TreadWheel 회전 모션을 사용 하 여 부드럽게 파리 타고 난, 부정적인 geotaxis을 이용 하 여 성인 초파리 melanogaster 에서 운동 유도. 대사 상태를 평가 하기 위해 운동 유전자, 섹스, 다이어트, 생리 및 분자 분석에 미치는 영향 등의 요소 사이의 상호 작용의 분석에 대 한 수 있습니다.
복잡 한 대사 질환의 발병 률 증가 열 량 섭취 량 및 낮춘된 활동 레벨의 라이프 스타일을 향해 광범위 한 전환의 결과로 증가 했다. 이러한 multifactorial 질병 유전자, 환경, 그리고 행동 요인의 조합에서 발생 한다. 하나 같은 복잡 한 질병은 변화 증후군 (뉴욕 메츠), 대사 장애, 고혈압, 혈당, 복 부 비만 등의 클러스터입니다. 운동과 식이 중재는 비만 그 이후의 대사 질환을 완화 하기 위해 의사에 의해 권장 기본 치료법입니다. 운동 개입, 특히 에어로빅 간격 훈련, 유형 2 당뇨병 Mellitus (T2DM), 심장 혈관 질병 (CVD), 및 다른 조건에 대 한 일반적인 위험 요소에 유리한 변화를 자극. 증거의 유입과 함께 치료 효과 운동 설명 대사 건강, 실험에서 운동 효과 평가 하기 위한 유용한 도구를 제공 하는 모델 운동 제어 설정에서 시스템 구축에 있다. 초파리 melanogaster 운동 개입에 기인 하는 생리 및 분자 변화 조사를 위한 훌륭한 도구입니다. 파리 짧은 수명이 있고 인 간에 비해 영양소 물질 대사로 변화 시키기의 유사한 기계 장치. 초파리에 있는 운동 유도, 우리 라는 TreadWheel, 파리의 타고 난, 부정적인 geotaxis 경향이 부드럽게 등반 유도 이용 하는 기계를 개발 했다. 연구원을 대사 건강에 운동의 효과 기본 환경에 의해 유전자 상호 작용을 이해 하기 유전자 다양 한의 큰 동료에 실험을 수행할 수 있습니다.
유년기와 성인 비만 전염병 높은 칼로리 다이어트를 소비 하 고 심각한 장기 결과, 인슐린 저항, 관절염, 만성 염증 등으로 이어질 수 있는 시간의 연장된 기간 동안 유휴 상태로 유지 하는 문화권에서 성장 하 고 있다 1 , 2 , 3 , 4. 칼로리 섭취 량에 지방과 당 분은 주로 앉아있는 생활5의 높은 소비에 지출 성장 불균형으로 인해 상승 계속이 무질서의 보급. 대응 하 게,이 에너지 불균형 경우 유형 2 당뇨병 Mellitus (T2DM) 및 심장 혈관 질병 (CVD)5의 증가를 주도하 고 있다. 개인 변화 증후군 (뉴욕 메츠), 그 증상은 복 부 비만 dyslipidemia2장애 진단 되었습니다 두 질환을 개발의 높은 위험이 있습니다. 메츠는 유전자 형 및 다이어트 등 다양 한 환경 요인 사이의 복잡 한 상호 작용에 의해 형성 되 고 운동6. 따라서,이 복잡 한 질병의 근본적인 메커니즘의 완전 한 이해를 얻으려면, 이러한 요인을 모두 고려해 야 합니다.
그것에 올 때 메츠 퇴치, 의사 먼저 먹고 건강 한, 균형 잡힌 식이 요법과 신체 활동2,,78포함 하는 라이프 스타일 변화를 겪고 권장 합니다. 심한 경우와 함께 이러한 생활 습관의 변화3에만 약리학 및 외과 개입만 권장 있기 때문에 효과적인 약물은 제한 위장 수술은 비용이 많이 드는 하며 평생 의료 모니터링, ,,78. 동안 라이프 스타일 개입, 운동과 다이어트, 등의 생산 하 고, 장기적인 체중 감량 목표를 유지, 여부에 상관 없이 이러한 시정 조치 완전히 메츠와 관련 된 부정적인 효과 개량 해야 진학7, 8.
마우스 모델 년; 대사 질환에 운동의 효과 검사 하는 데 사용 되었습니다. 그러나, 운동 연구 메츠에 비행의 소개는 비교적 최근의 노력9,10,,1112이다. 파리 제공 운동 제어 된 실험실 설정에서 공부 하는 완벽 한 차량 때문에 그들은 쉽게 조작, 짧은 수명을, 유지, 저렴 하 고 에너지 관련 대사 경로 매우 초파리 사이 보존 인간13. D. melanogaster 게놈은 잘 특징 이다, 그리고 다양 한 유전학 도구 다양 한 genotypes 변조 수 있는 환경에 의해 유전자 상호 작용에 대 한 통찰력을 제공할 수 있는 초파리 에서 사용할 수 있는 organismal 건강14에 운동의 효과.
초파리 를 행사 하는 현재 방법 호출 파리의 타고 난, 부정적인 geotaxis 경향, 위쪽으로 올라, 그들의 인클로저11,12,15 내 성인 등반을 자극 하는 행동 본능 . 전력 타워, 파리, 운동을 자극 하는 방법은 체계적으로 수직 비행 인클로저를 제기 하 고 삭제 그들 다시 벤치 표면에 효과적으로 유리병의 바닥에 파리를 노크 따라서 그들의 본능적 인 부정적인 geotaxis 유도 12 , 16.이 기계를 사용 하 여 실시 하는 실험 했다 운동 T2DM, 증 착 등의 많은 나이-관련 질병에 대 한 강력한 보호 요소 이며, 건강 한 노화12,17,18 촉진 . 특히, 그들은 그 수 파리에서 나이 관련 이동성 감소의 발병을 줄일 수 및 심장 성능 등 여러 연령 관련 증상을 개선 운동과 스트레스 응답17,18시연. 그러나, 제어 파리 발생 하는 반복적인 방울의 힘 파리 부상 수 있습니다 제안에 영향을 미치는 이동성12기계 보다 더 높은 등반 점수를 보여주 타워에 배치 하지. 이 유도 하는 운동 이며 덜 강력한 물리적 외상 발생을 방지 하는 대체 방법을 전력 타워 프로토콜16에 유용, 보완 방법 될 것 이라고 제안 합니다.
초파리, 운동을 부드럽게 유도 하 우리 라는 TreadWheel (그림 1). 운동 기계 개발 (이제부터로 축약 TW) TreadWheel 회전 모션 끊임없이 재정의 중력 상단의 튜브, 차례 차례로, 파리에서 등반을 자극 하 여 파리 타고 난, 부정적인 geotaxis 추세를 트리거합니다. 다른 방법과 달리는 TW의 회전 움직임은 본질적으로 부드러운는 발생할 결과 영향을 줄 수 있는 추가적인 스트레스의 수를 최소화 한다. 따라서, 기계 연구원 대사 건강 (그림 2), 노화, 수 면, 그리고 다른 많은 주제11에 운동의 효과 연구 하면 스트레스를 유도 하지 않고 파리의 많은 수에 있는 운동 유도 하는 수단을 제공 합니다.
우리의 방법은 역 피라미드, 크게 통합 하는 일부 지구력 훈련 (AIT) 에어로빅 간격의 간격 훈련 프로토콜 훈련 운동. 표준 AIT 정권이 점차 증가 지구력 증진을 5 일 동안 각 간격의 기간에이 프로토콜에서 변경 됩니다. AIT 다른 개입 방법을 기준으로 메츠를 방지에 특히 유용 했습니다 고 반전 연속 적당 한 운동19,20보다 대사 증후군의 일반적인 위험 요소에 더 효과적 이었습니다. 그러나,는 전력 타워에 상대적인 TW의 단점은 파리 더 빨리 회전 동작에 길 들, 따라서 타고 난 경향이 파리 사이 길 들에서 운동의 장점의 해석을 복잡 하 게 수 있습니다. 11 와타나베와 수수께끼15 와 그들의 보완 제21이 제한에 우아한 해결책을 설명 합니다.
여기 자세한 운동 프로토콜 성공적으로 초파리 에서 부드러운 운동 자극을 보여왔다 고 지구력 운동11설정 제어 실험실에서 시뮬레이션을 사용할 수 있습니다. TreadWheel 개념을 처음 개발할 때 우리가 마찬가지로 수행을 수정할 수 있습니다 상용 제품을 고려 주목 해야 한다 (예를 들어, 실험실 rotisserie). 그러나, 우리가 궁극적으로 거부이 방법을 상용 장비는 충분히 낮은 회전 속도 (rpm 4) 하지 않은 높은 처리량 샘플 세대에 대 한 충분 한 유리병 용량 부족 때문에 맞춤 디자인을 선택.
다양 한 연구 주제를 포괄 하는 TW 프로토콜 자체를 조정할 수 있습니다. 예를 들어 주파수 및 파리의 운동 정권 기간 조정 받을 작품-아웃의 강도 변경할 수 있습니다. 1 주일 또는 다른 연령 그룹에 더 이상 프로토콜을 확장 하 여 그것 노화 다양 한 연령과 관련 된 질병에 대 한 운동의 효과 연구 하는 것입니다. 확장된 운동 접근 방식을 구현 하는 경우 다음 주 당 적어도 1 개의 나머지 하루 추가 해야 복구를 위해 수 있도록 하는 것이 좋습니다. 성능 및 개선 포함 연속 매일 운동12를 사용 하는 그 정권 보다 복구 하루 정권에서 큰 것으로 보였다. 또한, 우리는 오랜 기간 지속적인 운동11후 회전 동작에 habituation 발생할 수 있으므로 운동 시 합 길이 지난 30 분을 연장 하는 것에 대 한 주의 것입니다. 우리는 또한 TW11에 그들의 활동 수준을 유지 하기 위해 동기 부여 파리의 유전자 변화를 관찰 하 고. 따라서, 더 이상 관찰 바란다면 와타나베와 수수께끼15,21 설명 TW 개념의 그들의 수정에 의해 발표로 파리 활동 수준 모니터링 고려 하십시오. 변화 될 수 있는 다른 요인은 온도 및 포함 잠 철 야 패턴 비행 움직임26,27영향을 표시 합니다.
동안과 운동 후 효과 해명 하기 잠재력 뿐 아니라 생리, 행동, 및 분자 수준에서 운동의 효과 해결 하기 위해 프로토콜 완료 후 사용할 수 있는 분석의 과다 한이 있다. 추가 대사 분석 실험 (예: 포도 당, 글 리 코겐, 단백질), 심장 성능 및 염증 반응을 측정 추가 탐험 효과 운동 사용할 수 있습니다 비행 생리학 및 신체 구성12,14에 ,,2428. 운동 유도, 행동, 운동 활동 및 수 면, 수 유에 변화 등와 관련 된 다양 한 행동 변화 또한 측정 될 수 있다 카페 분석 결과29 또는 활동 모니터링 장치12,15 같은 도구를 사용 하 여 ,30. 유전자 발현과 세포 호흡 운동에 변화 수 있습니다 또한 qRT-PCR11 , respirometry31같은 방법을 사용 하 여 측정할 수 있습니다. 마지막으로, 초파리 는 초파리 유전학 참조 패널 2 초파리 합성 인구 자원 연구원 수행 하기 위해 플랫폼을 제공 하는 등 사용할 수 있는 귀중 한 유전 자원 양적 유전자 연구25,32. 이러한 도구는 게놈 넓은 협회 연구 및 양적 특성 Loci 매핑, 운동 및 다이어트와 관련 된 후보 loci를 식별 하기 위해 같은 매핑 실험 가능
연구는 TreadWheel를 사용 하 여 완료, 평균, 운동 감소 체중, 총 triglyceride 저장 및 글 리 코겐, 단백질 함량을 증가 하 고 성능11등반 하면서 설명 했다. 또한, 남녀와 몸 무게로 트리 글 리세 리드, 단백질, glycogen, 포도 당, 및 활동 레벨11,15genotypes 운동 변수 응답 했다. 동안 운동과 genotypes와 섹스 다이어트에 대 한 응답의 변화 해석에 도전 수 있습니다, 시간에 어긋나 요, 그것은 반영 한다 자연적인 인구에서 관찰 된 실제 생물 학적 변이의 소스. 우리는 메츠의 높은 속도에 기여 하는 기본 요인의 다양성을 이해 하기 위해 노력 하 고, 모형 유기 체에서 이러한 요소를 테스트 하 여 다양 한 요인의 상대적 역할 disentangling 촉진 도구 우리의 능력에 중요 한 것 개인된 예방 및 치료 개입을 개발 하십시오. 완벽 하 게 운동의 효과 평가, 각 이러한 요소와 그들이 어떻게 상호 작용 고려 되어야 한다 때 실험을 실시 하 고 결론을 공식화.
대부분의 다른 비행 운동 기계 처럼 TW 플라이 모션을 계량 하는 기능에 제한 됩니다. 최근, 와타나베와 수수께끼는 회전 운동 정량화 시스템 (REQS), 초파리 모니터링 시스템 시리즈15,21에서 단위 (LAM25H)을 모니터링 활동으로 수정 TW 등뼈를 개발 했다. TW, 마찬가지로이 시스템 회전 하는 동의 사용 하 여 추적 하 고 계량 비행 활동, LAM25H 팔을 사용 하는 동안 운동을 부드럽게 유도 하지만 TW15보다 튜브 (32 병)의 더 작은 수를 보유 하고있다. 높은 처리량 운동 연구, 활동 정량화 필요 하거나 원하는 경우는 TW 큰 샘플 수 있습니다. TW 디자인 또한 튜브의 더 많은 수를 수용 하기 위해 그것의 현재 모양에서 수정 될 수 있습니다. 다른 기존의 운동 방법, 운동만 초파리 에서 달성 되지 않습니다 하지만 또한 생리 및 분자 응답 의 다양 한 신체 활동의 효과 결정 하 공부 될 수 있다 확립 하는 데 도움이 함께이 시스템, 11,,1215. 따라서, TW, 파리, 부드러운 운동 유도의 입증 된 방법으로 사용할 수 있습니다 큰 다양 한 생물 학적 질문을.
The authors have nothing to disclose.
우리는 줄리 Jarnigan, 메러디스 오웬스, 레이첼 힐, 브랜든 Moye로 라 Mafla, 올리비아, 생선과 비행 축산 및 이미지 처리와 함께 그들의 도움에 대 한 리드 연구소의 나머지 부분을 감사 하 고 싶습니다. 숀 멘데스 UAB 머신 샵의 도움으로 원래 TreadWheel 내장. 이 연구에 대 한 자금 LKR 학부 창의력과 켈리와 BJW 알라바 마의 대학에 연구 아카데미 NIH R01 GM 098856에 의해 제공 했다.
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 |