Uyku ve Meksika Cavefish Lokomotor aktivite otomatik ölçümleri
Summary
Bu iletişim kuralı Lokomotor davranış ve Meksika cavefish uykusunda miktarının için metodoloji ayrıntıları. Önceki analizlere bu davranışları sosyal yer alan balık ölçmek için genişletilir. Bu sistem uyku ve aktivite diğer balık türleri çalışmak için yaygın olarak uygulanabilir.
Abstract
Kültürlenebilen uyku yükseltilmiş uyarılma eşik dahil, Uyku yoksunluğu takip rebound ve davranışsal hareketsizlik dönemlerinde konsolide son derece korunmuş davranış özellikleri ile karakterizedir. Meksika cavefish Astyanax mexicanus (A. mexicanus), özelliği evrim çevre pertürbasyon karşılık olarak çalışmak için bir model var. A. mexicanus gözlü yüzey-konut formları ve sağlam morfolojik ve davranışsal farklılıklar içeren birden çok kör mağaralarda yaşayan nüfus olduğu gibi adlı biri yok. Uyku kaybı birden çok, cavefish bağımsız olarak gelişti nüfus oluştu. Bu iletişim kuralı için uyku ve yüzey balık ve A. mexicanus mağara Lokomotor aktivite miktarının bir metodoloji açıklar. Bir hafta veya daha uzun bir süre için ayrı ayrı muhafaza larva veya yetişkin balık davranış görüntüleme için uygun maliyetli bir video izleme sistemi sağlar. Sistem yaşında 4 gün sonrası döllenme yoluyla yetişkinliğe balık için uygulanabilir. Yaklaşım aynı zamanda tek bir alanda birden çok balık kaydederek sosyal etkileşimler uyku üzerinde etkileri ölçmek için adapte edilebilir. Davranış kayıtları, veri kullanarak izleme yazılımı otomatik analiz ve uyku analiz süresi, dersin uzunluğu ve dersin numarası da dahil olmak üzere birden çok uyku değişken ölçmek özel komut dosyaları kullanılarak işlenir. Bu sistem ölçü uyku, sirkadiyen davranış ve neredeyse herhangi bir balık türleri Zebra balığı ve takımıdır gibi Lokomotor aktivite için uygulanabilir.
Introduction
Uyku hayvanlar alemi, fonksiyonel, fizyolojik ve davranışsal düzeyleri1,2,3boyunca son derece korunmuş. Uyku memeli laboratuvar hayvanlarda genellikle electroencephalograms kullanarak değerlendirilir, Elektrofizyolojik kayıtlar küçük genetik olarak mükellef modeli sistemlerinde daha az pratik ve böylece uyku tipik olarak davranış3 üzerinde karşılaştırılmasıyla ölçülmüştür , 4. davranışsal özellikleri uyku ile ilişkili hayvanlar alemi son derece korunmuş ve artmış uyarılma eşik, uyarılma ve uzun süreli davranış sendika5ile reversibility dahil. Bu önlemlerin uyku sıra–dan belgili tanımlık yuvarlak kurt, C. elegans, ile insanlar6hayvanlarda karakterize etmek için kullanılabilir.
Uyku karakterize etmek için davranışsal sendika kullanımı otomatik izleme yazılımı gerektirir. Yazılım izleme, etkinlik ve hareketsizlik dönemleri birkaç gün üzerinden belirlenir ve uzun süre kullanılmadığında uyku7,8gibi sınıflandırılır. Son yıllarda, birden fazla izleme sistemi küçük genetik olarak mükellef model sistemleri bir çeşitlilik arasında etkinlik veri edinme için geliştirilmiştir; solucanlar, meyve sinekleri ve balık9,10,11de dahil olmak üzere. Bu programlar hayvan davranışları, açık kaynak ücretsiz ve ticari olarak mevcut yazılım7,12,13,14 dahil olmak üzere otomatik izleme için sağlayan yazılım eşlik eder . Bu sistemler ve onların esneklik farklı verimli tarama ve uyku fenotipleri çok sayıda genetik olarak iyileştirilebilir modellerinde karakterizasyonu için izin.
Zebra balığı, Danio rerio, uykusunda genetik incelenmesi çok sayıda gen ve uyku15,16düzenleyen sinir devreleri tanımlaması için açmıştır. Bu ise daha az omurgalı laboratuvar hayvanı uykusunda nöral temeli soruşturma için güçlü bir sistem olması koşuluyla nasıl uyku geliştikçe hakkında bilinen ve ne kadar doğal varyasyon yönetmelik uyku katkıda bulunmaktadır. Meksika cavefish, Astyanax mexicanus (a. mexicanus), uyku, Lokomotor aktivite ve sirkadiyen ritim17,18dramatik farklılıklar gelişmiştir. Sierra Del Abra bölgenin etrafında nüfus kuzeydoğu Meksika19,20,21gözlü yüzey balık Meksika ve Güney Teksas ve en az 29 nehirler yaşamaktadır mağara gibi balıkların adlı biri yok. Dikkat çekici, uyku kaybı, dahil olmak üzere birçok davranış farklılıkları bağımsız olarak birden çok cavefish nüfus14,22yılında çıkmıştır görünmektedir. Bu nedenle, cavefish, uyku, sirkadiyen ve sosyal davranışlar yakınsak evrim soruşturma için bir model sağlar.
Bu iletişim kuralı uyku ve aLokomotor davranış ölçmek için bir sistem açıklar. mexicanus larva ve yetişkinler. Aydınlık ve karanlık koşullarda hayvanların video kaydı için özel olarak oluşturulmuş kızılötesi tabanlı kayıt sistemi sağlar. Piyasada bulunan yazılım etkinliğini ölçmek için kullanılabilir ve özel makrolar hareketsizlik çeşitli yönlerini ölçmek ve uyku dönemleri belirlemek için kullanılır. Bu iletişim kuralı da uyku ve sosyal davranışlar arasındaki etkileşimler incelemek olanağı sağlayan bir tank içinde birden fazla hayvan etkinliğini izlemek için deneysel değişiklikleri açıklar. Bu sistemler ölçü uyku, sirkadiyen davranış ve Zebra balığı ve takımıdır dahil olmak üzere ek balık türlerinin Lokomotor aktivite için uygulanabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu iletişim kuralı uyku ve larva ve yetişkin cavefish Lokomotor aktivite miktarının için özel bir sistem açıklar. Cavefish uyku yönetmelik1genetik ve nöral temeli araştırmak için kullanılan uyku evrimi çalışmak için önde gelen bir model olarak ortaya çıkmıştır. Bu iletişim kuralı kritik adımlarda aydınlatma duruma getirilmesi ve video kalitesi doğru izleme sağlamak için uyku ölçmek için gerekli. Toplama ve burada açıklanan analiz sistemi tamamen işlevsel, bir?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser NIGMS Ödülü GM127872 ACK, NINDS Ödülü 105072 ERD ve ACK ve bildirim için NSF Ödülü 1656574 tarafından desteklenmiştir
Materials
| 12V power adaptor | Environmental Lights | 24 Watt 12 VDC Power Supply | |
| Acrylic dividers (adults) | TAP Plastic | Order sheets in sizes as needed | |
| Adult infrared light power source | Environmnental Lights 24 Watt 12 VDC Power Supply | ||
| Battery pack | CyberPower | CP850PFCLCD | |
| Camera lens (adult) | Navitar Zoom 7000 | Zoom 7000 | |
| Camera lens (larval) | Fujian 35mm f/1.7 | B01CHX7668 | Purchase on Amazon |
| Camera lens adapter | d | 1524219 | |
| Camera mount | CowboyStudio Super Clamp | B002LV7X1K | Purchase on Amazon |
| Fish tank | Deep Blue Professional | ADB11006 | |
| Heat sink (adult) | M-D Building products | SKU: 61085 | Cut to fit |
| Heat sink (larval) | M-D Building products | SKU: 57000 | Cut to fit |
| Infrared lights (adults) | Environmental Lights Infrared 850 nm 5050 LED strip | irrf850-5050-60-reel | Cut to fit |
| Infrared lights (larval) | LED World | B00MO9H7H4 | Purchase on Amazon |
| IR-diffusing acrylic | TAP Plastic | Order sheets in sizes as needed | |
| Laptop/computer | N/A | N/A | Any laptop will work. |
| LED light | Chanzon 10 High Power Led Chip 3W White (6000K-6500K/600mA-700mA/DC 3V-3.4V/3 Watt) | B06XKTRSP7 | Use with Chanzon 25pcs 1W 3W 5W LED Heat Sink (2 pin Black) Aluminum Base Plate Panel |
| light timer | Century 24 Hour Plug-in Mechanical Timer Grounded | ||
| Plastic wall mount for IR | Everbilt Plastic pegboard | Model # 17961 | |
| Power cable | BNTECHGO 22 Gauge Silicone Wire | B01K4RPE0Y | |
| Power source | Rapid LED | MOONLIGHT DRIVER (350MA) | |
| Tissue culture plates | Fisherbrand | 12-well (FB012928) 24-well (FB012929) | |
| Tripod Ball head | Demon DB-44 | B00TQ54CZO | Purchase on Amazon |
| USB Hardrive | Seagate 3TB backup | STDT3000100 | |
| USB Webcam | Microsoft LifeCam | Q2F-00014 | Purchase on Amazon |
| Wall mount for camera | LDR Industries 1/2" Steel pipe | 307 12X36 | Mounted on wall with Flange and 90 degree pipe elbow. Could also use a tripod to hold camera. |
References
- Keene, A. C., Duboue, E. R. The origins and evolution of sleep. The Journal of Experimental Biology. , (2018).
- Joiner, W. J. Unraveling the Evolutionary Determinants of Sleep. Current Biology. 26 (20), R1073-R1087 (2016).
- Allada, R., Siegel, J. M. Unearthing the phylogenetic roots of sleep. Current biology. 18, R670-R679 (2008).
- Sehgal, A., Mignot, E. Genetics of sleep and sleep disorders. Cell. 146, 194-207 (2011).
- Campbell, S. S., Tobler, I. Animal sleep: a review of sleep duration across phylogeny. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 8, 269-300 (1984).
- Raizen, D. M., et al. Lethargus is a Caenorhabditis elegans sleep-like state. Nature. 451, 569-572 (2008).
- Geissmann, Q., Rodriguez, L. G., Beckwith, E. J., French, A. S., Jamasb, A. R., Gilestro, G. Ethoscopes: An Open Platform For High-Throughput Ethomics. bioRxiv. , 113647 (2017).
- Garbe, D. S., et al. Context-specific comparison of sleep acquisition systems in Drosophila. Biology Open. 4 (11), (2015).
- Branson, K., Robie, A. A., Bender, J., Perona, P., Dickinson, M. H. High-throughput ethomics in large groups of Drosophila. Nature Methods. 6 (6), 451-457 (2009).
- Gilestro, G. F., Cirelli, C. PySolo: A complete suite for sleep analysis in Drosophila. Bioinformatics. 25, 1466-1467 (2009).
- Swierczek, N. A., Giles, A. C., Rankin, C. H., Kerr, R. A. High-throughput behavioral analysis in C. elegans. Nature Methods. 8 (7), 592-598 (2011).
- Branson, K., Robie, A. A., Bender, J., Perona, P., Dickinson, M. H. High-throughput ethomics in large groups of Drosophila. Nature Methods. 6, 451-457 (2009).
- Rihel, J., et al. Zebrafish behavioral profiling links drugs to biological targets and rest/wake regulation. Science (New York, N.Y.). 327, 348-351 (2010).
- Yoshizawa, M., et al. Distinct genetic architecture underlies the emergence of sleep loss and prey-seeking behavior in the Mexican cavefish. BMC Biology. 13, (2015).
- Chiu, C. N., Prober, D. A. Regulation of zebrafish sleep and arousal states: current and prospective approaches. Frontiers in Neural Circuits. 7 (April), 58 (2013).
- Elbaz, I., Foulkes, N. S., Gothilf, Y., Appelbaum, L. Circadian clocks, rhythmic synaptic plasticity and the sleep-wake cycle in zebrafish. Frontiers in Neural Circuits. 7, (2013).
- Duboué, E. R., Keene, A. C., Borowsky, R. L. Evolutionary convergence on sleep loss in cavefish populations. Current Biology. 21, 671-676 (2011).
- Beale, A., et al. Circadian rhythms in Mexican blind cavefish Astyanax mexicanus in the lab and in the field. Nature Communications. 4, 2769 (2013).
- Keene, A. C., Yoshizawa, M., McGaugh, S. E. . Biology and Evolution of the Mexican Cavefish. , (2015).
- Jeffery, W. R. Regressive evolution in Astyanax cavefish. Annual Review of Genetics. 43, 25-47 (2009).
- Gross, J. B. The complex origin of Astyanax cavefish. BMC Evolutionary Biology. 12, 105 (2012).
- Aspiras, A., Rohner, N., Marineau, B., Borowsky, R., Tabin, J. Melanocortin 4 receptor mutations contribute to the adaptation of cavefish to nutrient-poor conditions. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (31), 9688 (2015).
- Jaggard, J., et al. The lateral line confers evolutionarily derived sleep loss in the Mexican cavefish. Journal of Experimental Biology. 220 (2), (2017).
- Jaggard, J. B., Stahl, B. A., Lloyd, E., Prober, D. A., Duboue, E. R., Keene, A. C. Hypocretin underlies the evolution of sleep loss in the Mexican cavefish. eLife. , e32637 (2018).
- Hinaux, H., et al. A Developmental Staging Table for Astyanax mexicanus Surface Fish and Pacho ´n Cavefish. Zebrafish. 8 (4), 155-165 (2011).
- Bill, B. R., Petzold, A. M., Clark, K. J., La Schimmenti, ., Ekker, S. C. A primer for morpholino use in zebrafish. Zebrafish. 6 (1), 69-77 (2009).
- Bilandzija, H., Ma, L., Parkhurst, A., Jeffery, W. A potential benefit of albinism in Astyanax cavefish: downregulation of the oca2 gene increases tyrosine and catecholamine levels as an alternative to melanin synthesis. Plos One. 8 (11), e80823 (2013).
- Yokogawa, T., et al. Characterization of sleep in zebrafish and insomnia in hypocretin receptor mutants. PLoS Biology. 5, 2379-2397 (2007).
- Appelbaum, L., et al. Sleep-wake regulation and hypocretin-melatonin interaction in zebrafish. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106, 21942-21947 (2009).
- Singh, C., Oikonomou, G., Prober, D. A. Norepinephrine is required to promote wakefulness and for hypocretin-induced arousal in zebrafish. eLife. 4 (September), (2015).
- Elipot, Y., Hinaux, H., Callebert, J., Rétaux, S. Evolutionary shift from fighting to foraging in blind cavefish through changes in the serotonin network. Current Biology. 23 (1), 1-10 (2013).
- Bell, M. A., Foster, S. A. . The evolutionary biology of the threespine stickleback. 584, (1994).
- Seehausen, O. African cichlid fish: a model system in adaptive radiation research. Proceedings of Biological Sciences/The Royal Society. 273 (1597), 1987-1998 (1597).
- Basolo, A. L. Female preference predates the evolution of the sword in swordtail fish. Science. 250, 808-810 (1990).
