Name: Analyzing the Effect of Reserpine on the Sleep Behavior of Drosophila melanogaster Using SCAMP2020 Data Package in MATLAB
Uploaded: 2023-10-20T14:15:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Analyzing the Effect of Reserpine on the Sleep Behavior of Drosophila melanogaster Using SCAMP2020 Data Package in MATLAB at JoVE.com

analyzing the effect of reserpine on the sleep behavior of drosophila melanogaster using scamp2020 data package in matlab

İlerleyen Uyku Bozukluğu Tedavileri: Drosophila Temelli Bir Tarama Yaklaşımı

Sleep, one of the essential behaviors necessary for human survival, is characterized by two main states: rapid eye movement (REM) sleep and non-rapid eye movement (NREM) sleep1. NREM sleep comprises three stages: N1 (the transition between wakefulness and sleep), N2 (light sleep), and N3 (deep sleep, slow wave sleep), representing the progression from wakefulness to deep sleep1. Sleep plays a crucial role in both physical and mental health2. However, aging reduces total sleep duration, sleep efficiency, slow-wave sleep percentage, and REM sleep percentage in adults3. Older individuals tend to spend more time in light sleep compared to slow-wave sleep, making them more sensitive to nocturnal awakenings. As the number of awakenings increases, average sleep time decreases, resulting in a fragmented sleep pattern in the elderly, which may be associated with excessive excitation of Hcrt neurons in mice4. Additionally, age-related declines in circadian mechanisms contribute to an earlier shift in sleep duration5,6. In combination with physical illness, psychological stress, environmental factors, and medication use, these factors make older adults more susceptible to sleep disorders, such as insomnia, REM sleep behavior disorder, narcolepsy, periodic leg movements, restless legs syndrome, and sleep-disordered breathing7,8.
Epidemiological studies have shown that sleep disorders are closely linked to chronic diseases in the elderly9, including depression10, cardiovascular disease11, and dementia12. Addressing sleep disorders plays a crucial role in improving and treating chronic diseases and enhancing the quality of life for older adults. Currently, patients primarily rely on drugs such as benzodiazepines, non-benzodiazepines, and melatonin receptor agonists to enhance sleep quality13. However, benzodiazepines can lead to downregulation of receptors and dependence after long-term use, causing severe withdrawal symptoms upon discontinuation14,15. Non-benzodiazepine drugs also carry risks, including dementia16, fractures17, and cancer18. The commonly used melatonin receptor agonist, ramelteon, reduces sleep latency but does not increase sleep duration and has hepatic function-related concerns due to extensive first-pass elimination19. Agomelatine, a melatonin receptor agonist and serotonin receptor antagonist, improves depression-related insomnia but also poses a risk of liver damage20. Consequently, there is an urgent need for safer drugs to treat or alleviate sleep disorders. However, current drug screening strategies, based on molecular and cellular experiments combined with automated systems and computer analysis, are expensive and time-consuming21. Structure-based drug design strategies, relying on receptor structure and properties, require a clear understanding of receptor three-dimensional structure and lack predictive capabilities for drug effects22.
In 2000, based on the sleep criteria proposed by Campbell and Tobler in 198423, researchers established simple animal models to study sleep24, including Drosophila melanogaster, which exhibited sleep-like states25,26. Despite anatomical differences between Drosophila and humans, many neurochemical components and signaling pathways regulating sleep in Drosophila are conserved in mammalian sleep, facilitating the study of human neurological diseases27,28. Drosophila is also extensively used in circadian rhythm studies, despite differences in core oscillators between flies and mammals29,30,31. Therefore, Drosophila serves as a valuable model organism for studying sleep behavior and conducting sleep-related drug screening.
This study proposes a cost-effective and simple phenotype-based approach for screening small-molecule drugs to treat sleep disorders using aged flies. Sleep regulation in Drosophila is highly conserved25, and the decline in sleep observed with age may be reversible through drug administration. Thus, this sleep phenotype-based screening method can intuitively reflect drug efficacy. We feed the flies with a mixture of the drug under investigation and food, monitor and record sleep behavior using the Drosophila Activity Monitor (DAM)32, and analyze the acquired data using the open-source SCAMP2020 data package in MATLAB (Figure1). Statistical analysis is performed using statistics and graphing software (see Table of Materials). As an example, we demonstrate the effectiveness of this protocol by presenting experimental data on Reserpine, a small-molecule inhibitor of the vesicular monoamine transporter reported to increase sleep33. This protocol provides a valuable approach to identify drugs for treating age-related sleep problems.

Yazar Spotlight: DAM Sistemini Kullanarak Drosophila Uyku Ölçümündeki Zorlukların Üstesinden Gelmek 

Drosophila melanogaster Kullanarak Yaşa Bağlı Uyku Bozuklukları İçin Yüksek Verimli Küçük Moleküllü İlaç Taraması

Drug screening techniques include high-throughput screening, which uses automation for drug discovery, structure-based designs, and find receptor binding molecules based on the structure, and a fragment-based design, which uses nuclear magnetic resonance and mass spectrometry to optimize molecular fragments and identify the compounds. The DAM system measures fly sleep by detecting infrared beam bricks. However, this method can overestimate sleep if the flies remain static at one end of the tube, or if the fly is not highly mobile.Furthermore, the order of any tested drug may impact the fly fruit intake, potentially skewing experimental results. Therefore, our experiment will incorporate various stretches to mitigate these factors and enhance accuracy. Compared with video analysis based methods, our method offers high-throughput capabilities, reduce the cost, and simplify operation.So process of experimental data is also relatively straightforward, where the resulting graph visually represents the drug's effects.

Watch this Scientific Journal Video about Analyzing the Effect of Reserpine on the Sleep Behavior of Drosophila melanogaster Using SCAMP2020 Data Package in MATLAB at JoVE.com

Analyzing the Effect of Reserpine on the Sleep Behavior of Drosophila melanogaster Using SCAMP2020 Data Package in MATLAB  

Reserpinin Drosophila melanogaster'in Uyku Davranışı Üzerine Etkisinin MATLAB'da SCAMP2020 Veri Paketi Kullanılarak İncelenmesi

Başlamak için, bir kızılötesi izleme cihazı kullanarak sineklerin uyku davranışlarını izleyin ve toplanan verileri TXT formatında tarama için DAM dosya tarama 107 yazılımına aktarın. Sırasıyla bir veya 30 dakikalık bölme uzunluğu verileri elde etmek için monitörleri başlattıktan sonraki üçüncü sabah segmentasyon verilerinin başlangıç zamanını 0800 veya 0801 olarak ayarlayın. Sonlandırma saatini, ayarlanan başlangıç saatinden sonraki üçüncü gün 08:00 olarak ayarlayın.Bölme uzunluğu seçeneğini bir dakikaya ayarlayın ve çıktı dosyası türünü kanal dosyaları olarak değiştirin. Dosyayı yeniden adlandırın ve çıktıyı oluşturun. Şimdi SCAMP 2020 yazılım paketini MATLAB'da başlatın.Vecsey Uyku ve Sirkadiyen Analiz MATLAB programına çift tıklayın. Yola Vecsey SCAMP Scripts adlı alt klasör eklendi. SCAMP'yi bulun.m dosyasını bu klasöre kaydedin ve çalıştırın. Sonraki açılır pencerede, sırayla bir dakika ve 30 dakika adlı klasörü seçin. Ardından bir monitör seçin ve önizlemek için tek tek C grafiklerini yükle'ye tıklayın.Görüntülenen görüntüyü inceleyin ve ölü sineklerin ilgili kanalının seçimini kaldırın. Her monitördeki her kanalı, test edilecek ilgili ilaca göre yeniden adlandırın. Tüm monitörleri seçin ve analiz için Seçili verileri analiz et'e tıklayın.Varsayılan seçeneği seçin ve ardından seçilen bölme özelliği için analiz et'e tıklayın. Verileri dışa aktar kutusunu işaretleyin. Seçili gruplar için tüm günler için 30 dakikalık veri türlerinin grafiğine tıklayın ve sonuçların çıktısını oluşturmak için tüm verileri dışa aktarın.CSV dosyasından S30 dosyasını seçin ve her monitör için karşılık gelen ortalama değeri ve standart hata verilerini bulun. Bir uyku durumu diyagramı formüle etmek için GraphPad Prism'e göndermeden önce bazı ayarlamalar yapmak için bu verileri Excel'e kaydedin. Daha sonra, S-T-D-U-R adlı dosyayı bulun ve üç gün boyunca her uçuş için gündüz, gece ve toplam uykunun ortalama değerlerini hesaplayın.Grafik çizmek için verileri GraphPad Prism'e yapıştırın. Reserpin ve Dimetil Sülfoksit'in dişi ve erkek sinekler üzerindeki uyku düzenleri art arda üç gün boyunca gösterilmiştir. Uyku davranışının kantitatif analizi, Reserpin ile beslenen yaşlı kadınlarda uyku süresinde önemli bir artış olduğunu göstermektedir.Erkek sinekler üzerinde yapılan deney ayrıca Reserpin konsantrasyonu ile uykunun teşviki arasında pozitif bir ilişki olduğunu göstermektedir.

Research

JoVE Journal

Behavior

Analyzing the Effect of Reserpine on the Sleep Behavior of Drosophila melanogaster Using SCAMP2020 Data Package in MATLAB

High-Throughput Small Molecule Drug Screening For Age-Related Sleep Disorders Using Drosophila melanogaster

Sleep, an essential component of health and overall well-being, often presents challenges for older individuals who frequently experience sleep disorders ...