בשומן האכלה ואת וזמינותו Triacylglyceride תפוקה גבוהה בדרוזופילה Melanogaster
Summary
זוהי דיאטה שומן גבוהה האכלה פרוטוקול לזירוז ההשמנה דרוזופילה, דוגמנית על הבנת המנגנונים המולקולריים יסודי מעורב lipotoxicity. הוא גם מספק assay triacylglyceride של תפוקה גבוהה למדידת הצטברות שומן דרוזופילה ואת פוטנציאל אחרים מודלים (חרק) בתנאים תזונתיים, סביבתיים, גנטי או פיזיולוגיים שונים.
Abstract
מחלת לב היא הגורם מספר אחד למוות אדם ברחבי העולם. מחקרים רבים הראו קשרים חזקים בין השמנת יתר בתפקוד הלב אצל בני אדם, אבל מאמצי המחקר וכלים נוספים יש צורך להבהיר טוב יותר את המנגנונים המעורבים. במשך יותר ממאה, הדגם גנטית מאוד צייתן של דרוזופילה כבר אינסטרומנטלי גילוי גנים מרכזיים, מסלולים מולקולריים אשר הוכיח להיות מאוד שמור על פני מינים. תהליכים ביולוגיים רבים, מנגנוני המחלה באופן פונקציונלי נשמרים בתוך הזבוב, כגון פיתוח (למשל, תוכנית גוף, לב), סרטן, מחלות ניווניות. לאחרונה, המחקר של השמנת יתר, פתולוגיות משני, כגון מחלות לב דגם אורגניזמים, שיחק תפקיד קריטי מאוד הזיהוי של הרגולטורים מפתח מעורב תסמונת מטבולית אצל בני אדם.
כאן, אנו מציעים שתשמש כלי יעיל זה אורגניזם מודל זירוז השמנת יתר, כלומר, הצטברות שומן עודף, ולפתח פרוטוקול יעיל כדי לנטר בצורה של תגיות הצטברות שומן. בנוסף שנשמרת מאוד, אבל פחות מורכבים הגנום, הזבוב יש גם אורך חיים קצר לניסויים מהירה, בשילוב העלות האפקטיביות. מאמר זה מספק נוהל מפורט עבור דיאטה שומן גבוהה (HFD) האכלה דרוזופילה לזירוז השמנה ואת וזמינותו triacylglyceride (תג) של תפוקה גבוהה למדידת העלייה המשויך תכולת השומן, במטרה להיות מאוד לשחזור, יעיל לסינון גנטי או כימיות בקנה מידה גדול. פרוטוקולים אלה מציעים הזדמנויות חדשות ביעילות לחקור מנגנונים רגולטוריים מעורב השמנת יתר, וכן מספקים פלטפורמה סטנדרטית למחקר גילוי סמים בדיקה מהירה של השפעת סמים מועמדים על הפיתוח או מניעת השמנת יתר, סוכרת ומחלות מטבוליות הקשורות.
Introduction
אנחנו בתקופה שבה השמנת יתר, הנטל הכלכלי, המשויכת שלו הוא בעיה ברחבי העולם1. . שניים מתוך כל שלושה אמריקאים הם מעודף משקל או מהשמנת יתר עם פתולוגיות הקשורות ללב, הגורם העיקרי למוות בתוך אוכלוסיית הבוגרים2. השיטה היעילה חדש דרושים כדי שלמאחה לחקור את הרכיבים גנטית ומולקולרית מעורב ברגולציה של תסמונת מטבולית באמצעות מודל אורגניזמים. מסיבה זו, אנו בוחרים את המודל דרוזופילה זבוב הפירות כי היא חולקת את התהליכים הביולוגיים הבסיסיים ביותר עם יונקים, כולל בעכברים ובבני אדם3,4,5,6. הגנום של דרוזופילההוא מאוד שנשמרת במשך האבולוציה אבל בסך הכל הרבה יותר קטן עם פחות שכפול גנטי, המורכבות מטבולית, שהופך אותו אידיאלי עבור הבנת המנגנונים הבסיסיים מעורב מחלות אנושיות רבות4 , 7 , 8. בנוסף, תהליכים אופייניים המבוצע על ידי רקמת שומן, הבטן ואת הלבלב מיוצגים הזבוב ולסיים רגולטוריות פונקציות בגלוקוז, ליפיד חילוף חומרים, לדוגמה, דומים לבני אדם9, 10,11. יתר על כן, בסיסי מסלולים מולקולריים המעורבים בבקרה על השמנה, עמידות לאינסולין וסוכרת בבני פונקציונלית נשמרים דרוזופילה melanogaster12,13,14 , 15 , 16. כמו עילאיים, דרוזופילה יש לב פועם נוצרת במהלך הפיתוח על-ידי תהליכים דומים לזה של ה-3,לב בתרבית של17. לפיכך, התפתחות HFD אמין האכלה הפרוטוקול ואת וזמינותו תג תפוקה גבוהה, המותאמים למטרות סינון יעיל באמצעות תיבת כלי גנטי של דרוזופילה, לספק אמצעי חשוב ללמוד ולהבין את הבסיס הגנטי הבסיסי מחלות מטבוליות מורכבת המשמשת כבסיס.
המזון HFD עצמו עשוי מאכל לעוף מעבדה רגיל בתוספת שמן קוקוס, אשר מורכב ברובו של חומצות שומן רוויות ידוע להיות מזוהה עם תסמונת מטבולית18. בעוד שייצור השמנה במודלים יונקים, כגון מכרסמים, יכול לקחת חודשים19,20, שלנו HFD ממוטבת האכלה פרוטוקול דרוזופילה ביעילות, reproducibly מגדיל organismal שומן בעניין של ימים12,14. פרוטוקול זה, בשילוב עם וזמינותו תפוקה גבוהה תג, מאפשר הקרנה המונים יעילה על ההשפעות של גורמים גנטיים, השפעות הסביבה. סמים מועמדים לגלות מאפננים החדש של חילוף החומרים של השומן. כתוצאה מכך, צפויים פרוטוקולים אלה רלוונטיים להבין ו/או לחימה השמנת יתר, השמנת יתר-הקשורים פתולוגיות אנושי.
פרוטוקול האכלה הוא תכליתי ולא ניתן להחיל לחקור את ההשפעות מטבולית ופונקציונליים של חומצות שומן רוויות או רוויים יחיד. שימוש assay תגים תפוקה גבוהה זו אינה מוגבלת melanogaster ד, אך עשוי להתאים למגוון רחב של אורגניזמים מודל קטן עם לציפורן או מטריצה חוץ-תאית קשה (למשל, מינים אחרים דרוזופילה , C. elegans השני המתעוררים דגם הגעה אורגניזמים) כדי למדוד את תכולת שומן תחת תנאים סביבתיים, גנטי או פיזיולוגיות שונות, בכל שלב של פיתוח, לבגרות או שלב של מחלה מטבולית. וזמינותו תג מבוססת על מדידה ערכי צבע מוחלטים של סדרה של תגובות אנזימטיות זה לבזות את התגים לתוך חומצות שומן בחינם, גליצרול, גליצרול 3-פוספט ולבסוף2O H2 זה מגיב 4-aminoantipyrine (4-AAP) ו- 3.5- dichloro-2-hydroxybenzene (DHBS 3.5) כדי לייצר מוצר בצבע אדום נמדד באמצעות ספקטרופוטומטרים 96-ובכן סולפנט
Protocol
Representative Results
Discussion
השמנת יתר אינדוקציה בעכברים יכול לקחת חודשים19,20. בזבובים, זו HFD האכלה הפרוטוקול מאפשר אינדוקציה של עודף הצטברות שומן תוך מספר ימים או פחות, גורם מגביר הצטברות שומן רק לאחר 18 h (ראה איור 2). HFD האכלה עם פרוטוקול המתואר גלוקוז תוכן 12 ע…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ברצוננו להודות אריקה טיילור עבור עריכת כתב היד הזה. עבודה זו מומן על ידי מענקים של מכוני הבריאות הלאומיים (P01 HL098053, P01 AG033561 ו- R01 HL054732) כדי R.B., תוספת מחקר פוסט דוקטורט (R01 HL085481), מלגת (AAUW) S.B.D., מענקים של איגוד הלב האמריקני S.B.D. ואני חוזר לבסיס
Materials
| Talboys Ball dropper/bead Dispenser | Talboys | #: 930150 | |
| Talboys High Throughput Homogenizer | Talboys | #: 930145 | |
| Grinding Balls, Stainless Steel | OPS Diagnostics, LLC | # GBSS 156-5000-01 | 5000 balls |
| Masterblock 96 Well deep Microplates | Greiner Bio-One | # T-3058-1 | case of 80 plates |
| Greiner 96 well microplate flat bottom | Sigma Aldrich | # M4436 | 40 plates |
| Greiner CapMat for sealing multiwell plates | Sigma Aldrich | # C3606 | 50 sealing plates |
| Reagent Reservoirs | Thomas Scientific | # 1192T71 | 12/PK |
| Thermo Scientific Finnpipette 4661040 | Thermo Scientific | # 4661040 | 1-10 ul multipipette |
| Thermo Scientific Finnpipette 4661070 | Thermo Scientific | # 4661070 | 30-300ul multipipette |
| Thermo Scientific Finnpipette 4661020 | Thermo Scientific | #4661020 | 10-100ul multipipette |
| Multichannel tips | Denville Scientific Inc | # P3131-S | for 10 uL pipette |
| Multichannel tips | Denville Scientific Inc | # P3133-S | for 200 uL pipette |
| Multichannel tips | Denville Scientific Inc | #P1125 | for 100 uL pipette |
| Forceps | Roboz Surgical | # 5 Dumonts | Super fine forceps |
| Mettler Toledo Excellence XS Analytical Balance Mfr# XS64 | Cole-Parmer scientific experts | # EW-11333-00 | |
| Metler Toledo Excellence XS Toploading Balance | Cole-Parmer scientific experts | # EW-11333-49 | |
| 96-Well microplate Centrifuge | Hettich Zentrifugen | # Rotina 420R | |
| Microplate Reader | Molecular devices | # SpectraMax 190 | |
| Lab-Line Bench Top Orbit Environ Shaker Incubator | Biostad | # 3527 | |
| Infinity Triglycerides reagent | Thermo Scientific | # TR22421 | |
| Triglyceride Standard | Stanbio | #2103 – 030 | |
| Quick Start Bradford Protein Assay | Bio-RAD | # 500-0205 | 1x dye Reagent |
| Coconut oil | Nutiva | # 692752200014 | 15 0z jar |
| PBS 10X | Thermo Scientific | # AM9625 | 500 ml |
| Triton X-100 | Sigma Aldrich | # 9002-93-1 | |
| Gas-permeable Foil | Macherey-Nagel | # 740675 | 50 pieces |
| filter Paper | VWR | # 28317-241 | Pack of 100 |
| Drosophila vials | Genesee Scientific | Cat #: 32-116SB | |
| Quick Start Bovine Serum Albumin Standard | Bio-Rad | # 5000206 | |
| FlyNap Anesthetic | Carolina | # 173025 | 100 mL |
| Kimwipes Low-Lint | Uline | # S-8115 | 1-Ply, 4.4 x 8.4" |
References
- Ng, M., et al. Global, regional, and national prevalence of overweight and obesity in children and adults during 1980-2013: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2013. Lancet. 384, 766-781 (2014).
- Mortality in the United States, 2014. NCHS data brief, no 229 Available from: https://www.cdc.gov/nchs/products/databriefs/db229.htm (2015)
- Bodmer, R. Heart development in Drosophila and its relationship to vertebrates. Trends Cardiovasc Med. 5, 21-28 (1995).
- Brumby, A. M., Richardson, H. E. Using Drosophila melanogaster to map human cancer pathways. Nat Rev Cancer. 5, 626-639 (2005).
- Chan, H. Y., Bonini, N. M. Drosophila models of human neurodegenerative disease. Cell Death Differ. 7, 1075-1080 (2000).
- Levine, M., et al. Human DNA sequences homologous to a protein coding region conserved between homeotic genes of Drosophila. Cell. 38, 667-673 (1984).
- Bier, E. Drosophila, the golden bug, emerges as a tool for human genetics. Nat Rev Genet. 6, 9-23 (2005).
- Bier, E., Bodmer, R. Drosophila, an emerging model for cardiac disease. Gene. 342, 1-11 (2004).
- Noyes, B. E., et al. Identification and expression of the Drosophila adipokinetic hormone gene. Mol Cell Endocrinol. 109, 133-141 (1995).
- Rajan, A., Perrimon, N. Of flies and men: insights on organismal metabolism from fruit flies. BMC Biol. 11, 38 (2013).
- Rulifson, E. J., et al. Ablation of insulin-producing neurons in flies: growth and diabetic phenotypes. Science. 296, 1118-1120 (2002).
- Birse, R. T., et al. High-fat-diet-induced obesity and heart dysfunction are regulated by the TOR pathway in Drosophila. Cell Metab. 12, 533-544 (2010).
- Musselman, L. P., et al. A high-sugar diet produces obesity and insulin resistance in wild-type Drosophila. Dis Models Mech. 4, 842-849 (2011).
- Diop, S. B., Bodmer, R. Gaining Insights into Diabetic Cardiomyopathy from Drosophila. Trends Endocrinol Metab. 26, 618-627 (2015).
- Williams, M. J., et al. The Obesity-Linked Gene Nudt3 Drosophila Homolog Aps Is Associated With Insulin Signaling. Mol Endocrinol. 29, 1303-1319 (2015).
- Morris, S. N., et al. Development of diet-induced insulin resistance in adult Drosophila melanogaster. Biochim Biophys Acta. 1822, 1230-1237 (2012).
- Bodmer, R. The gene tinman is required for specification of the heart and visceral muscles in Drosophila. Development. 118, 719-729 (1993).
- Erkkila, A., et al. Dietary fatty acids and cardiovascular disease: an epidemiological approach. Prog Lipid Res. 47, 172-187 (2008).
- Ganz, M., et al. High fat diet feeding results in gender specific steatohepatitis and inflammasome activation. World J Gastroenterol. 20, 8525-8534 (2014).
- Wang, C. Y., Liao, J. K. A mouse model of diet-induced obesity and insulin resistance. Methods Mol Biol. 821, 421-433 (2012).
- Stocker, H., Gallant, P. Getting started: an overview on raising and handling Drosophila. Methods Mol Biol. 420, 27-44 (2008).
- Mathews, K. W., et al. Sexual Dimorphism of Body Size Is Controlled by Dosage of the X-Chromosomal Gene Myc and by the Sex-Determining Gene tra in Drosophila. 유전학. 205, 1215-1228 (2017).
- Golay, A., Bobbioni, E. The role of dietary fat in obesity. Int J Obes Relat Metab Disord. 21, 2-11 (1997).
- Diop, S. B., et al. PGC-1/Spargel Counteracts High-Fat-Diet-Induced Obesity and Cardiac Lipotoxicity Downstream of TOR and Brummer ATGL Lipase. Cell Rep. 10, 1-13 (2015).
- Chatterjee, D., et al. Control of metabolic adaptation to fasting by dILP6-induced insulin signaling in Drosophila oenocytes. Proc Natl Acad Sci U S A. 111, 17959-17964 (2014).
- Palanker, L., et al. Drosophila HNF4 regulates lipid mobilization and beta-oxidation. Cell Metab. 9, 228-239 (2009).
- Heinrichsen, E. T., Haddad, G. G. Role of high-fat diet in stress response of Drosophila. PLoS One. 7, 42587 (2012).
- Kitahara, C. M., et al. Association between class III obesity (BMI of 40-59 kg/m2) and mortality: a pooled analysis of 20 prospective studies. PLoS Med. 11, 1001673 (2014).
- Reis, A., et al. A comparison of five lipid extraction solvent systems for lipidomic studies of human LDL. J Lipid Res. 54, 1812-1824 (2013).
- Turne, C., et al. Supercritical fluid extraction and chromatography for fat-soluble vitamin analysis. J Chromatogr A. 936, 215-237 (2001).
- Na, J., et al. Drosophila model of high sugar diet-induced cardiomyopathy. PLoS Genet. 9, 1003175 (2013).
