Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Sunulan, yaşlı bir Drosophila modelinde meyve sineklerinin uyku davranışını izleyerek uykuyu iyileştirmek için yüksek verimli ilaç taraması için bir protokoldür.
Sağlığın ve genel refahın önemli bir bileşeni olan uyku, genellikle kısa uyku süresi ve parçalanmış kalıplarla karakterize uyku bozuklukları yaşayan yaşlı bireyler için zorluklar sunar. Bu uyku bozuklukları ayrıca yaşlılarda diyabet, kardiyovasküler hastalıklar ve psikolojik bozukluklar dahil olmak üzere çeşitli hastalık riskinin artmasıyla da ilişkilidir. Ne yazık ki, uyku bozuklukları için mevcut ilaçlar, bilişsel bozukluk ve bağımlılık gibi önemli yan etkilerle ilişkilidir. Sonuç olarak, yeni, daha güvenli ve daha etkili uyku bozukluğu ilaçlarının geliştirilmesine acilen ihtiyaç duyulmaktadır. Bununla birlikte, mevcut ilaç tarama yöntemlerinin yüksek maliyeti ve uzun deneysel süresi sınırlayıcı faktörler olmaya devam etmektedir.
Bu protokol, memelilere kıyasla yüksek oranda korunmuş bir uyku düzenleme mekanizmasına sahip bir tür olan Drosophila melanogaster'ı kullanan ve onu yaşlılarda uyku bozukluklarını incelemek için ideal bir model haline getiren uygun maliyetli ve yüksek verimli bir tarama yöntemini tanımlar. Yaşlı sineklere çeşitli küçük bileşikler uygulayarak, uyku bozuklukları üzerindeki etkilerini değerlendirebiliriz. Bu sineklerin uyku davranışları kızılötesi izleme cihazı kullanılarak kayıt altına alınmakta ve açık kaynak kodlu veri paketi Uyku ve Sirkadiyen Analiz MATLAB Programı 2020 (SCAMP2020) ile analiz edilmektedir. Bu protokol, uyku regülasyonu için düşük maliyetli, tekrarlanabilir ve verimli bir tarama yaklaşımı sunar. Meyve sinekleri, kısa yaşam döngüleri, düşük yetiştirme maliyetleri ve kullanım kolaylıkları nedeniyle bu yöntem için mükemmel konular olarak hizmet eder. Örnek olarak, test edilen ilaçlardan biri olan Reserpine, yaşlı sineklerde uyku süresini artırma yeteneğini gösterdi ve bu protokolün etkinliğini vurguladı.
İnsanın hayatta kalması için gerekli olan temel davranışlardan biri olan uyku, iki ana durumla karakterize edilir: hızlı göz hareketi (REM) uykusu ve hızlı olmayan göz hareketi (NREM) uykusu1. NREM uykusu üç aşamadan oluşur: N1 (uyanıklık ve uyku arasındaki geçiş), N2 (hafif uyku) ve N3 (derin uyku, yavaş dalga uykusu), uyanıklıktan derin uykuyailerlemeyi temsil eder 1. Uyku hem fiziksel hem de zihinsel sağlıkta çok önemli bir rol oynar2. Bununla birlikte, yaşlanma yetişkinlerde toplam uyku süresini, uyku verimliliğini, yavaş dalga uyku yüzdesini ve REM uyku yüzdesini azaltır3. Yaşlı bireyler, yavaş dalga uykusuna kıyasla hafif uykuda daha fazla zaman geçirme eğilimindedir ve bu da onları gece uyanmalarına karşı daha duyarlı hale getirir. Uyanma sayısı arttıkça, ortalama uyku süresi azalır, bu da yaşlılarda parçalanmış bir uyku düzenine neden olur, bu da farelerdeHcrt nöronlarının aşırı uyarılmasıyla ilişkili olabilir 4. Ek olarak, sirkadiyen mekanizmalarda yaşa bağlı düşüşler, uyku süresinde daha erken bir kaymaya katkıda bulunur 5,6. Fiziksel hastalık, psikolojik stres, çevresel faktörler ve ilaç kullanımı ile birlikte, bu faktörler yaşlı yetişkinleri uykusuzluk, REM uykusu davranış bozukluğu, narkolepsi, periyodik bacak hareketleri, huzursuz bacak sendromu ve uykuda solunum bozukluğu gibi uyku bozukluklarına karşı daha duyarlı hale getirir 7,8.
Epidemiyolojik çalışmalar, uyku bozukluklarının yaşlılardadepresyon 10, kardiyovasküler hastalık11 ve demans12 dahil olmak üzere kronik hastalıklarla 9 yakından bağlantılı olduğunu göstermiştir. Uyku bozukluklarının ele alınması, kronik hastalıkların iyileştirilmesinde ve tedavi edilmesinde ve yaşlı yetişkinler için yaşam kalitesinin artırılmasında çok önemli bir rol oynar. Şu anda, hastalar uyku kalitesini artırmak için öncelikle benzodiazepinler, benzodiazepin olmayanlar ve melatonin reseptör agonistleri gibi ilaçlara güvenmektedir13. Bununla birlikte, benzodiazepinler, uzun süreli kullanımdan sonra reseptörlerin aşağı regülasyonuna ve bağımlılığa yol açabilir ve kesilme üzerine ciddi yoksunluk semptomlarına neden olabilir14,15. Benzodiazepin olmayan ilaçlar da demans16, kırıklar17 ve kanser18 dahil olmak üzere riskler taşır. Yaygın olarak kullanılan melatonin reseptörü agonisti ramelteon, uyku gecikmesini azaltır, ancak uyku süresini artırmaz ve kapsamlı ilk geçiş eliminasyonu nedeniyle karaciğer fonksiyonuyla ilgili endişeleri vardır19. Bir melatonin reseptörü agonisti ve serotonin reseptör antagonisti olan Agomelatin, depresyona bağlı uykusuzluğu iyileştirir, ancak aynı zamanda karaciğer hasarı riski taşır20. Sonuç olarak, uyku bozukluklarını tedavi etmek veya hafifletmek için daha güvenli ilaçlara acil ihtiyaç vardır. Bununla birlikte, otomatik sistemler ve bilgisayar analizi ile birleştirilmiş moleküler ve hücresel deneylere dayanan mevcut ilaç tarama stratejileri pahalı ve zaman alıcıdır21. Reseptör yapısına ve özelliklerine dayanan yapıya dayalı ilaç tasarım stratejileri, reseptör üç boyutlu yapısının net bir şekilde anlaşılmasını gerektirir ve ilaç etkileri için öngörü yeteneklerinden yoksundur22.
2000 yılında, Campbell ve Tobler tarafından 1984'te önerilen uyku kriterlerine dayanarak 23, araştırmacılar, uyku benzeri durumlar sergileyen Drosophila melanogaster de dahil olmak üzere uyku24'ü incelemek için basit hayvan modelleri oluşturdular25,26. Drosophila ve insanlar arasındaki anatomik farklılıklara rağmen, Drosophila'da uykuyu düzenleyen birçok nörokimyasal bileşen ve sinyal yolu memeli uykusunda korunur ve insan nörolojik hastalıklarının incelenmesini kolaylaştırır27,28. Drosophila, sinekler ve memeliler arasındaki çekirdek osilatörlerindeki farklılıklara rağmen, sirkadiyen ritim çalışmalarında da yaygın olarak kullanılmaktadır 29,30,31. Bu nedenle Drosophila, uyku davranışını incelemek ve uyku ile ilgili ilaç taraması yapmak için değerli bir model organizma olarak hizmet eder.
Bu çalışma, yaşlı sinekler kullanılarak uyku bozukluklarını tedavi etmek için küçük moleküllü ilaçların taranması için uygun maliyetli ve basit fenotipe dayalı bir yaklaşım önermektedir. Drosophila'da uyku regülasyonu yüksek oranda korunur25 ve yaşla birlikte gözlenen uykudaki düşüş ilaç uygulaması ile geri dönüşümlü olabilir. Bu nedenle, bu uyku fenotipine dayalı tarama yöntemi, ilaç etkinliğini sezgisel olarak yansıtabilir. Sinekleri incelenen ilaç ve yiyecek karışımı ile besliyoruz, Drosophila Activity Monitor (DAM)32 kullanarak uyku davranışını izliyor ve kaydediyoruz ve elde edilen verileri MATLAB'daki açık kaynaklı SCAMP2020 veri paketini kullanarak analiz ediyoruz (Şekil 1). İstatistiksel analiz, istatistik ve grafik yazılımı kullanılarak gerçekleştirilir (bkz. Örnek olarak, uykuyu arttırdığı bildirilen veziküler monoamin taşıyıcının küçük moleküllü bir inhibitörü olan Reserpin hakkında deneysel veriler sunarak bu protokolün etkinliğini gösteriyoruz33. Bu protokol, yaşa bağlı uyku problemlerini tedavi etmek için ilaçları tanımlamak için değerli bir yaklaşım sağlar.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bu protokol, Bloomington Drosophila Stok Merkezi'nden 30 günlük w1118 sineğini kullanır (BDSC_3605, bkz.
1. Yaşlı meyve sineklerinin hazırlanması
2. İzleme için tıbbi gıda ve cam tüplerin hazırlanması
NOT: Cam tüp hazırlama prosedürü, Jin ve ark.modifikasyonlarla 34.
3. Deneysel tasarım ve sinek tedavisi
4. Drosophila montajı ve uyku izleme
NOT: Drosophila montajı prosedürü, Jin ve ark.34'ün çalışmalarını değişikliklerle takip eder.
5. Veri işleme
NOT: DAM sistemi, DAMFileScan107 ve SCAMP kullanılarak veri işleme, resmi web sitelerindeki talimatlara göre gerçekleştirilmiştir (bkz.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Reserpin, monoaminlerin presinaptik veziküllere geri alımını inhibe eden ve uykunun artmasına neden olan veziküler monoamin taşıyıcısının (VMAT) küçük moleküllü bir inhibitörüdür33. Reserpin'in uykuyu teşvik edici etkileri 30 günlük sineklerde incelendi ve kontrol grubu sadece çözücü dimetil sülfoksit (DMSO) ile beslendi. Reserpin grubunda, yaşlı sinekler, DMSO grubuna kıyasla hem gündüz hem de gece boyunca önemli ölçüde artmış uyku sergiledi. Şekil 5A,
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Tarif edilen yöntem, küçük ve orta ölçekli uyku ilaçlarını hızlı bir şekilde taramak için uygundur. Şu anda, çoğu ana akım yüksek verimli ilaç tarama yöntemi biyokimyasal ve hücresel seviyelere dayanmaktadır. Örneğin, reseptörün yapısı ve özellikleri, ona bağlanabilen spesifik ligandları aramak için incelenir22. Başka bir yaklaşım, kütle spektrometresi35 ile Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) kullanılarak seçilen ilaçların moleküler fr...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Yazarlar hiçbir çıkar çatışması beyan etmezler.
Prof. Junhai Han'ın laboratuvar üyelerine tartışmaları ve yorumları için teşekkür ederiz. Bu çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı tarafından 32170970 YT'ye ve Jiangsu Eyaletinin "Siyanin Mavisi Projesi" tarafından ZCZ'ye desteklenmiştir.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Ager | BIOFROXX | 8211KG001 | |
Artificial Climate Box | PRANDT | PRX-1000A | official website:https://www.nbplt17.com/PLTXBS-Products-20643427/ |
DAM2 Drosophila Activity Monitor | TriKineics | DAM2 | official website:https://www.trikinetics.com/ |
DAM2system | TriKineics | version:v3.03 | official website:https://www.trikinetics.com/ |
DAMFileScan | TriKineics | version:1.0.7.0 | official website:https://www.trikinetics.com/ |
Dimethyl Sulfoxide | SIGMA | 276855 | |
Drosophila Activity Monitoring Incubator | Tritech Research | DT2-CIRC-TK | official website:https://www.tritechresearch.com/DT2-CIRC-TK.html |
Drosophila Bottles | Biologix | 51-17720 | official website:http://biologixgroup.com/goods.php?id=48 |
Drosophila: w1118 | Bloomington Drosophila Stock Center | BDSC_3605 | |
Excel | Microsoft | version:Excel 2016 | official website:https://www.microsoftstore.com.cn/software/office/excel |
Glass tubes | TriKinetics | PPT5x65 | official website:https://www.trikinetics.com/ |
MATLABR2022b | MathWorks | version:9.13.0.2049777 | official website:https://ww2.mathworks.cn/products/matlab.html |
Prism | GraphPad | Version:Prism 8.0.1 | official website:https://www.graphpad.com/features |
Reserpine | MACKLIN | R817202-1g | |
Saccharose | SIGMA | 1245GR500 | |
SCAMP | Vecsey Lab | N/A | official website:https://academics.skidmore.edu/blogs/cvecsey/ |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır