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我们描述用于记录日常的自发活动节律的过程果蝇和随后的数据分析。自发活动节律是一个可靠的动物生物钟的行为输出,时钟功能的标准读数研究昼夜的突变体或环境研究如何调节昼夜节律系统时使用。
大多数生命形式表现出的细胞,生理和行为现象,是由内源性昼夜驱动(≡24小时)心脏起搏器或时钟的生活节奏。在人体生理系统的故障与许多疾病或功能紊乱。对我们的基本生理节律的机制认识出现了很大的进展,从遗传筛选,据此作为时钟功能读出一个容易测量的行为节奏。利用果蝇的研究,我们了解细胞和生化的昼夜节律的基地作出了开创性的贡献。在果蝇中读出测量的标准生物钟的行为是自发活动。在一般情况下,监控系统包括专门设计的设备,可以测量对果蝇的运动运动。这些设备被安置在环境控制的孵化器坐落在暗室和使用红外光束中断记录的小管内所载的个人苍蝇的自发活动。当过多少天计算, 果蝇表现出每天的活动和不活动周期,行为的节奏,是由动物的内源性昼夜节律系统管辖。与市售的自发活动的监控设备的出现和发展的数据分析软件方案,整个程序已经简化。我们使用系统的Trikinetics公司,这是这里所描述的过程,是目前全世界使用最流行的系统。最近,相同的监控设备已被用于研究在果蝇的睡眠行为。由于日常唤醒许多果蝇的睡眠周期可以同时测量只有1至2周,连续的自发活动数据通常是足够的,这个系统是理想的大型屏幕,以确定果蝇表现改变生物钟或睡眠属性。
该协议的整体设计如图1所示。监测自发活动,住在环境控制的孵化器位于暗房设备的设置,首先需要进行组装。一旦完成,该系统可用于所有后续的自主活动的节奏测量。对于每个实验,(一)准备实验动物,其中可能包括转基因动物或设立必要的十字架,(二)准备玻璃活动管含食物来源,(三)活动管装入苍蝇和连接活动监控的数据收集系统,及(四)记录和分析数据,使用不同的软件取决于要检查什么昼夜或睡眠参数。在此,我们定义为“开始”实验监测设备的苍蝇时,第一次接触到所需的环境孵化器的光/暗条件。
1。设立自主活动监测系统
2。实验动物的制备
3。动管的制备
4。载入苍蝇到动管和自主活动监测系统
5。实验设计数据记录昼夜的频率和振幅的测定
6。代表性的成果
本协议完成后,可以使用相同的数据集,来控制动物的实验动物研究的生物钟和睡眠参数。
生理参数分析:教育图表说明LD或DD条件好几天每天的运动器官的活动或苍蝇的平均活动,可以使用FaasX(图3)生成果蝇通常表现出两个较量的活动;约ZT0(或CT为本。 )被称为“早晨”高峰和周围ZT12(CT 12)称为“黄昏”高峰。这两个较量的活动是由内源性时钟控制,甚至可以在自由运行的DD条件(图3B)观察。这些活动高峰时间的变化可以很容易地观察到教育的图形,可能表明内源性时钟的属性的变化。另一个即指示适当的时钟功能的财产是在自发活动的预期增加,在LD周期前发生的实际暗光或光到暗的过渡(图3A,箭头)。这种行为是清楚地观察到野生型果蝇(图3A),但不在心律失常的突变体, 如每 0(图3C)(Konopka和本泽,美国国家科学院院刊,1971年)。在每0突变体的情况下,所观察到的“早晨”和“黄昏”在LD峰是纯粹的惊吓反应,由于在光/暗条件的突然变化(即“无时钟”苍蝇不预期的环境变化,而 只是对他们的反应)。行为节律性亏损更为明显DD和一般分为早晨或傍晚高峰自发活动的总损失(即随机较量的活动和不活动),每0苍蝇(图3D) ,体现。除了教育图,活动的运动数据可以代表双,情节actogram(FaasX),其中两天的数据是绘制每行按顺序的最后一天的个人资料开始的价值活动两天的下一行(图4)。例如,LD1和2个被绘制在第一线的T他actogram。下一行开始重复的LD2,LD3和遵循。这种格式之后,自发活动覆盖了整个实验的数据中的actogram说明。 Actograms可以绘制为每个飞,或为每个飞基因型。对教育的图形actograms的优势之一是,在日常活动节律的周期长度的变化很容易观察到的(图4)。除了生成教育的图表和actograms,可以从DD条件下的自发活动数据提交到FaasX计算期的长短,使用不同的方案,包括周期 - P。
睡眠/休息参数分析:通过使用目前的定义, 在果蝇的睡眠/休息(亨德里克斯等 2000),这是5个连续的闲置分钟,可以自发活动实验记录的数据进行分析和研究多个使用失眠症患者的睡眠参数(L.安石),一个基于matlab程序。例如%%,苍蝇花睡的时间可以在不同的时间间隔计算,睡眠每隔一小时(图5A),或12小时(图5B)。其他较常见的睡眠可以检验包括参数的意思是休息回合的长度(图5C)和唤醒活动计数(图5D)。平均睡眠/休息回合长度是衡量睡眠是如何巩固,并能说明睡眠质量。唤醒活动,顾名思义,是苍蝇是清醒时的活动率的措施。此参数有助于区分,是真正的苍蝇影响睡眠/休息行为与那些生病或亢进。例如,只是生病的苍蝇似乎睡觉,因为他们不能自如地移动。对于这些苍蝇,将其唤醒活动有关的控制动物。
图1:流程图概述化验在果蝇的运动活动节律的主要步骤的程序,而在左边的权利提供了宝贵的意见 。执行必要的跨越和遗传操作,以获得正确的基因型与具体的实验苍蝇所需的时间量取决于变量的性质和实验设计。标有星号(*)的两个步骤提供时限为成蝇需要时将种子/交配,以产生适当的年龄(1至5天)的实验的后代。
图2:接线图,说明果蝇自发活动的数据收集坝系的不同组件之间的连接 ,一台专用计算机是用来记录果蝇的自发活动计数。活动监视器都装里面配有温度和照明(开/关)控制的孵化器。电脑也可以用来控制在孵化器的定时开/关光照明系统的电源,可挂接的电源供应器(可选)。电源接口单元管理的计算机和活动监视器/孵化器之间的通信。通过UPC连接电脑,电源单元和孵化器(如照明控制是独立的计算机)的交流电源插座,以确保不间断的监测活动,并连续照明光阶段。建议连接所有的电器设施的应急备用电路,如果有的话。
图3:教育图表使用FaasX每天运动器官的节奏的野生型果蝇( 每0 W苍蝇携带每一个+转基因)(A和B)与心律失常瓦特每 0突变体(C和D)的活动节律产生雄蝇被保留在25℃,4天在12:12 LD夹带的周期(光:暗)副署长(常数黑暗)7天。对于每个飞线,个人苍蝇(N> 32)的自发活动水平测定在15分钟的垃圾箱,然后平均获得了该行的集团简介代表。 A和C显示活动产生的平均光/暗周期中的第二和第三天(LD 2-3)的数据,而B和D显示活动产生的数据均在不断黑暗的第二天和第三天(DD 2-3 )。竖线代表活动(任意单位),在光周期(浅灰色)或黑暗时期(深灰)在15分钟的容器记录。 LD教育图表底部的横条,白,灯上;黑,灯光熄灭。 ZT0和ZT12代表的光周期的开始和结束。对于DD教育图表; CT0和CT12再版ESENT在不断的黑暗条件下的主观一天的开始和结束,由灰色条表示。在A组,男=早上繁忙,E =晚高峰。在面板上的箭头,一个代表观察野生型果蝇,这是瓦特每 0心律失常苍蝇缺席早上和傍晚高峰的预期行为。
图4:双积actogram使用说明与野生型,短期或长期的苍蝇的自发活动数据FaasX软件生成的雄蝇,保持在25 ° C,并夹带在12:12劳工处周期为4天,八在不断的黑暗(DD)天的自由运行的周期,使用周期FaasX - P(T)计算。三与野生型时期飞线[瓦特每0每+; 每0突变担负每+转基因长期[瓦特每0;每(S47A); 每0突变每(S47A)基因携带],和短的时期[瓦特这里显示每0;每(S47D); 每0突变进行每(S47D)转基因](邱等,2008年) 。 X轴代表ZT或CT检查的时间,分别在LD或DD和Y轴表示活动计数(任意单位)总结成15分钟的容器。红色虚线连接的实验中的每一天的傍晚高峰。请注意,上下班高峰期间劳工处是“被迫”保持24小时LD周期同步,而在DD的自由运行期间,可以24小时偏离。例如,对于短期内的苍蝇,晚上活动的时间将更早发生连续一天中的每个DD(策划对一个24小时的时间尺度时,如下图所示),而一个正确的转变是观察苍蝇长时期。
图5:在果蝇的睡眠参数量化苍蝇(广- S,CS)在25 ° C暴露于12:12劳工处周期标准失眠(L.安石)是用来对数据进行处理和Microsoft Excel中用于生成此处所示的图表。至少有70苍蝇汇集获得该组的平均值和错误酒吧(平均值的标准误差)所示。 (一)计算基准睡眠每隔一小时;显示,每天有代表性的周期。 (二)基线代表每天循环的睡眠计算,每12小时。 (三)每个休息回合以12小时为单位计算的平均长度。 (四)苏醒活动率计算,每12小时。
在这个协议中,我们描述了测量果蝇自发活动的节奏,一个可靠的输出时钟功能的标准读数蝇生物钟的行为的程序。这已用于检测新的时钟突变体(如Konopka和1971年本泽 ; Dubruille等2009)的大型屏幕,并不断地剖析和了解在体内的时钟功能。它也被用来研究果蝇的睡眠觉醒周期,尽管最近的报告表明,视频数字化分析是更可靠的量化的睡眠比使用自主活动的节奏( 齐默尔曼等人,2008年) 。当使用自主活动的节奏来分析睡眠,在白天的睡眠比例往往被高估。
为了确保本议定书的成功和可重复性,它是至关重要的测定年龄,遗传背景相似的苍蝇,并在同等条件下饲养,水果中的行为表型的苍蝇,如昼夜节律和睡眠/休息活动是非常敏感所有这些因素。在一次实验中使用多个孵化器,重要的是要确保所有孵化器在预期的温度作为温度的函数,因为有些昼夜参数可能会改变。一个字谨慎考虑购买苍蝇孵化器时,并非所有的平等。虽然我们毫不犹豫地推荐任何特定的单位有很多的选择。在提供一个很好的资源, 寻找果蝇工作的孵化器公司出售。有些公司甚至出售“ 果蝇生物钟”的孵化器,其中附加功能,如已为Trikinetics系统和温度斜坡(例如,Tritech)有线。重要功能包括周日光控的能力和良好的温度控制在对果蝇的生理范围(〜15-30 ℃)。孵化器的价格和大小有很大的差异,但是从Trikinetics新的活动监视器,即使是小规模的孵化器,可以容纳相当多的这些设备的数量。此外,虽然湿度控制的孵化器,可用于,这个新增的功能是没有必要的,只要你放在一个小泛水提供湿度(50-70%的罚款)。最后,虽然我们经常使用的数据分析,在本议定书FaasX和失眠,有替代方案和软件(2006年Rosato和Kyriacou),如ClockLab(ActiMetrics),布兰代斯节奏包(D.惠勒,医学院,休斯敦贝勒大学),MAZ(Zordan 等,2007)。
这项工作是支持由美国国立卫生研究院补助NIH34958一,E和NS061952 JC
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Drosophila activity monitor (DAM) | Trikinetics Inc.; Waltham, MA | DAM2 or DAM5 | DAM2 monitors are more compact, and more can fit into a single incubator |
Power supply interface unit (for DAM system) | Trikinetics Inc.; Waltham, MA | PSIU9 | Includes PS9-1 AC Power Supply |
Light controller | Trikinetics Inc.; Waltham, MA | LC6 | |
Pyrex glass tubes | Trikinetics Inc.; Waltham, MA | PGT5, PGT7, and PGT10 | |
Plastic activity tube caps | Trikinetics Inc.; Waltham, MA | CAP5 | Yarn can be used instead of plastic caps. |
DAM System data collection software | Trikinetics Inc.; Waltham, MA | Versions available for both Mac and PC | |
FaasX software | Centre National de la Recherche Scientifique | Only for Mac | |
Insomniac 2.0 software | University of Pittsburgh School of Medicine | Runs on Matlab. Can be used on both PC and Macintosh. | |
Environmental incubator with temperature and diurnal control, e.g. Percival incubator | Percival Scientific, Inc. | I-30BLL | Interior space dimension:Width: 65cm;Height: 86cm;Depth: 55cm |
Environmental incubator with temperature and diurnal control, e.g. DigiTherm Heating/Cooling Incubator with Circadian Timed Lighting and Timed Temperature | Tritech Research, Inc. | 05DT2CIRC001 | Interior space dimension:Width: 36m;Height: 56m;Depth: 28cm |
APC Smart-UPS 2200VA 120V (Emergency power backup unit) | APC | SU2200NET | Output Power Capacity of 1600 Watts |
Sucrose | Sigma-Aldrich | S7903 | |
Bacto Agar | BD Biosciences | 214010 | |
TissuePrep Paraffin pellets | Fisher Scientific | T565 | Melting point 56°C-57°C |
Block heater | VWR international | 12621-014 |
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