ilişkili olup olmadığını1. Planer lokomotor hız (pLmV) testi olarak bilinen bu test, ilk olarak bilinen farmakolojik ajanların test inde kullanıldı2,3. Bu planarian hareketlilik tabanlı test uygulaması beri popülaritesi büyüdü ve doğal ürünler 4 dışındaki maddeler ile ilgilenen farklı laboratuvarlar tarafından kabul edilmiştir4,5. Bu tisalim için, bir planarian bir çözünmüş biyomodülatör içeren kaynak suyu veya kaynak suyu içeren bir Petri kabına yerleştirilir. Yemeğin kendisi grafik kağıda yerleştirildiğinden, her durumdaki hareket oranını belirlemek için kabın üzerinde hareket ederken hayvanın zamanla kesiştisi ızgara çizgilerinin sayısı kullanılabilir. Işık / karanlık testi, aksi takdirde koşullu yer tercihi testi (CPP) olarak anılacaktır, planarian hareketlilik izleme teması başka bir varyasyon, ve hayvanların ne kadar hızlı tepki ve karanlık bir ortama göç değerlendirir6,7. Planer hareketlerin video takibi de bilgisayar programları ve kitle merkezi (COM) izleme8,9,10,11kullanılarak analiz edilebilir.
Bu tür çalışmalar için bir hayvan modeli olarak planarian kullanarak deneyci kolayca deneme ortamı kontrol edebilirsiniz diğer hayvanlarüzerinde çeşitli avantajlar sunuyor. Özellikle, deney öncesi planerlerin açlıktan ölmeleri, sonuçları bozabilecek diğer beslenme veya farmakolojik ajanlara maruz kalmalarını engelleyebilir ve araştırma altındaki spesifik biyomodülatör, sadece doğrudan kültür suyuna ekleyerek plancılara tanıtılabilir ve böylelikle maruziyeti standartlaştırabilir. Planarians ‘yüksek derecede’ hayvanları anımsatan bir sinir sistemi ve nörotransmitterler olduğundan, nöromüsküler uyaranlara bu hayvanların fizyolojisi ve deneysel tepkileri biyolojik olarak diğer organizmalar için ilgili olarak kabul edilir12,13,14,15,16.16 Ayrıca, planarians nispeten ucuz ve laboratuvarda korumak için basit olduğundan, birçok araştırmacı için erişilebilir bir biyolojik model sunuyoruz.
Deneysel bir hayvan olarak, planarians çalışmalar geniş bir yelpazede uygundur. Örneğin, grubumuzun yanı sıra diğer araştırmacılar tümörigenez17,18,,19çalışma planarians kullanın. Planarianlar ayrıca diğer istibak sistemlerinin temelini oluşturan kimyasal, termal, yerçekimsel, elektriksel, fotoğraf ve manyetik uyaranlara tepki davranışları sergilerler. Bu etkilerden bazıları bu hayvanlarda öğrenme ve hafıza yı incelemek için kullanılmıştır20,21,22,23,24,25, 26,,27.27 Şu anda literatürde planer modelin birincil kullanımı planer pluripotent kök hücrelerin aktivitesi üzerinde duruluyor, neoblastlar denilen, ve rejenerasyon rolleri28,29,30. Böylece, burada açıklanan modelin benimsenmesi, doğal ürünlerin ve diğer biyomodülatörlerin organizmayı nasıl etkilediğine daha geniş bir anlayış sağlamak için diğer planer tabanlı tahlilleri kullanarak daha fazla çalışma yapılmasına olanak sağlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Basit ve erişilebilir planarian hareketlilik tetki, doğal ürünlerin uyarıcı ve yoksunluk etkilerini belirlemek için açıklanmıştır. Davranışmodeli olarak, farklı deneyciler arasındaki gözlemleri standartlaştırmak için puanlama hareketi ve herhangi bir davranışın net tanımları için sıkı protokollere sahip olmak gerekir. Sunulan fikirler, bunun nasıl sağlanabileceğinin bir göstergesidir. Bu protokolü kullanan her laboratuvar, sunulan bilgileri test edilen ürünün etkilerine uyacak şekilde…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Kurumsal İlerleme ofis kabul etmek istiyorum, ve Morrisville College Vakfı bu çalışmayı desteklemek için bir yayın hibe yanı sıra SUNY Morrisville Collegiate Bilim ve Teknoloji Giriş Programı (CSTEP) onların devam eden yardım ve SUNY Morrisville lisans araştırma desteği için. Ayrıca Sophia Hutchens’a açıklanan teknik hakkında yararlı yorumları için teşekkür ederiz.
Materials
| Bottled Water – 1 Gal. | Poland Spring | N/A | Spring water for planarian culture and to prepare solutions |
| Brown Planaria (Dugesia tigrina) | Carolina Biological Supply Company | 132954 | Brown planaria living (other species are acceptable) |
| Flat Paintbrush | Royal Crafter's Choice | 9159 | Flat watercolor paintbrushes for cleaning planarian culture containers |
| Glass Petri Dish – 10 cm | Kimax | N/A | 10 cm diameter (glass) Petri dishes for pLmV assay |
| Glass Petri Dish – 5 cm | Kimax | N/A | 5 cm and Petri dishes for rinsing planarians during withdrawal experiments and for stimulant habituation |
| Grid Paper | Any | N/A | Standard 0.5 cm grid paper for pLmV assay |
| iPEVO Visualizer (software) | iPEVO | https://www.ipevo.com/software/visualizer | Document camera software for video capture and recording |
| Metalware Set with Support Stand and Retort Ring | Any | N/A | Standard chemistry lab ring stand to hold a cell phone camera if used |
| Organic Egg | Any | N/A | Organic egg or beef liver for feeding planarains |
| Polycarbonate Bottle w/ Screw-on Cap – 10 mL | Beckman | N/A | Plastic vials to hold 5 to 10 mL volumes for stimulant habituation |
| Round Storage Container – 10 cm | Ziploc | N/A | 10 cm Round food storage containers for approximately 90 planarians or fewer |
| Round Water Paint Brush | LOEW-Cornell | N/A | Small round watercolor paint brushes (numbers 3 to 6) – soft |
| Transfer Pipette | Any | N/A | Wide bore (5 mL) plastic transfer pipettes to move planarians |
| USB Document Camera | iPEVO | CDVU-06IP | Document camera (or other camera or cell phone camera) |
References
- Moustakas, D. Guarana provides additional stimulation over caffeine alone in the planarian model. PloS One. 10 (4), 0123310 (2015).
- Raffa, R. B., Valdez, J. M. Cocaine withdrawal in Planaria. European Journal of Pharmacology. 430 (1), 143-145 (2001).
- Raffa, R. B., Holland, L. J., Schulingkamp, R. J. Quantitative assessment of dopamine D2 antagonist activity using invertebrate (Planaria) locomotion as a functional endpoint. Journal of Pharmacology and Toxicological Methods. 45 (3), 223-226 (2001).
- Thumé, I. S., Frizzo, M. E. Sertraline induces toxicity and behavioral alternations in planarians. Biomedical Research International. 2017, 5792621 (2017).
- Aggarwal, S., et al. Identification of a novel allosteric modulator of the human dopamine transporter. ACS Chemical Neuroscience. 10 (8), 3718-3730 (2019).
- Zhang, C., Tallarida, C. S., Raffa, R. B., Rawls, S. M. Sucrose produces withdrawal and dompamine-sensitive reinforcing effects in planarians. Physiology & Behavior. , 8-13 (2013).
- Zewde, A. M., et al. PLDT (planarian light/dark test): an invertebrate assay to quantify defensive responding and study anxiety-like effects. Journal of Neuroscience Methods. 293, 284-288 (2018).
- Risse, B., Otto, N., Berh, D., Jiang, X., Klämbt, C. FIM Imaging and FIMtrack: two new tools allowing high-throughput and cost effective locomotion analysis. Journal of Visualized Experiments. (94), e52207 (2014).
- Inoue, T., Hoshino, H., Yamashita, T., Shimoyama, S., Agata, K. Planarian shows decision-making behavior in response to multiple stimuli by integrative brain function. Zoological Letters. 1, 7 (2015).
- Hastrom, D., Cochet-Escartin, O., Zhang, S., Khuu, C., Collins, E. M. S. Freshwater planarians as an alternative animal model for neurotoxicology. Toxicological Sciences. 147 (1), 270-285 (2015).
- Risse, B., Berh, D., Otto, N., Klämbt, C., Jiang, X. FIMtrack: an open source tracking and locomotion analysis software for small animals. PLoS One Computational Biology. 13 (5), 100553 (2017).
- Pagán, O. R. Planaria: an animal model that integrates development, regeneration and pharmacology. International Journal of Developmental Biology. 61, 519-529 (2017).
- Palladini, G. A pharmacological study of cocaine activity in planaria. Comparative Biochemistry and Physiology. 115 (1), 41-45 (1996).
- Buttarelli, F. R., Pellicano, C., Pontieri, F. E. Neuropharmacology and behavior in planarians: translation to mammals. Comparative Biochemistry and Physiology Part C. Toxicology & Pharmacology. 147 (4), 399-408 (2008).
- Nishimura, K., et al. Identification of glutamic acid decarboxylase gene and distribution of GABAergeric nervous system in the planarian Dugesia japonica. 神经科学. 153 (4), 1103-1114 (2008).
- Raffa, R. B., Rawls, S. M. . A model for drug action and abuse. , (2008).
- Hall, F., Morita, M., Best, J. B. neoplastic transformation in the planarian: I cocarcinogenesis and histopathology. The Journal of Experimental Zoology. 240 (2), 211-227 (1986).
- Voura, E. B., et al. Planarians as models of cadmium-induced neoplasia provide measurable benchmarks for mechanistic studies. Ecotoxicology and Environmental Safety. 142, 544-554 (2017).
- Van Roten, A., et al. A carcinogenic trigger to study the function of tumor suppressor genes in Schmedtea mediterranea. Disease Models and Mechanisms. 11 (9), 032573 (2018).
- Mason, P. R. Chemo-klino-kinesis in planarian food location. Animal Behaviour. 23 (2), 460-469 (1975).
- Van Huizen, A. V., et al. Weak magnetic fields alter stem cell-mediated growth. Science Advances. 5 (1), 7201 (2019).
- Brown, H. M., Ogden, T. E. The electrical response of the planarian ocellus. Journal of General Physiology. 51 (2), 255-260 (1968).
- Inoue, T., Yamashita, T., Agata, K. Thermosensory signaling by TRPM is processed by brain serotonergic neurons to produce planarian thermotaxis. The Journal of Neuroscience. 34 (47), 15701-15714 (2014).
- Byrne, T. Effects of ethanol on negative phototaxis and motility in brown planarians (Dugesia tigrina). Neuroscience Letters. 685, 102-108 (2018).
- de Sousa, N., et al. Transcriptomic analysis of planarians under simulated microgravity or 8g demonstrates that alteration of gravity induces genomic and cellular alterations that could facilitate tumoral transformation. International Journal of Molecular Sciences. 20 (3), 720 (2019).
- Best, J. B., Rubinstein, I. Maze learning and associated behavior in planaria. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 55, 560-566 (1962).
- Shomrat, T., Levin, M. An automated training paradigm reveals long-term memory in planarians and its persistence through head regeneration. The Journal Experimental Biology. 216, 3799-3810 (2013).
- Robarts-Galbraith, R. H., Newmark, P. A. On the organ trail: insights into organ regeneration in the planarian. Current Opinion in Genetics & Development. 32, 37-46 (2015).
- Ivancovic, M., et al. Model systems for regeneration: planarians. Development. 146 (17), 167684 (2019).
- Herath, S., Lobo, D. Cross-inhibition of Turing patterns explains the self-organized regulatory mechanism of planarian fission. Journal of Theoretical Biology. 485, 110042 (2019).
- Itoh, M. T., Shinozawa, T., Sumi, Y. Circadian rhythms of melatonin-synthesizing enzyme activities and melatonin levels in planarians. Brain Research. 830 (1), 165-173 (1999).
- Itoh, M. T., Igarashi, J. Circadian rhythm of serotonin levels in planarians. Neuroreports. 11 (3), 473-476 (2000).
- Hinrichsen, R. D., et al. Photosensitivity and motility in planarian Schmedtea mediterranea vary diurnally. Chronobiology International. 36 (12), 1789-1793 (2019).
- Raffa, R. B., Desai, P. Description and quantification of cocaine withdrawal signs in planaria. Brain Research. 1032 (1-2), 200-202 (2005).
- Pagán, O. R., et al. A cembranoid from tobacco prevents the expression of induced withdrawal behavior in planarian worms. European Journal of Pharmacology. 615 (1-3), 118-124 (2009).
- Rawls, S. M., Patil, T., Yuvasheva, E., Raffa, R. B. First evidence that drugs of abuse produce behavioral sensitization and cross-sensitization in planarians. Behavioural Pharmacology. 21 (4), 301-313 (2010).
- Venturini, G., et al. A pharmacological study of dopaminergic receptors in planaria. Neuropharmacology. 28 (12), 1377-1382 (1989).
- Ouyang, K., et al. Behavioral effects of Spenda, Equal and sucrose: Clues from planarians on sweeteners. Neuroscience Letters. 636, 213-217 (2017).
- Pagán, O. R., Montgomery, E., Deats, S., Bach, D., Baker, D. Evidence of nicotine-induced, curare-sensitive, behavior in planarians. Neurochemical Research. 40 (10), 2087-2090 (2015).
- Shibata, N., Agata, K. RNA interference in planarians: feeding and injection of synthetic dsRNA. Methods in Molecular Biology. 1774, 455-466 (2018).
- Pagán, O. R., et al. Reversal of cocaine-induced planarian behavior by parthenolide and related sesquiterpene lactones. Pharmacology Biochemistry and Behavior. 89 (2), 160-170 (2008).
- Vouga, A., et al. Stereochemistry and neuropharmacology of a ‘bath salt’ cathinone: S-enantiomer of mephedrone reduces cocaine-induced reward and withdrawal in invertebrates. Neuropharmacology. 91, 109-116 (2015).
- Chan, J. D., Marchant, J. S. Pharmacological and functional genetic assays to manipulate regeneration of the planarian Dugesia japonica. Journal of Visualized Experiments. (54), e3058 (2011).
