La médiévale utilise le mouvement de rotation doucement induire exercice adulte Drosophila melanogaster en exploitant la géotaxie d’inné, négatif des mouches. Il permet l’analyse des interactions entre l’exercice et de facteurs tels que le génotype, le sexe et régime alimentaire et leur effet sur les dosages moléculaires et physiologiques pour évaluer la santé métabolique.
L’incidence des maladies métaboliques complexes a augmenté suite à une transition généralisée vers des modes de vie de l’augmentation de la consommation calorique et niveaux d’activité abaissée. Ces maladies multifactorielles proviennent d’une combinaison de facteurs génétiques, environnementaux et comportements. Une telle maladie complexe est un Syndrome métabolique (MetS), qui est un groupe de troubles métaboliques, y compris l’hypertension, l’hyperglycémie et l’obésité abdominale. Exercice et intervention diététique sont les traitements primaires recommandés par les médecins pour réduire l’obésité et ses maladies métaboliques subséquentes. Exercice intervention, training, à intervalles aérobiques en particulier stimule des changements favorables dans les facteurs de risque communs pour le diabète de Type 2 (T2DM), des maladies cardiovasculaires (MCV) et d’autres conditions. Avec l’afflux de témoignages décrivant l’exercice de l’effet thérapeutique a sur la santé métabolique, établissant un système de modèles exercent dans un milieu contrôlé fournit un outil précieux pour évaluer les effets de l’exercice dans un contexte expérimental. Drosophila melanogaster est un excellent outil pour étudier les changements physiologiques et moléculaires qui résultent de l’intervention de l’exercice. Les mouches ont des durées de vie courtes et des mécanismes similaires de métaboliser les nutriments en comparaison aux humains. Pour provoquer l’exercice chez la drosophile, nous avons développé une machine appelée la médiévale, qui utilise la tendance innée, négatif géotaxie de la mouche d’induire doucement escalade. Cela permet aux chercheurs de réaliser des expériences sur des cohortes de mouches génétiquement diversifiés afin de mieux comprendre l’interaction génotype-par-environnement qui sous-tendent les effets de l’exercice sur la santé métabolique.
L’enfance et l’obésité adulte sont développent des épidémies dans les cultures qui consomment les régimes riches en calories et restent inactif pendant de longues périodes de temps, ce qui peut entraîner de graves conséquences à long terme, y compris la résistance à l’insuline, l’inflammation chronique et l’arthrose 1 , 2 , 3 , 4. la prévalence de ces troubles ne cesse d’augmenter en raison du déséquilibre croissant dans l’apport calorique et dépenses attribuées à la consommation élevée de graisses et de sucres et d’un mode de vie sédentaire principalement5. Parallèlement, ce déséquilibre de l’énergie a conduit à une multiplication des cas de diabète de Type 2 (T2DM) et la maladie cardiovasculaire (MCV)5. Individus courent un risque plus élevé de développer ces deux troubles si ils ont été diagnostiqués atteints de troubles du Syndrome métabolique (MetS), dont les symptômes incluent l’obésité abdominale et dyslipidémie2. MetS est façonnée par les interactions complexes entre le génotype et divers facteurs environnementaux, comme le régime alimentaire et exercice6. Ainsi, pour obtenir une pleine compréhension des mécanismes sous-jacents de cette maladie complexe, tous ces facteurs devraient être considéré.
Quand il s’agit de la lutte contre les MetS, les médecins recommandent d’abord qui subissent des changements de style de vie qui incluent manger un régime alimentaire sain et équilibré et une activité physique2,7,8. Étant donné que des médicaments efficaces sont limitées et la chirurgie de pontage gastrique est coûteuse et nécessite une surveillance médicale permanente, des interventions pharmacologiques et chirurgicales ne sont recommandée que pour les cas graves et uniquement en combinaison avec ces changements de mode de vie3 ,7,8. Alors que des interventions de style de vie, tels que l’exercice et un régime, peuvent produire et maintenir les objectifs à long terme de perte de poids, si oui ou non ces mesures correctives peuvent atténuer complètement les effets négatifs associés aux MetS a besoin d’une étude plus approfondie7, 8.
Modèles de souris ont été utilisés pour examiner les effets de l’exercice sur les maladies métaboliques des années ; Toutefois, l’introduction de l’exercice à bord de recherche MetS est une activité relativement récente9,10,11,12. Mouches fournissent le véhicule parfait pour étudier l’exercice en milieu contrôlées en laboratoire, car ils sont facilement manipulables, ont une durée de vie courte, sont peu coûteux à entretenir et les voies métaboliques liés à l’énergie sont hautement conservées entre Drosophila et les humains13. D. melanogaster génomes sont bien caractérisés, et il y a une multitude d’outils génétique disponible pour une utilisation chez la drosophile qui peut donner un aperçu de différents génotypes et des interactions génotype-par-environnement qui pourraient moduler la effet de l’exercice sur la santé des14.
Les méthodes actuelles de l’exercice de Drosophila invoquent tendance de géotaxie innée, négatif de la mouche, l’instinct comportemental à monter vers le haut, pour stimuler la montée chez les adultes dans leur enclos11,12,15 . La tour de puissance, un moyen de stimuler l’exercice chez les mouches, systématiquement déclenche les enclos mouches verticalement et puis retombe eux à la surface du banc, frapper efficacement les mouches au fond du flacon, induisant ainsi leur instinctive géotaxie négative 12 , 16. des expériences réalisées à l’aide de cette machine ont montré que l’exercice est un puissant facteur de protection contre de nombreuses maladies liées au vieillissement, y compris les droits antidumping et compensateurs T2DM et favorise le vieillissement en santé12,17,18 . Plus précisément, ils ont démontré que l’exercice peut réduire l’apparition de la diminution de la mobilité liée à l’âge chez les mouches et améliorer les symptômes liés à l’âge multiples, tels que la performance cardiaque et souligner la réponse17,18. Toutefois, le contrôle vole jamais placé sur la tour a montré des résultats escalade plus élevés que ceux touchés par la machine, ce qui suggère que la force des gouttes répétitifs peut-être causer un dommage à le mouches et affectant la mobilité12. Ceci suggère qu’une autre méthode d’induction d’exercice qui est moins vigoureux et évite de provoquer des traumatismes physiques serait une méthode utile, complémentaire à la Power Tower protocole16.
Pour provoquer doucement l’exercice chez la drosophile, nous avons mis au point un appareil d’exercice appelé la médiévale (Figure 1). La médiévale de (ci-après abrégé en TW) mouvement de rotation déclenche la tendance innée, négatif géotaxie des mouches en redéfinissant constamment gravitationnel haut du flacon, qui, à son tour, stimule la montée dans les mouches. Contrairement aux autres méthodes, le mouvement de rotation de la TW est intrinsèquement doux, ce qui minimise le nombre de facteurs de stress supplémentaires qui peuvent survenir et impact sur les résultats. Ainsi, la machine permet d’induire l’exercice dans un grand nombre de mouches sans provoquer de stress, ce qui permettra aux chercheurs d’étudier les effets de l’exercice sur la santé métabolique (Figure 2), le vieillissement, sommeil et de nombreux autres sujets11.
Notre méthode suit un inverse pyramidale, le protocole de formation intervalle, qui en grande partie incorpore des aspects d’intervalle aérobie (ACI) de formation avec une endurance entraînement physique. Le régime standard de l’ACI est altéré dans le présent protocole pour augmenter progressivement la durée de chaque intervalle, sur une période de cinq jours pour favoriser l’endurance. ACI a été particulièrement utile dans la prévention des MetS par rapport aux autres modes d’intervention et plus efficace dans l’inversion des facteurs de risque communs du Syndrome métabolique à un exercice modéré continue19,20. Cependant, un inconvénient de la TW par rapport à la tour de puissance est que les mouches s’habituer plus rapidement pour le mouvement de rotation, donc variation dans une tendance innée à s’habituer parmi les mouches peut compliquer l’interprétation des avantages de l’exercice. 11 une solution élégante à cette limitation est décrite par Watanabe et énigme15 et leur complément article21.
Le protocole d’exercice détaillé ici a été montré pour stimuler avec succès des exercices légers chez la drosophile et peut être utilisé pour simuler un exercice d’endurance dans un laboratoire contrôlé11. Il est à noter que, lorsque initialement perfectionner la médiévale, nous considérés comme des produits commerciaux susceptibles d’être modifiés pour effectuer de la même manière (par exemple, une rôtisserie de laboratoire). Cependant, nous ont finalement rejeté cette approche, choisir un design sur mesure, car l’équipement commercial n’avait pas une vitesse de rotation suffisamment basse (4 tr/min) et n’avait pas une capacité suffisante de flacon pour la production d’échantillons de haut débit.
Le protocole TW lui-même peut être ajusté pour englober une vaste gamme de sujets de recherche. Par exemple, réglage de la fréquence et la durée des régimes d’exercice des mouches peut modifier les intensités des travaux-outs qu’ils reçoivent. En prolongeant le protocole de plus d’une semaine, ou à d’autres groupes d’âge, il serait possible d’étudier les effets de l’exercice sur le vieillissement et de diverses maladies liées au vieillissement. Nous recommandons que si une approche étendue exercice est mis en œuvre, puis jour de repos au moins une par semaine ajoutons permettant la récupération. Performance et l’amélioration s’est avéré être supérieur dans les régimes prévoyant une journée de récupération que les régimes qui utilisé consécutives d’exercice quotidien12. En outre, nous mets en garde contre l’extension des longueurs de combat exercice passé 30 min car accoutumance au mouvement de rotation peut survenir après de longues périodes de continu exercent11. Nous avons également observé des variations génétiques dans la motivation des mouches pour maintenir leur niveau d’activité sur la TW11. Ainsi, si vous désirez des périodes plus longues, envisager de surveillance des niveaux d’activité des mouches, tel que présenté par Watanabe et énigme15,21 décrivant leur modification de la notion TW. D’autres facteurs qui pourraient être modifiées comprennent la température et sommeil-éveil motifs qui ne semblent pas concerner les mouvements mouche26,27.
Il existe une pléthore d’analyses disponibles pendant et après l’achèvement de protocole pour contrer les effets de l’exercice au niveau moléculaire, comportementaux et physiologique, ainsi que le potentiel de démêler les effets épigénétiques de l’exercice. Des tests métaboliques supplémentaires (par exemple, le glucose, le glycogène et protéine), performance cardiaque et réaction inflammatoire mesures peuvent être utilisées afin d’étudier l’exercice effet a sur mouche physiologie et corps composition12,14 ,24,28. Divers changements comportements associés à l’induction de l’exercice, comme des changements de comportement alimentaire, l’activité locomotrice et sommeil, peuvent également être mesurés à l’aide d’outils comme le CAFE dosage29 ou l’activité surveillance appareils12,15 ,,30. Changements dans l’expression des gènes et attribués à l’exercice de la respiration cellulaire peuvent également être quantifiées à l’aide de méthodes telles que qRT-PCR11 et respirométrie31. Enfin, la drosophile ont précieuses ressources génétiques disponibles, comme la drosophile génétique référence panneau 2 et la ressource drosophile de Population synthétiques qui permettent aux chercheurs de la plate-forme pour effectuer des études génétiques quantitatives25,32. Ces outils permettent des expériences de cartographie, comme la cartographie Genome-Wide Association études et Quantitative Trait Loci, d’identifier les locus candidats associés à l’alimentation et l’exercice.
Études réalisées à l’aide de la médiévale a démontré que, en moyenne, exercice diminue de poids corporel, stockage total de triglycéride et glycogène, tout en augmentant la teneur en protéines et escalade performance11. En outre, il y avait des réponses variables d’exercer à travers les sexes et les génotypes de poids corporel, ainsi que de triglycérides, protéine, glycogène, de glucose et activité niveaux11,15. Alors que la variabilité de la réponse d’exercer et de régime entre génotypes et le sexe peut-être être difficile à interpréter et, parfois, contraire à l’intuition, il reflète les sources de variation réelle biologique observée dans les populations naturelles. Car nous nous efforçons de comprendre la diversité des facteurs sous-jacents qui contribuent à des taux élevés de MetS, des outils qui facilitent la démêler le rôle relatif des différents facteurs qui contribuent en testant ces facteurs en organismes modèles sera crucial pour nous permettre de pour élaborer des interventions de prévention et de traitement personnalisées. Pour évaluer pleinement l’efficacité de l’exercice, chacun de ces facteurs et leur interaction doit être considérée lorsque les expériences de conduite et de formuler des conclusions.
Le TW, comme la plupart des autres ergomètres mouche, est limité dans sa capacité à quantifier fly motion. Récemment, Watanabe et Riddle développé la rotation exercice Quantification système (REQS), un squelette TW modifié avec une activité de surveillance unit (LAM25H) du système de surveillance de Drosophila série15,21. Comme le TW, ce système utilise un mouvement rotatif pour amener doucement exercice tout en utilisant le bras LAM25H pour dépister et quantifier l’activité des mouche, mais il possède un plus petit nombre de fioles (32 fioles) que le TW15. Pour les études de l’exercice de haut-débit, si la quantification de l’activité n’est pas nécessaire ou souhaité, le TW permet pour un plus grand nombre d’échantillon. La conception TW pourrait aussi être modifiée depuis sa forme actuelle pour accueillir un plus grand nombre de flacons. Ce système, ainsi que d’autres méthodes existantes de l’exercice, ont permis d’établir que l’exercice n’est pas seulement réalisable chez la drosophile mais peut également être étudié afin de déterminer l’effet de l’activité physique sur une variété de réactions physiologiques et moléculaires 11,12,15. Ainsi, le TW, comme une méthode éprouvée d’induire des exercices légers chez les mouches, peut être utilisé pour détecter une grande variété de questions biologiques.
The authors have nothing to disclose.
Nous tenons à remercier Julie Jarnigan, Meredith Owens, Rachel Hill, Brandon Moye, Laura Mafla, Olivia Fish et le reste du laboratoire Reed pour leur aide à l’élevage mouche et traitement de l’image. Sean Mendez construit l’origine médiévale avec l’aide de l’atelier d’usinage UAB. Cette étude a été financé par le NIH R01 GM 098856 LKR, la créativité de premier cycle et Académie de recherche à l’Université d’Alabama à KEL et ÉCHER.
Materials for TreadWheel Construction: | |||
Heavy Duty Vibration-Damping leveling Mount | McMaster-Carr | 60855K71 | Quantity: 4 |
Stainless Steel Ball Bearing | McMaster-Carr | 57155K306 | Quantity: 8 |
Plug-in Voltage Transformer (500MA, 120VAC input, 24 VAC output) | McMaster-Carr | 70235K16 | Quantity: 1 |
Compact Square-Face DC Gear motor | McMaster-Carr | 6409K23 | Quantity: 1 |
Tool Holder (clamps) | McMaster-Carr | 1723A22 | Quantity: 5 (10x) |
12L14 Carbon Steel Tight-Tolerance Rod | McMaster-Carr | 5227T24 | Quantity: 1 |
Set Screw Shaft Collar | McMaster-Carr | 6432K13 | Quantity: 8 |
Round-Belt Pulley | McMaster-Carr | 6284K51 | Quantity: 5 |
Dart Controls – 25 Max RPM, Electric AC DC Motor | McMaster-Carr | 13DV 1A | Quantity: 1 |
Materials for Fly Maintenace and Husbandry | |||
6 oz Square Bottom Bottles (polypropylene) | Genesee Scientific | 32-130 | Quantity: 1 |
35x10mm Petri Dishes | VWR | 82050-536 | Quantity: 1 |
Narrow Drosophila vials | Genesee Scientific | 32-116 | Quantity: 1 |
Flystuff Flypad | Genesee Scientific | 59-114 | Quantity: 1 |
Blowgun, Mini | Genesee Scientific | 54-104 | Quantity: 1 |
Materials for RING-like Assay: | |||
ImageJ software | NIH | https://imagej.nih.gov/ij/ | Quantity: 1 |
1 cM graph paper or drawn grid (at least 20 cM by 30 cM) | various | Quantity: 1 | |
digital camera with timer or smart phone with camera timer app | various | Quantity: 1 | |
Materials for Triglyceride Assay: | |||
Dewar Flask | VWR | 14200-960 | Quantity: 1 |
Serum Triglyceride Determination Kit | Sigma Aldrich | TRO100 | Quantity: 1 |
Cordless Pestle Motor | VWR | 47747-370 | Quantity: 1 |
Pestles | VWR | 47747-358 | Quantity: 1 |