Hier beschrijven we hoe we Drosophila kunnen synchroniseren met een circadiane dag. Dit is de eerste en belangrijkste stap die nodig is voor het bestuderen van biologische ritmes en chronobiologie.
Bijna universeel onder organismen coördineert circadiane ritmes de biologische activiteit tot de baan van de aarde rond de zon. Om factoren te identificeren die dit ritme creëren en om de resulterende uitgangen te begrijpen, is het entrainment van modelorganismen nodig om circadiane tijdpunten te definiëren. Hier detailleren we een procedure om veel Drosophila te trainen tot een gedefinieerd circadiane ritme. Verder beschrijven we post-entrainment stappen om monsters voor te bereiden op immunofluorescentie, nucleïnezuur, of eiwit extractie-gebaseerde analyse.
Bijna alle organismen op aarde, van de grootste tot eencellige, hebben een interne biologische klok met een cyclus van ongeveer een dag. Dit staat bekend als de Circadiane ritme (bedacht in 1953 door Franz Halberg uit de Latijnse termen circa = ongeveer / ongeveer en “sterft” = dag)1. Hoewel componenten van de kernklok bekend zijn en hun rudimentaire mechanismen van functie geconceptualiseerd, is er nog veel te begrijpen over hoe biologische ritmes worden gehandhaafd door het hele lichaam. Belangrijk is dat verkeerde regelgeving van biologische ritmes wordt geassocieerd met slechte gezondheidsresultaten, waaronder slechte geheugenvorming, slaapstoornissen, seizoensgebonden affect disorder, depressie, bipolaire stoornis, diabetes, obesitas, neurodegeneratie, en kanker2,3,4,5.
Drosophila is een vaststaand model voor onderzoek van circadiane biologie. Genetisch en biochemisch aaneenbaar, grote aantallen zijn gemakkelijk in te leiden (zoals zal worden aangetoond). In feite, alle zeven publicaties aangehaald als belangrijke publicaties van steun bij de toekenning van de Nobelprijs voor de ontdekking van circadiane ritmes leveraged deze sterke punten van de Drosophila model6,7,8,9,10,11,12.
Daarnaast tonen we effectieve strategieën voor het verzamelen van getrainde vliegen ten behoeve van immunofluorescentie, nucleïnezuur of analyse op basis van eiwitextractie. Met behulp van deze strategieën, kan men verwerken en opslaan van grotere hoeveelheden monsters voor analyse in de toekomst. Deze methoden zijn zeer voordelig omdat ze reproduceerbaar zijn en honderden getrainde vliegen kunnen opleveren die deel kunnen uitmaken van een grote gegevenspool.
Onderzoekers maken gebruik van dit entrainment protocol met succes en consistentie. Deze procedure maakt het mogelijk om een grote samplingpool te fixeren die kan worden opgeslagen voor toekomstige analyses. Bovendien behoudt deze strategie de neurologische patronen die door entrainment voor toekomstig onderzoek worden veroorzaakt.
Fixatie voor opslag is een belangrijk onderdeel van het entrainment proces als het helpt om hersenweefsel te stabiliseren en het zorgt voor meer tijd om elke hersenen te analyseren van de data pool dus het minimaliseren van afval van de hersenen die levensvatbaarheid verliezen als gevolg van de leeftijdvan 21. Het belangrijkste doel is om zo veel mogelijk vliegen te trainen, zodat er continue inventaris beschikbaar is voor hoofddissecties en uiteindelijk immunofluorescentie of eiwitextractie om de bevindingen te observeren en te bepalen of de resultaten van groot vertrouwen zijn. Om ervoor te zorgen dat circadiaanse entrainment wordt bewaard door middel van fixatie, is het integraal dat elke bron van lichtvervuiling wordt geëlimineerd. Het fixatieproces maakt het mogelijk om Drosophila op te slaan met behoud van de neurologische “tijdstempel”, zodat ze later kunnen worden ontleed en geanalyseerd zonder merkbare verschillen voor vliegen die worden ontleed en onmiddellijk na de entrainment immunofluorescentie hebben ondergaan. Voor fixatie voorafgaand aan immunofluorescentie heeft het lab met consistentie bepaald dat vliegen ten minste maximaal 1 maand levensvatbaar zijn. Fixaties voor westerse vlek eiwit extractie maken de hersenen levensvatbaar voor onbepaalde tijd wanneer opgeslagen bij -80 °C.
Een andere kritische protocolstap is het sexen van de vliegen. Het is belangrijk dat deze stap nauwkeurig wordt gedaan als het hebben van beide geslachten in dezelfde flacon voorafgaand aan fixatie kan leiden tot paring, die nieuwe vliegen die van jongere leeftijd en corrupte eiwitanalyse zal opleveren als mannen per ongeluk worden onderzocht in plaats van vrouwen of vice versa. Bovendien is het bij sexing belangrijk om larvenmonsters te verwijderen die soms aan vrouwtjes zijn gehecht. Dit voorkomt de ontwikkeling van nieuwe nakomelingen in de vrouwelijke flacon die potentieel kunnen corrumperen resultaten.
De volgende stap voor het entrainment protocol kan zijn met items die verband houden met data-analyse. De focus van het protocol is eiwitlokalisatie, maar als er andere variabelen zijn die worden beïnvloed door circadiane entrainment, moeten ze worden verkend via nieuwe wegen, waarbij vaak eiwit- of nucleïnezuurextractie nodig is. Daarnaast zijn er andere eiwitten van de hersenen die nog steeds kunnen worden geanalyseerd via dit protocol. De experimenten in verband met het protocol analyseerden bepaalde eiwitten, maar de lijst van genen en eiwitten die een rol spelen in de circadiane biologie is niet uitgeput. Het protocol is effectief in het bereiken van het doel van het vaststellen van een circadiane ritme, maar de toepassingen zijn breed.
The authors have nothing to disclose.
Speciale dank aan de Universiteit van Missouri-Kansas City en de Jeffrey L. Price laboratorium.
100-1000uL pipette | Eppendorf | ES-1000 | |
10-100uL pipette | Eppendorf | ES-100 | |
16% Paraformaldehyde Solution | 15710 | ||
1X PBS | Caisson Labs | PBL01-6X100ML | |
Agar | Fisher Scientific | BP1423500 | |
Anesthesia Filter Connection Kit | World Precision Instruments | EZ-251A | |
Corn meal | Genesee Scientific | 62-100 | |
Dried Molasses | Food Service Direct | OT280504 | |
Droso-filler Food Pump | geneseesci.com | 59-169 | |
Drosophila Stock bottles, 6 oz square bottom w/ Flugs | geneseesci.com | 32-130BF | |
Drosophila vials, Narrow K-Resin super bulk | geneseesci.com | 32-118SB | |
Dry active yeast | Genesee Scientific | 62-103 | |
Ethanol | IBI Scientific | IB15720 | |
EZ Basic Anesthesia System | World Precision Instruments | EZ-175 | |
Falcon Centrifuge tubes | Corning | 352097 | |
Falcon round bottom tubes | Corning | 352057 | |
Fine point Sharpie marker | Sharpie | 30001 | |
Fisherbrand Nutating Mixer | Fisher Scientific | 88-861-043 | |
Flugs-Narrow Plastic Vials | Genesee Scientific | 49-102 | |
Glass Thermometer | Cole-Palmer | EW-08008-12 | |
Liquid nitrogen hose | Thermo Scientific | 398202 | |
Liquid nitrogen tank-Dewar | Cooper Surgical Inc | 900109-1 | |
Liquid nitrogen transfer vessel | Electron Mircoscopy Sciences | 61891-02 | |
Paintbrushes(Red Sable) Size #0 | Electro Microscopy Sciences | 66100-00 | This is used to separate the flies via sex without causing injury. |
Plastic funnel | Plews and Edelmann | 570-75-062 | |
Polarizing light microscope | Microscope Central | 1100100402241 | Used to more clearly view Drosophila during sexing |
ProPette Pipette Tips | MTC Bio Incorporated | P5200-100U | |
ProPette Pipette Tips | MTC Bio Incorporated | P5200-1M | |
ProPette Pipette Tips | MTC Bio Incorporated | P5200-5M | |
Propionic Acid | Sigma Aldrich | P1386-1L | |
Rayon Balls | Genesee Scientific | 51-100 | |
Reynolds wrap standard aluminum foil | Staples | 1381273 | |
Roaster Oven (Crockpot) | Hamilton Beach | 32950 | |
Scotch 810 Magic Tape | Electron Microscopy Sciences | 77300 | |
Spray bottle with trigger | US Plastic | 66446 | Used to spray ethanol to clean work bend areas |
Tegosept | Genesee Scientific | 20-258 | |
Thermo Scientific Drosophila Incubator | Thermo Scientific | 3990FL | |
Thermo Scientific Revco 4 degree Lab fridge | ThermoFisher Scientific | REL7504D | |
Thermo Scientific Revco Lab Freezer | ThermoFisher Scientific | REL7504A | |
Tween 20 | Anatrace | T1003-1-GA |