Metoder för att karaktärisera Spontan och skrämma inducerad Locomotion i en Rotenon-inducerad Parkinsons sjukdom modellen<em> Drosophila</em
Summary
Parkinsons sjukdom är en neurodegenerativ sjukdom som orsakas av degeneration av dopaminerga neuroner i det centrala nervsystemet, vilket orsakar locomotion defekter. Rotenon modeller Parkinsons sjukdom i Drosophila. Detta dokument beskriver två analyser som kännetecknar både spontana och skrämma-inducerade locomotion brister orsakade av rotenon.
Abstract
Parkinsons sjukdom är en neurodegenerativ sjukdom som orsakas av degenerering av dopaminerga neuroner i det centrala nervsystemet, främst i substantia nigra. Sjukdomen orsakar motoriska brister, varav framgår som stelhet, skakningar och demens hos människor. Rotenon är en insekticid som orsakar oxidativ skada genom att hämma funktionen av elektrontransportkedjan i mitokondrier. Det används också för att modellera Parkinsons sjukdom i Drosophila. Flugor har en inneboende negativ geotactic respons, vilket tvingar dem att klättra uppåt efter att ha blivit skrämd. Det har fastställts att rotenon orsakar tidig dödlighet och locomotion defekter som stör flugorna förmåga att klättra efter att de har tryckt ned. Däremot är effekten av rotenon på spontan rörelse inte väl dokumenterat. Denna studie beskriver två känsliga, reproducerbara och hög genomströmning analyser för att karaktärisera rotenon-inducerad brister ikortsiktig startle-inducerad förflyttning och långsiktig spontan rörelse i Drosophila. Dessa analyser kan enkelt anpassas för att karakterisera andra Drosophila modeller av locomotion defekter och effekt av läkemedel.
Introduction
Locomotion brister är en stor symptom på Parkinsons sjukdom och är till stor del orsakas av försämring av dopaminerga neuroner i substantia nigra 1. Rotenon är en ketonisk insekticid som har studerats ingående för att modellera Parkinsons motoriken i Drosophila 2-6. Rotenon förorsakar oxidativ skada genom att blockera den oxidativa fosforyleringsväg, vilket i slutändan leder celldöd 7. Dopaminerga nervceller är mer benägna att rotenon toxicitet, vilket gör effekten av den kemiska främst motor baserad 2,7. Genom att framkalla symtom på Parkinsons sjukdom i flugor, kan vi bättre förstå sjukdomen och åtgärda dess symtom 6,8-11. Drosophila ger en bra modell för att studera denna effekt eftersom de är genetiskt lätthanterlig, lätt att underhålla, och har en snabb livscykel.
Flera studier har visat att rotenon orsakar kortvarig startle-induceradlocomotion defekter i Drosophila -när flugor bibehålls på rotenon-kompletterad mat, de visar en långsammare negativ geotactic svar efter spritta 2-6. Deras misslyckande att klättra uppåt i en injektionsflaska apparat så snabbt som kontrollförsök tyder på skrämma-inducerad locomotion defekter.
Effekten av rotenon på långsiktig, är spontan rörelse inte väl beskrivna. Drosophila aktivitetsmonitorer (dammar) har med framgång använts för att övervaka rörelse i Drosophila dygnsrytmen studerar 12,13. Flugor är placerade i enskilda rör, som laddas in i DAM. Denna apparat är utrustad med en infraröd sensor, som räknar antalet gånger en fluga bryter den infraröda strålen. Dessa räkningar kan användas som ett mått på ostörd förflyttning och aktivitet 12,13. Genom att placera flugor i en damm, kan effekten av rotenon på deras långsiktiga rörelse karaktäriseras. Denna studie beskriver metoder för measure kortsiktig startle-inducerad förflyttning och långsiktig spontan rörelseförmåga i syfte att bättre förstå effekterna av rotenon medierad motoriska brister. Karakterisering av locomotion brister härmar Parkinsons sjukdom är viktiga eftersom de möjliggör för studier av andra föreningar som kan vända dessa locomotion defekter.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denna studie beskriver vi två förfaranden för mätning av både långfristiga spontan rörelse och korttids startle-inducerad förflyttning i en rotenon-inducerade Drosophila modell av Parkinsons sjukdom. Man kan även mäta dessa locomotion egenskaper i flugor som utsätts för andra läkemedel som man vet att modellera Parkinsons sjukdom t ex, parakvat 14 genetiska modeller av Parkinsons sjukdom t ex alfa-synuklein mutanter 15, och andra flyga modeller av sjukdomar…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill tacka Qiuli Wang, Language Resource Center, Colby College, för tekniskt bistånd med videobearbetning och Eric Thomas, institutionen för musik, Colby College, för att ge bakgrundsmusik. Projektet har finansierats med bidrag från National Center for Research Resources, INBRE (P20RR016463-12), Institutet för General Medical Sciences (P20 GM103423-12), Nationals Institutes of Health och Science Division Grant, Colby College (STA). JL och LWM stöddes av bidrag från Summer Scholar Fund, Colby College.
Materials
| Standard narrow vials | Genesee Scientific | 32-120 | |
| Rotenone | Sigma | R8875 | Store in freezer, make fresh for each experiment |
| Dimethyl Sulfoxide (DMSO) | Sigma | D8418 | Solvent for rotenone |
| Instant Drosophila medium | Carolina Biological | Formula 4-24 | |
| Drosophila activity monitor (DAM) | Trikinetics | DAM2 | trikinetics.com |
| DAM tubes | Trikinetics | Tubes 5X65 mm | |
| Recipe for Rotenone +food (125 mM dose) | Make 62.5 mM rotenone stock solution in DMSO by dissolving 25 mg rotenone in 1 ml DMSO | ||
| For 125 mM dose, add 10 mM rotenone stock in DMSO to 5 ml water. |
Referencias
- Olanow, C. W., Tatton, W. G. Etiology and pathogenesis of Parkinson’s disease. Annual review of neuroscience. 22, 123-144 (1999).
- Coulom, H., Birman, S. Chronic exposure to rotenone models sporadic Parkinson’s disease in Drosophila melanogaster. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 24, 10993-10998 (2004).
- Hosamani, R., Ramesh, S. R., Muralidhara, Attenuation of rotenone-induced mitochondrial oxidative damage and neurotoxicty in Drosophila melanogaster supplemented with creatine. Neurochemical research. 35, 1402-1412 (2010).
- Islam, R., et al. A neuroprotective role of the human uncoupling protein 2 (hUCP2) in a Drosophila Parkinson’s disease model. Neurobiology of disease. 46, 137-146 (2012).
- Lawal, H. O., et al. The Drosophila vesicular monoamine transporter reduces pesticide-induced loss of dopaminergic neurons. Neurobiology of. 40, 102-112 (2010).
- St Laurent, ., O’Brien, R., M, L., Ahmad, S. T. Sodium butyrate improves locomotor impairment and early mortality in a rotenone-induced Drosophila model of Parkinson’s disease. Neurociencias. 246, 382-390 (2013).
- Sherer, T. B., et al. Mechanism of toxicity in rotenone models of Parkinson’s disease. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 23, 10756-10764 (2003).
- Munoz-Soriano, V., Paricio, N. Drosophila models of Parkinson’s disease: discovering relevant pathways and novel therapeutic strategies. Parkinson’s disease. , 520640 (2011).
- Steffan, J. S., et al. Histone deacetylase inhibitors arrest polyglutamine-dependent neurodegeneration in Drosophila. Nature. 413, 739-743 (2001).
- Auluck, P. K., Bonini, N. M. Pharmacological prevention of Parkinson disease in Drosophila. Nature medicine. 8, 1185-1186 (2002).
- Whitworth, A. J., et al. Increased glutathione S-transferase activity rescues dopaminergic neuron loss in a Drosophila model of Parkinson’s disease. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102, 8024-809 (2005).
- Ahmad, S. T., Steinmetz, S. B., Bussey, H. M., Possidente, B., Seggio, J. A. Larval ethanol exposure alters free-running circadian rhythm and per Locus transcription in adult D. melanogaster period mutants. Behavioural brain research. 241, 50-55 (2013).
- Seggio, J. A., Possidente, B., Ahmad, S. T. Larval ethanol exposure alters adult circadian free-running locomotor activity rhythm in Drosophila melanogaster. Chronobiology international. 29, 75-81 (2012).
- Chaudhuri, A., et al. Interaction of genetic and environmental factors in a Drosophila parkinsonism model. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 27, 2457-2467 (2007).
- Feany, M. B., Bender, W. W. A Drosophila model of Parkinson’s disease. Nature. 404, 394-398 (2000).
- Ali, Y. O., Escala, W., Ruan, K., Zhai, R. G. Assaying locomotor, learning, and memory deficits in Drosophila models of neurodegeneration. Journal of Visualized Experiments : JoVE. , (2011).
- Gargano, J. W., Martin, I., Bhandari, P., Grotewiel, M. S. Rapid iterative negative geotaxis (RING): a new method for assessing age-related locomotor decline in Drosophila. Experimental gerontology. 40, 386-395 (2005).
- Nichols, C. D., Becnel, J., Pandey, U. B. Methods to assay Drosophila behavior. Journal of visualized experiments : JoVE. , (2012).
- Slawson, J. B., Kim, E. Z., Griffith, L. C. High-resolution video tracking of locomotion in adult Drosophila melanogaster. Journal of Visualized Experiments : JoVE. , (2009).
