Misurazione dei livelli di esercizio in Drosophila melanogaster utilizzando il sistema di quantificazione esercizio rotanti (Rich)

Recentemente, i ricercatori hanno iniziato a utilizzare il moscerino della frutta Drosophila melanogaster a studiare biologia di esercizio. D. melanogaster è stato un sistema di modello genetico per oltre 100 anni^1,2. Tuttavia, ricerca di Drosophila ha contribuito non solo la genetica, ma anche ad una varietà di altre discipline tra cui neurobiologia, biologia del comportamento e fisiologia³. Nel 2009, la Power Tower, la prima macchina di esercizio per Drosophila fu descritto⁴. La Power Tower si avvale della risposta geotassi negativa degli animali. Quando sono disturbati, Drosophila tendono a spostarsi nella parte superiore del loro recinto. Questa risposta è ben consolidata ed è la base del saggio popolare “anello” (geotassi negativa iterativo rapido⁵) che viene utilizzato per stimare la capacità di arrampicata e/o idoneità fisica in Drosophila. La Power Tower utilizza un braccio meccanico collegato ad un’unità motore per sollevare ripetutamente una serie di animali nei loro recinti da molti pollici e farli cadere indietro a terra per indurre la risposta negativa geotassi (Tinkerhess et al. 2012⁶ fornire un video che illustra l’utilizzo di Power Tower). Trattamento prolungato sulla Torre di potere così aumenta la quantità di attività fisica (in esecuzione o volare) gli animali eseguire rispetto agli animali di controllo non trattata e sopra tempo porta al miglioramento delle prestazioni nell’analisi della anello per idoneità fisica⁴. Così, questo lavoro ha dimostrato la fattibilità dell’utilizzo di Drosophila come modello per la biologia di esercizio.

Per espandere il repertorio degli strumenti disponibili per la ricerca di esercizio Drosophila, nel 2016, Mendez e colleghi descritto una seconda macchina di esercitazione di Drosophila, il Treadwheel⁷. Simile alla Power Tower, il Treadwheel sfrutta la risposta negativa geotassi di Drosophila. Tuttavia, questa risposta è indotta dalla rotazione continua dei recinti degli animali, piuttosto che di sollevamento e farli cadere come la Power Tower. Questo metodo di induzione è più delicato e permette per un regime di esercizio orientato endurance più che evita qualsiasi trauma fisico che potrebbe verificarsi durante l’esercizio nella Power Tower (Vedi Katzenberger, R. J. et al 2013⁸ per l’impatto del ripetuto fisico trauma sulla salute di Drosophila). Simile al Power Tower⁴, trattamento di esercizio degli animali sul Treadwheel conduce ad una varietà di risposte fisiologiche, compresi cambiamenti di forma fisica, i livelli del trigliceride e corpo peso⁷. Così, due metodi complementari sono disponibili per i biologi di Drosophila studiando esercizio.

Una limitazione di sia la Power Tower e il Treadwheel è l’impossibilità di misurare la quantità di attività indotta dal trattamento di esercizio. L’analisi di video-registrazioni dal vivo tratte dal Treadwheel ha dimostrato che c’erano differenze significative tra i vari ceppi di Drosophila in come rispondono al trattamento esercizio⁷. In particolare, i ceppi studiati hanno differito da in quanto attività ulteriori che animali eseguita quando stimolato⁷. Questa osservazione ci ha spinti a sviluppare un terzo sistema di esercizio, la rotazione esercitare quantificazione sistema (Rich), che permette di misurare i livelli di attività degli animali durante esercizio indotta da rotazione⁹. Il REQS utilizza un commercialmente disponibili attività Monitoraggio unità che è installato su un braccio girevole per stimolare esercizio mediante rotazione come il Treadwheel. Il lavoro iniziale con il Rich conferma che geneticamente diversi ceppi di Drosophila — e i sessi – può avere significativamente differenti risposte alla stimolazione rotazionale e quindi la quantità di esercizio indotta non è identica tra differenti genotipi⁹ . Così, il REQS consente ora i biologi della drosofila misurare la quantità di esercizio indotta dal trattamento, aprendo una varietà di nuove vie di ricerca nel campo di esercizio.

Qui descriviamo in dettaglio come utilizzare i requisiti per la quantificazione dell’esercizio rotazionale. Il REQS induce esercizio rotazionale e misura contemporaneamente i livelli di attività degli animali trattati. Il REQS è in grado di ospitare una grande varietà di programmi di esercizio, che vanno dal semplice 2h regime di esercizio continuo dimostrato qui ai più complessi metodi di addestramento di intervallo come descritto da Mendez e colleghi⁷e la stimolazione può essere regolata tramite velocità di rotazione (tra circa 1-13 di rotazioni al minuto). A seconda dell’unità di monitor attività utilizzato per produrre il REQS, questo metodo è adattabile per l’analisi delle singole mosche o grandi popolazioni di animali. A causa di questa versatilità, la REQS fornisce ai ricercatori di Drosophila con una serie di opportunità di studiare, ad esempio, regimi di esercizio differenti, interventi di dieta o impatto della densità della popolazione.