Name: a computational method to quantify fly circadian activity
Uploaded: 2017-10-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 5 s
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Wir sind dankbar für Hilfe mit den Videoinhalt Stanislav Lazopulo.

1. Messung fliegen Fortbewegung mittels Drosophila Activity Monitor (DAM) Hinweis: Details finden Sie unter Referenz 5.
<ol><li>Vorbereiten, die einzelnen Röhren mit Essen an einem Ende fliegen und Baumwolle auf der anderen. Ende mit der Nahrung sollte versiegelt werden, um zu verhindern, dass die Speisen austrocknen.
	<ol><li>Setzen ca. 5-6 g fliegen Essen in ein 50 mL Becherglas. Das Essen in kleine Stücke schneiden, so dass es einfacher ist, it. Schmelzen</li>
		<li>Connect 32 einzelne Glasröhren mit einem Gummiband.</li>
		<li>Das Essen im Becherglas schmelzen, durch Erhitzen in der Mikrowelle für 10-15 S. Stop der Mikrowelle alle 5 s und vorsichtig schütteln Sie den Becher um gleich Schmelzen von Lebensmitteln zu gewährleisten.</li>
		<li>, Während das Essen setzen die vorbereiteten einzelnen Rohre in das Becherglas mit Lebensmitteln noch flüssig ist. Die Rohre hoch und runter bewegen, so dass sie gleichmäßig gefüllt sind.</li>
		<li>Erlauben das Essen zum abkühlen und erstarren für ca. 1 h.</li>
		<li>Nachdem das Essen solide ist, entfernen Sie die Rohre mit der Nahrung aus den Becher.</li>
		<li>Dichtung am Ende mit dem Essen, mit Wachs. Sorgfältig reinigen ein Rohr mit einem Papiertuch, dann drücken Sie zuerst das Rohr gegen das Wachs. Visuell überprüfen die Qualität der Dichtung, und wiederholen Sie ggf. die Abdichtung wieder.</li>
		<li>Schließen Sie das andere Ende des Rohrs mit Baumwolle, Baumwolle erlauben Luft zu durchlaufen, während halten eine Fliege in der Röhre gesperrt.</li>
	</ol></li> <li>Legen eine Fliege in jedem einzelnen Röhrchen und die Rohre in die DAM.</li>
	<li>Ort-Monitore in einem Inkubator, der konstante Temperatur und Feuchtigkeit behält. Basierend auf dem Experiment, legen Sie die richtige hell/dunkel-Bedingungen wie folgt.
	<ol><li>Für hell/dunkel-Experimente der fliegen in hell/dunkel-Zyklus für das ganze Experiment halten. Verwenden Sie nicht den ersten Tag der Messungen in der Analyse.</li>
		<li>Für ständige Dunkelheit Experimente, halten Sie zuerst die fliegen für zwei Tage in hell/dunkel-Bedingungen für die Mitnahme und Synchronisation der Uhren und wechseln Sie dann in ständiger Dunkelheit. Verwenden Sie die Messungen ab dem ersten Tag der ständigen Dunkelheit nicht in die Analyse.</li>
	</ol></li> <li>Sammeln Sie mindestens vier Tage von Daten, die in der Analyse verwendet werden können. 
	Hinweis: Das DAM-System wird eine einzelne Datei mit einer Fortbewegung Aufnahme von alle fliegen im Monitor Ausgang.</li>
</ol> 2. Analyse der Daten <ol><li>Split die Monitor-Ausgang Datei in mehrere Dateien fliegen Einzelaktivität; jede Datei sollte eine einzelne Spalte &#39; .txt &#39; Datei mit einer einzelnen fliegen-Fortbewegung Messung.</li>
	<li>Run &#39; ModelFitPS3.m &#39; Funktion in einem Befehlsfenster Matlab mit folgenden input-Parameter: <ol><li>für Samplingrate, die Daten Sampling-Zeit-Intervall in Sekunden festlegen. Wenn Aktivität pro Minute gemessen wurde, geben Sie beispielsweise 60 wie die Samplingrate.</li>
		<li>Für Bin_interval legen Sie das Zeitintervall in Minuten, die Daten werden zur besseren Visualisierung Makulatur; das empfohlene bin Intervall beträgt 20-30 min.</li>
		<li>Für Trend, geben Sie &#34; 1 &#34; Wenn die Daten Grundlinie Trendschau und &#34; 0 &#34; sonst; Daten mit Trend werden einen Polynom zweiten Ordnung und subtrahieren sie dann aus den Daten zuerst trendbereinigte werden.</li>
	</ol></li> <li>In das Popup-Fenster wählen Sie eine einzelne Fliege Aktivitätsdatei. 
	Hinweis: Die erste Handlung ist Daten Leistungsspektrum und nicht die vertraute Tätigkeit Handlung. Aus der geplotteten Leistungsspektrum, bestimmen die primäre Periode T 0: entweder klicken Sie mit der linken Maustaste auf die circadiane Gipfel oder mit der rechten Maustaste auf die zweite harmonische Spitze (um T 0 / 2).</li>
	<li>Auf dem Grundstück geöffnete Daten zu überprüfen, ob am Morgen und Abend Spitzen gut visualisiert werden. Wenn dies nicht der Fall ist, ändern Sie den Bin_interval Wert von überall ein Rechtsklick auf die Grafik und den neuen Bin_interval-Wert in das Dialogfeld eingeben. Das Programm wird die Daten mit dem neuen Wert des Intervalls neu gezeichnet. Um den Bin_interval Wert zu akzeptieren, klicken Sie irgendwo auf das Diagramm.</li>
	<li>Das Programm wird neu zeichnen die Daten wieder und zeigen die ersten fünf Tage der Aktivität. Auf diesem Grundstück, klicken Sie auf die erste M-Spitze, die in der Analyse (manchmal ist es notwendig, ein oder zwei Tage zu überspringen) verwendet werden. 
	Hinweis: Das Programm wird der Graph der gepflückten Morgen Gipfel ab neu gezeichnet. Die blauen und roten Linien zeigen die ungefähre Position der E Peak und nächsten Tag M Gipfel jeweils basierend auf den Zeitraum bestimmt im Schritt 2.4.</li>
	<li>Im selben Diagramm wählen Sie Daten für einen vorläufigen Sitz der Daten mit dem Modell: Klicken Sie auf die folgenden Punkte (in diesem bestellen, beachten Sie, dass die Klick-Position mit einem roten Stern auf der Unterseite angezeigt wird): (i) oben M Spitze; (Ii) Ende der M-Gipfel; (Iii) Beginn der E-Gipfel; (iv) Gipfel des Berges E; (V) Ende der E-Gipfel; (vi) Gipfel des Berges M des nächsten Tages.</li>
	<li>Beachten Sie, dass das Programm nun das Leistungsspektrum präsentiert. 
	Hinweis: Die X Achse ist jetzt in der Frequenz gegeben.
	<ol><li>In dem geöffneten Fenster mit dem Leistungsspektrum, wählen Sie Punkte, die für den Einbau des analytische Ausdrucks für das Modell Leistungsspektrum verwendet werden. Die Periode im Schritt 2.4 erkannt wird mit einer roten Linie markiert. Um Befestigungspunkte auszuwählen, zunächst grob ermitteln der primären Periode, ähnlich wie bei Schritt 2.4. Dann mit dem Schieberegler, Feinabstimmung der primären Periode schätzen, sodass die Armatur zeigt (gezeigt mit roten Kreisen, nach dem Verschieben der Schieberegler erscheint) sind geschlossen, Spitzenwerte.</li>
	</ol></li> <li>Klicken Sie nach Auswahl der visuellen Höhepunkt &#34; akzeptieren &#34; und passt das Programm ausgewählte Punkten mit der analytische Ausdruck zum Berechnen der Modellparameter.</li>
	<li>Hinweis, das die Parameter und spektrale Fit Fehler in der Datei gespeichert sind &#34; model_fit_parameters.txtŔ das Programm spart zusätzlich 2 Figuren mit passt der Bewegungsorgane Daten und seine Leistungsspektrum.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Pittendrigh, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circadian+systems:+general+perspective.">Circadian systems: general perspective.</a> Biological Rhythms. II, 57-80 (1981).</li><li>Zhang, E. E., Kay, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clocks+not+winding+down:+unravelling+circadian+networks.">Clocks not winding down: unravelling circadian networks.</a> Nat Rev Mol Cell Biol. 11 (11), 764-776 (2010).</li><li>Tataroglu, O., Emery, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+molecular+ticks+of+the+Drosophila+circadian+clock.">The molecular ticks of the Drosophila circadian clock.</a> Curr Opin Insect Sci. 7, 51-57 (2015).</li><li>Plautz, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+analysis+of+Drosophila+period+gene+transcription+in+living+animals.">Quantitative analysis of Drosophila period gene transcription in living animals.</a> J Biol Rhythms. 12 (3), 204-217 (1997).</li><li>Chiu, J. C., Low, K. H., Pike, D. H., Yildirim, E., Edery, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assaying+locomotor+activity+to+study+circadian+rhythms+and+sleep+parameters+in+Drosophila.">Assaying locomotor activity to study circadian rhythms and sleep parameters in Drosophila.</a> J Vis Exp. (43), e2157 (2010).</li><li>Helfrich-F&#246;rster, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+control+of+morning+and+evening+components+in+the+activity+rhythm+of+Drosophila+melanogaster--sex-specific+differences+suggest+a+different+quality+of+activity.">Differential control of morning and evening components in the activity rhythm of Drosophila melanogaster--sex-specific differences suggest a different quality of activity.</a> J Biol Rhythms. 15 (2), 135-154 (2000).</li><li>Dautzenberg, F. M., Neysari, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Irreversible+binding+kinetics+of+neuropeptide+Y+ligands+to+Y2+but+not+to+Y1+and+Y5+receptors.">Irreversible binding kinetics of neuropeptide Y ligands to Y2 but not to Y1 and Y5 receptors.</a> Pharmacology. 75 (1), 21-29 (2005).</li><li>Lazopulo, A., Syed, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mathematical+model+provides+mechanistic+links+to+temporal+patterns+in+Drosophila+daily+activity.">A mathematical model provides mechanistic links to temporal patterns in Drosophila daily activity.</a> BMC Neuroscience. 17 (1), 14 (2016).</li><li>Donelson, N., Kim, E. Z., Slawson, J. B., Vecsey, C. G., Huber, R., Griffith, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+positional+tracking+for+long-term+analysis+of+Drosophila+sleep+and+locomotion+using+the+&amp;#34;tracker&amp;#34;+program.">High-resolution positional tracking for long-term analysis of Drosophila sleep and locomotion using the &amp;#34;tracker&amp;#34; program.</a> PloS ONE. 7 (5), e37250 (2012).</li><li>Schlichting, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Neural+Network+Underlying+Circadian+Entrainment+and+Photoperiodic+Adjustment+of+Sleep+and+Activity+in+Drosophila.">A Neural Network Underlying Circadian Entrainment and Photoperiodic Adjustment of Sleep and Activity in Drosophila.</a> J Neurosci. 36 (35), 9084-9096 (2016).</li><li>Guo, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circadian+neuron+feedback+controls+the+Drosophila+sleep-activity+profile.">Circadian neuron feedback controls the Drosophila sleep-activity profile.</a> Nature. 536 (7616), 292-297 (2016).</li></ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Dieses Werk stellt Anweisungen für die Verwendung eine rechnerische Tool, das eine quantitative Beschreibung der fliegen-Fortbewegung Muster bereitstellt. Das Werkzeug passt Fortbewegung Daten mit einem mathematischen Modell, bestehend aus vier exponentielle Begriffe, die zusammen die Form und Größe der M und E Gipfel beschreiben. Die endgültigen Werte für die Modellparameter stammen aus passend die Leistungsspektren der Daten, wo können die Rohdaten artifizielle Effekte verzichten, die Daten binning oder Filterung...

Der circadiane Uhr ist eine endogene biochemische Oszillator mit einer Periode von etwa 24 Stunden und ist fast allgegenwärtig bei Tieren und Pflanzen1,2. Die Uhr hilft eines Organismus interne Prozesse und Verhalten an externe dunkle Lichtzyklus synchronisieren. Die genetische Struktur der circadianen Uhr hat seit den 1960er Jahren umfassend untersucht worden mit der Fruchtfliege, D. Melanogaster. In dieses Insekt, das Herzstück der circadianen Uhr besteht aus vier Proteinen: Zeitraum, TIMELESS, Uhr und Zyklus. Diese Kernkomponenten zusammen mit anderen Molekülen bilden eine Feedback-Schleife, die nahezu sinusförmige Schwingungen der Uhr Gene3,4produziert. Die circadiane Uhr fliegen ist weit studiert mit mehrtägigen Bewegungsorgane Aufnahmen wo fliegen Aktivität mit einem einzigen Infrarot-Strahl überqueren der Mitte von einer einzelnen Röhre5erkannt. Eine typische Fliege Aufnahme hat ein komplexes bimodales Muster mit zwei gut unterscheidbare Gipfel: Morgen Peak (M), der beginnt am Ende der Nacht und hat ein Maximum, wenn Lichter einschalten; und Abend Peak (E), die am Ende des Tages beginnt und hat ein Maximum, wenn6Lichter ausschalten. Interessanterweise ist die Form von solchen Verhaltens Aufnahme ganz anders als die einfache sinusförmigen Schwingungen, die auf molekularer Ebene, was auf die Tätigkeitsbereiche weitere Mechanismen, die einen Beitrag zu den beobachteten zeitlichen Muster beobachtet. Um diese versteckten Mechanismen besser zu verstehen, haben wir eine rechnerische Instrument entwickelt, die eine quantitative Beschreibung der zeitlichen Muster enthält.
In unserer Arbeit gelten Bewegungsorgane Rhythmen in Bezug auf eine Wellenform, die Fliege Aktivitätsmuster imitiert. Da einfache Sinuswellen verwendet werden kann, um die beobachteten rhythmische Veränderungen in Aktivität zu modellieren, testeten wir verschiedene Signalformen, die einfachste auszuwählen, die fängt die hervorstechenden Eigenschaften, die bei den Aufnahmen zu sehen. Fruchtfliege circadiane Verhalten wird durch die Aktivität der Neuronen Uhr gesteuert, die oft exponentielle Muster von Aktivierung und Deaktivierung7haben. Die exponentielle Dynamik und visuelle Analyse der Daten hat uns motiviert, ein Modell mit exponentiellen begriffen, bestehend aus vier Exponenten mit neun unabhängigen Parameter und stark ähnelten die Fliege Tätigkeit Muster8zu bauen. Zusätzlich zu den lokomotorischen Daten analysieren wir auch ihre Leistungsspektrum. Typische fliegen Wirkungsspektrum zeigt mehrere Peaks bei Oberschwingungen T02 T03, etc., zusätzlich zu der erwarteten grundlegenden Peak bei der zirkadianen Periode T0. Nach dem Fourier-Theorem erzeugt nur eine reine Sinuswelle einen einzigen Höhepunkt Leistungsspektren, während komplexere Wellenformen mehrere spektraler Peaks bei Oberschwingungen der primären Periode (Abbildung 1 zeigen). Daher angesichts der nicht-sinusförmigen zeitliche Muster fliegen Aktivität8, ein Multi-peak Leistungsspektrum der Daten soll mathematisch und bedeutet nicht zwangsläufig das Vorhandensein von mehreren Perioden der Schwingung. Wichtig ist, zeigt das Leistungsspektrum der vorgeschlagene Modell Wellenform auch Spitzen alle Oberwellen der primären Periode, ähnlich wie die Fliege Bewegungsorgane Aufnahmen, unterstreicht damit die Hi-Fi, mit denen unser Modell fliegende Daten sowohl in Zeit und Frequenz beschreibt.
Bei Zeit-Auflösungen von wenigen Minuten oder weniger fliegen Aktivität erscheint Daten laut, erschweren die Parameter direkt aus den raw-Daten zu extrahieren. Binning Daten in längeren Zeitabständen Geräuschpegel zu verringern, sondern verändern die Daten in einer Weise, die die Schätzung der Modellparameter beeinflussen können. Deshalb beziehen wir die Parameter von Leistungsspektren der Aufnahmen über einen analytischen Ausdruck für die erwartete Leistungsspektren aus der Fourier-Transformation des Modells Funktion8 (siehe zusätzliche Datei 1 Referenz8) berechnet. Dieser Ansatz der Parameter von den Leistungsspektren erhalten liefert genaue Parameterwerte ohne jede zusätzlichen Manipulationen, z. B. binning oder Filterung, die rohen Aktivitätsdaten. Mathematischen Details des Modells und der Wildtyp und Mutanten Daten-Anwendungen sind in Referenz8beschrieben. Das Protokoll präsentiert hier konzentriert sich auf die schrittweisen Anleitungen zur Verwendung des computational Tools.

<table><tbody><tr><td>Drosophila Activity Monitor</td><td>TriKinetics</td><td>DAM2, DAM5</td><td>Measures fly locootion using single infrared beam</td></tr><tr><td>MatLab</td><td>Mathworks</td><td></td><td>Computing environment and programming language, MatLab should include Optimization and Symbolic Math toolboxes</td></tr><tr><td>Drosophila melanogaster&amp;nbsp;</td><td></td><td>per[S], per[L], iso31(wild type)</td><td>Our analysis can be performed with fly mutants of any circadian period</td></tr></tbody></table>

a computational method to quantify fly circadian activity

In den meisten Tieren und Pflanzen zirkadiane Uhren Verhaltens- und molekulare Prozesse zu orchestrieren und diese mit der täglichen hell-dunkel-Zyklus synchronisieren. Grundlegende Mechanismen, die diese zeitliche Steuerung zugrunde liegen sind umfassend untersucht, mit der Taufliege Drosophila Melanogaster als Modellorganismus. In fliegen wird die Uhr in der Regel durch die Analyse von mehrtägigen Bewegungsorgane Aufnahme untersucht. Diese Aufnahme zeigt ein komplexes bimodales Muster mit zwei Gipfeln der Tätigkeit: eine Morgen-Gipfel, der geschieht, um Beginn und ein Abend-Gipfel, der um Dämmerung passiert. Diese zwei Gipfel bilden zusammen eine Wellenform, die sehr verschieden von sinusförmigen Schwingungen in Uhrengene, was darauf hindeutet, dass Mechanismen neben der Uhr tiefgreifende Auswirkungen haben bei der Herstellung die beobachteten Muster in Verhaltensdaten beobachtet. Hier bieten wir Ihnen Hinweise auf mit einer neu entwickelten rechnerische Methode, die zeitliche Muster fliegen Aktivität mathematisch beschreibt. Die Methode passt Aktivitätsdaten mit einer Modell-Wellenform, die besteht aus vier exponentielle Begriffen und neun unabhängige Parameter, die der Form und Größe der am Morgen und Abend Gipfeln der Aktivität vollständig zu beschreiben. Die extrahierten Parameter können helfen, die kinetischen Mechanismen der Substrate erläutern, die die häufigsten beobachteten bimodale Aktivitätsmuster in Fliege Bewegungsorgane Rhythmen zugrunde liegen.

Die hier vorgestellte Methode ermöglicht Quantifizierung der wichtigsten Merkmale in fliegen-Fortbewegung Muster. Die Quantifizierung wird erreicht durch den Einbau der Aktivitätsdaten mit einem Modell, das aus vier exponentielle Bedingungen besteht:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/55977/55977eq1.jpg">
Das Modell verfügt über neun unabhängige Paramete...

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A Computational Method to Quantify Fly Circadian Activity

Eine rechnerische Methode, Fly Circadian Activity zu quantifizieren

Eine Methode zur Quantifizierung der zeitlichen Hauptmerkmale in Fliege Circadiane Rhythmen Bewegungsapparates gesehen wird vorgestellt. Die Quantifizierung erfolgt durch passende Fliege Aktivität mit einer Multi-parametrisches Modell Wellenform. Die Modellparameter beschreiben die Form und Größe der am Morgen und Abend Gipfeln der Tagesaktivität.

In most animals and plants, circadian clocks orchestrate behavioral and molecular processes and synchronize them to the daily light-dark cycle. ...

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Research

JoVE Journal

Behavior

5.9K Aufrufe.  University of Miami. Eine Methode zur Quantifizierung der zeitlichen Hauptmerkmale in Fliege Circadiane Rhythmen Bewegungsapparates gesehen wird vorgestellt. Die Quantifizierung erfolgt durch passende Fliege Aktivität mit einer Multi-parametrisches Modell Wellenform. Die Modellparameter beschreiben die Form und Größe der am Morgen und Abend Gipfeln der Tagesaktivität.

Serie: A Computational Method to Quantify Fly Circadian Activity

Assaying Locomotor Activity to Study Circadian Rhythms and Sleep Parameters in Drosophila

Most life forms exhibit daily rhythms in cellular, physiological and behavioral phenomena that are driven by endogenous circadian (&equiv;24 hr) pacemakers or clocks. Malfunctions in the human circadian system are associated with numerous diseases or disorders. Much progress towards our understanding of the mechanisms underlying circadian rhythms has emerged from genetic screens whereby an easily measured behavioral rhythm is used as a read-out of clock function. Studies using Drosophila have made seminal contributions to our understanding of the cellular and biochemical bases underlying circadian rhythms. The standard circadian behavioral read-out measured in Drosophila is locomotor activity. In general, the monitoring system involves specially designed devices that can measure the locomotor movement of Drosophila. These devices are housed in environmentally controlled incubators located in a darkroom and are based on using the interruption of a beam of infrared light to record the locomotor activity of individual flies contained inside small tubes. When measured over many days, Drosophila exhibit daily cycles of activity and inactivity, a behavioral rhythm that is governed by the animal's endogenous circadian system. The overall procedure has been simplified with the advent of commercially available locomotor activity monitoring devices and the development of software programs for data analysis. We use the system from Trikinetics Inc., which is the procedure described here and is currently the most popular system used worldwide. More recently, the same monitoring devices have been used to study sleep behavior in Drosophila. Because the daily wake-sleep cycles of many flies can be measured simultaneously and only 1 to 2 weeks worth of continuous locomotor activity data is usually sufficient, this system is ideal for large-scale screens to identify Drosophila manifesting altered circadian or sleep properties.

Assaying Locomotor Activity to Study Circadian Rhythms and Sleep Parameters in Drosophila

We describe procedures for recording daily locomotor activity rhythms of Drosophila and subsequent data analysis. Locomotor activity rhythms are a reliable behavioral output of animal circadian clocks and are used as the standard readout of clock function when studying circadian mutants or examining how the environment regulates the circadian system.

Assaying Bewegungsaktivität zu zirkadianen Rhythmen Study and Sleep Parameter in Drosophila</em

Most life forms exhibit daily rhythms in cellular, physiological and behavioral phenomena that are driven by endogenous circadian (&equiv;24 hr) ...

Forschung

Neurowissenschaften

Measuring Circadian and Acute Light Responses in Mice using Wheel Running Activity

Circadian rhythms are physiological functions that cycle over a period of approximately 24 hours (circadian- circa: approximate and diem: day)1, 2. They are responsible for timing our sleep/wake cycles and hormone secretion. Since this timing is not precisely 24-hours, it is synchronized to the solar day by light input. This is accomplished via photic input from the retina to the suprachiasmatic nucleus (SCN) which serves as the master pacemaker synchronizing peripheral clocks in other regions of the brain and peripheral tissues to the environmental light dark cycle3-7. The alignment of rhythms to this environmental light dark cycle organizes particular physiological events to the correct temporal niche, which is crucial for survival8. For example, mice sleep during the day and are active at night. This ability to consolidate activity to either the light or dark portion of the day is referred to as circadian photoentrainment and requires light input to the circadian clock9. Activity of mice at night is robust particularly in the presence of a running wheel. Measuring this behavior is a minimally invasive method that can be used to evaluate the functionality of the circadian system as well as light input to this system. Methods that will covered here are used to examine the circadian clock, light input to this system, as well as the direct influence of light on wheel running behavior.

This article will review methods that can be used to determine circadian function and light responsiveness in mice.

Mess-und Circadian Akute Licht Responses in Mäuse mit Rad Laufen Activity

Circadian rhythms are physiological functions that cycle over a period of approximately 24 hours (circadian- circa: approximate and diem: day)1, 2.  They ...

Quantitative Measurement of the Immune Response and Sleep in Drosophila

A complex interaction between the immune response and host behavior has been described in a wide range of species. Excess sleep, in particular, is known to occur as a response to infection in mammals 1 and has also recently been described in Drosophila melanogaster2. It is generally accepted that sleep is beneficial to the host during an infection and that it is important for the maintenance of a robust immune system3,4. However, experimental evidence that supports this hypothesis is limited4, and the function of excess sleep during an immune response remains unclear. We have used a multidisciplinary approach to address this complex problem, and have conducted studies in the simple genetic model system, the fruitfly Drosophila melanogaster. We use a standard assay for measuring locomotor behavior and sleep in flies, and demonstrate how this assay is used to measure behavior in flies infected with a pathogenic strain of bacteria. This assay is also useful for monitoring the duration of survival in individual flies during an infection. Additional measures of immune function include the ability of flies to clear an infection and the activation of NF&kappa;B, a key transcription factor that is central to the innate immune response in Drosophila. Both survival outcome and bacterial clearance during infection together are indicators of resistance and tolerance to infection. Resistance refers to the ability of flies to clear an infection, while tolerance is defined as the ability of the host to limit damage from an infection and thereby survive despite high levels of pathogen within the system5. Real-time monitoring of NF&kappa;B activity during infection provides insight into a molecular mechanism of survival during infection. The use of Drosophila in these straightforward assays facilitates the genetic and molecular analyses of sleep and the immune response and how these two complex systems are reciprocally influenced.

Quantitative Measurement of the Immune Response and Sleep in Drosophila

To understand a link between the immune response and behavior, we describe a method to measure locomotor behavior in Drosophila during bacterial infection as well as the ability of flies to mount an immune response by monitoring survival, bacterial load, and real-time activity of a key regulator of innate immunity, NF&kappa;B.

Quantitative Messung der Immunantwort und Sleep in<em&gt; Drosophila</em

A complex interaction between the immune response and  host behavior has been described in a wide range of species. Excess sleep, in  particular, is known ...

Immunologie und Infektion

Determination of the Spontaneous Locomotor Activity in Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster has been used as an excellent model organism to study environmental and genetic manipulations that affect behavior. One such behavior is spontaneous locomotor activity. Here we describe our protocol that utilizes Drosophila population monitors and a tracking system that allows continuous monitoring of the spontaneous locomotor activity of flies for several days at a time. This method is simple, reliable, and objective and can be used to examine the effects of aging, sex, changes in caloric content of food, addition of drugs, or genetic manipulations that mimic human diseases.

Determination of the Spontaneous Locomotor Activity in Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster are useful in studying genetic or environmental manipulations that affect behaviors such as spontaneous locomotor activity.&#160; Here we describe a protocol that utilizes monitors with infrared beams and data analysis software to quantify spontaneous locomotor activity.&#160;

Bestimmung der spontanen lokomotorischen Aktivität in<em&gt; Drosophila melanogaster</em

Drosophila melanogaster has been used as an excellent model organism to study environmental and genetic manipulations that affect behavior. One such ...

A Low-cost Method for Analyzing Seizure-like Activity and Movement in Drosophila

Video tracking systems have been used widely to analyze Drosophila melanogaster movement and detect various abnormalities in locomotive behavior. While these systems can provide a wealth of behavioral information, the cost and complexity of these systems can be prohibitive for many labs. We have developed a low-cost assay for measuring locomotive behavior and seizure movement in D. melanogaster. The system uses a web-cam to capture images that can be processed using a combination of inexpensive and free software to track the distance moved, the average velocity of movement and the duration of movement during a specified time-span. To demonstrate the utility of this system, we examined a group of D. melanogaster mutants, the Bang-sensitive (BS) paralytics, which are 3-10 times more susceptible to seizure-like activity (SLA) than wild type flies. Using this novel system, we were able to detect that the BS mutant bang senseless (bss) exhibits lower levels of exploratory locomotion in a novel environment than wild type flies. In addition, the system was used to identify that the drug metformin, which is commonly used to treat type II diabetes, reduces the intensity of SLA in the BS mutants.

A Low-cost Method for Analyzing Seizure-like Activity and Movement in Drosophila

Using a webcam and a combination of free and inexpensive software programs, locomotive patterns in Drosophila melanogaster can be analyzed to detect differences in the speed, distance, and time of various motor activities.

Ein Low-Cost-Methode für die Analyse von Beschlagnahme-ähnliche Aktivität und Bewegung in<em&gt; Drosophila</em

Video tracking systems have been used widely to analyze Drosophila melanogaster movement and detect various abnormalities in locomotive behavior. While ...

Single-cell Resolution Fluorescence Live Imaging of Drosophila Circadian Clocks in Larval Brain Culture

The circadian pacemaker circuit orchestrates rhythmic behavioral and physiological outputs coordinated with environmental cues, such as day/night cycles. The molecular clock within each pacemaker neuron generates circadian rhythms in gene expression, which underlie the rhythmic neuronal functions essential to the operation of the circuit. Investigation of the properties of the individual molecular oscillators in different subclasses of pacemaker neurons and their interaction with neuronal signaling yields a better understanding of the circadian pacemaker circuit. Here, we present a time-lapse fluorescent microscopy approach developed to monitor the molecular clockwork in clock neurons of cultured Drosophila larval brain. This method allows the multi-day recording of the rhythms of genetically encoded fluorescent circadian reporters at single-cell resolution. This setup can be combined with pharmacological manipulations to closely analyze real-time response of the molecular clock to various compounds. Beyond circadian rhythms, this multipurpose method in combination with powerful Drosophila genetic techniques offers the possibility to study diverse neuronal or molecular processes in live brain tissue.

Single-cell Resolution Fluorescence Live Imaging of Drosophila Circadian Clocks in Larval Brain Culture

The goal of this protocol is to establish ex vivo Drosophila larval brain culture optimized to monitor circadian molecular rhythms with long-term fluorescence time-lapse imaging. The application of this method to pharmacological assays is also discussed.

Einzellige Auflösung Fluoreszenz Imaging von Drosophila zirkadiane Uhren in Larven Gehirn Kultur Leben

The circadian pacemaker circuit orchestrates rhythmic behavioral and physiological outputs coordinated with environmental cues, such as day/night cycles. ...

The Sleep Nullifying Apparatus: A Highly Efficient Method of Sleep Depriving Drosophila

Sleep homeostasis, the increase in sleep observed following sleep loss, is one of the defining criteria used to identify sleep throughout the animal kingdom. As a consequence, sleep deprivation and sleep restriction are powerful tools that are commonly used to provide insight into sleep function. Nonetheless, sleep deprivation experiments are inherently problematic in that the deprivation stimulus itself may be the cause of observed changes in physiology and behavior. Accordingly, successful sleep deprivation techniques should keep animals awake and, ideally, result in a robust sleep rebound without also inducing a large number of unintended consequences. Here, we describe a sleep deprivation technique for Drosophila melanogaster. The Sleep Nullifying Apparatus (SNAP) administers a stimulus every 10s to induce negative geotaxis. Although the stimulus is predictable, the SNAP effectively prevents &#62;95% of nighttime sleep even in flies with high sleep drive. Importantly, the subsequent homeostatic response is very similar to that achieved using hand-deprivation. The timing and spacing of the stimuli can be modified to minimize sleep loss and thus examine non-specific effects of the stimulus on physiology and behavior. The SNAP can also be used for sleep restriction and to assess arousal thresholds. The SNAP is a powerful sleep disruption technique that can be used to better understand sleep function.

The Sleep Nullifying Apparatus: A Highly Efficient Method of Sleep Depriving Drosophila

Sleep deprivation is a powerful tool to investigate sleep function and regulation. We describe a protocol to sleep deprive Drosophila using the Sleep Nullifying Apparatus, and to determine the extent of rebound sleep induced by deprivation.

Der Schlaf-Nullifizierungsapparat: Eine hocheffiziente Methode zur Schlafentzugs-Drosophila

Sleep homeostasis, the increase in sleep observed following sleep loss, is one of the defining criteria used to identify sleep throughout the animal ...

Measurement of Larval Activity in the Drosophila Activity Monitor

Drosophila larvae are used in many behavioral studies, yet a simple device for measuring basic parameters of larval activity has not been available. This protocol repurposes an instrument often used to measure adult activity, the TriKinetics Drosophila activity monitor (MB5 Multi-Beam Activity Monitor) to study larval activity. The instrument can monitor the movements of animals in 16 individual 8 cm glass assay tubes, using 17 infrared detection beams per tube. Logging software automatically saves data to a computer, recording parameters such as number of moves, times sensors were triggered, and animals&#8217; positions within the tubes. The data can then be analyzed to represent overall locomotion and/or position preference as well as other measurements. All data are easily accessible and compatible with basic graphing and data manipulation software. This protocol will discuss how to use the apparatus, how to operate the software and how to run a larval activity assay from start to finish.

Measurement of Larval Activity in the Drosophila Activity Monitor

This report describes a method for measuring Drosophila larval activity using the TriKinetics Drosophila Activity Monitor. The device employs infrared beams to detect movements of up to 16 individual animals. Data can be analyzed to represent motion parameters including rates and the positions of the animals within the assay chambers.

Die Messung der Aktivität in der Larven<em&gt; Drosophila</em&gt; Activity Monitor

Drosophila larvae are used in many behavioral studies, yet a simple device for measuring basic parameters of larval activity has not been available. This ...

Biologie

Analysis of Circadian Photoresponses in Drosophila Using Locomotor Activity

Circadian rhythms are only beneficial to animals if they can be synchronized by changes of ambient conditions. Light and temperature are two dominant environmental parameters that synchronize animal circadian clocks. In Drosophila circadian photo-responses are mediated by a solely blue light photoreceptor named CRYPTOCHROME (CRY). Upon photoreception, CRY changes its conformation and initiates the proteosomal dependent degradation of TIMELESS (TIM). TIM is an important pacemaker protein, thus degradation of TIM will reset the circadian clock. Under constant light conditions (LL), wild type flies quickly become arrhythmic because of the constant degradation of TIM, while flies bearing defects with circadian photo-responses will still be rhythmic. Thus LL triggered arrhythmicity has been used for screening of components in circadian light input pathways. A brief short light pulse in the night can also dramatically shift phases of circadian rhythms. As expected, this phase shift response is reduced in flied with defects in circadian photoresponse. Thus analyzing locomotion behavior rhythmicity under LL or phase changes after short light pulse in constant darkness (DD) are two major methods to study circadian photoresponse. Here we describe how to design and analyze LL and phase response experiments. LL arrhythmicity is suitable for screening light input pathways mutants, whereas phase response validates the results and provide further information for light sensitivity.

Drosophila locomotor activity is a robust and quantitative measurement of circadian photo-responses. We describe protocols for designing behavior experiments for circadian photo-responses and analyzing the data. Studying the circadian photo-responses is important for dissecting the neuronal and molecular mechanisms of light entrainment.

Circadian rhythms are only beneficial to animals if they can be synchronized by changes of ambient conditions. Light and temperature are two dominant ...

Circadian Entrainment of Drosophila Melanogaster

Nearly universal among organisms, circadian rhythms coordinate biological activity to earth&#39;s orbit around the sun. To identify factors creating this rhythm and to understand the resulting outputs, entrainment of model organisms to defined circadian time-points is required. Here we detail a procedure to entrain many Drosophila to a defined circadian rhythm. Furthermore, we detail post-entrainment steps to prepare samples for immunofluorescence, nucleic acid, or protein extraction-based analysis.

Here, we detail how to synchronize Drosophila to a circadian day. This is the first, and most important step necessary for studying biological rhythms and chronobiology.

Circadian Entrainment von Drosophila Melanogaster

Nearly universal among organisms, circadian rhythms coordinate biological activity to earth&#39;s orbit around the sun. To identify factors creating this ...

Eine rechnerische Methode, Fly Circadian Activity zu quantifizieren

Zusammenfassung

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Ein Low-Cost-Methode für die Analyse von Beschlagnahme-ähnliche Aktivität und Bewegung in

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Der Schlaf-Nullifizierungsapparat: Eine hocheffiziente Methode zur Schlafentzugs-Drosophila

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