Name: a computational method to quantify fly circadian activity
Uploaded: 2017-10-28T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Computational Method to Quantify Fly Circadian Activity at JoVE.com

Vi er taknemmelige for Stanislav Lazopulo hjælp med video-indhold.

1. måling af flyve bevægelse ved hjælp af Drosophila aktivitet Monitor (DAM) Bemærk: For flere detaljer se reference 5.
<ol><li>Forbered enkelte flyve rør med mad på ene ende og bomuld på den anden. Slut med mad skal være forseglet for at undgå fødevaren mod udtørring.
	<ol><li>Sæt 5-6 g flyve mad i en 50 mL bægerglas. Skære mad i små stykker, så det er nemmere at smelte den.</li>
		<li>Tilslut 32 individuelle glasrør med en elastik.</li>
		<li>Sme...

<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>

Dette arbejde præsenterer vejledning i brug af et beregningsprogram værktøj, som giver en kvantitativ beskrivelse af flyve bevægelses mønster. Værktøjet passer locomotion data med en matematisk model bestående af fire eksponentiel vilkår, der tilsammen beskriver formen og størrelsen af M og E toppene. De endelige værdier for parametrene model er fremstillet af montering magt spektre af data, hvor brugen af de rå data kan undgå artefactual effekter, der data binning eller filtrering kan pålægge parametervæ...

Døgnrytmen uret er en endogen biokemiske oscillator med en periode på ca. 24 timer og er næsten allestedsnærværende i dyr og planter,1,2. Uret hjælper synkronisere en organismes interne processer og adfærd til den eksterne lys mørke cyklus. Den genetiske struktur af døgnrytmen uret er blevet meget studeret siden i 1960 ' erne ved hjælp af frugtflue, D. melanogaster. I dette insekt, kernen i døgnrytmen uret består af fire proteiner: periode, TIMELESS, ur og cyklus. Disse kernekomponenter sammen med andre molekyler danner en feedback-sløjfe, der producerer næsten sinusformet svingninger af ur gener3,4. Døgnrytmen uret i fluer er almindeligt studerede ved hjælp af multiday bevægeapparatet optagelser hvor flyve aktivitet registreres med en enkelt infrarød stråle passerer i midten af en individuel tube5. En typisk flyve optagelse har en kompleks bimodal mønster med to godt skelnes toppe: morgen peak (M), der starter i slutningen af natten og har en maksimal når lysene tænder; og aftenen peak (E), der starter i slutningen af dagen og har en maksimal når lyset slukke6. Interessant, er formen af sådanne adfærdsmæssige optagelse meget forskellig fra de simple sinusformet svingninger observeret på det molekylære niveau, tyder på handlingen af yderligere mekanismer bidrager til de observerede tidsmæssige mønstre. For bedre at forstå disse skjulte mekanismer, har vi udviklet en beregningsmæssige værktøj, der giver en kvantitativ beskrivelse af de tidsmæssige mønstre.
I vores arbejde, er bevægeapparatet rytmer defineret i en bølgeform, der efterligner flyve aktivitet mønster. Da enkel sinus bølger ikke kan bruges til at modellere de observerede rytmiske ændringer i aktivitet, testede vi forskellige signal figurer at vælge den enkleste, indfanger alle de vigtigste træk set i optagelserne. Bananfluen døgnrytmen adfærd styres af aktiviteten af ur neuroner, der ofte har eksponentiel mønstre for aktivering og deaktivering af7. Eksponentielle dynamik og visuel analyse af dataene, der motiverede os til at bygge en model med eksponentiel vilkår består af fire eksponenter med ni uafhængige parametre og der ligner flyve aktivitet mønster8. Ud over de bevægeapparatet data analyserer vi også sin magt spektrum. Typisk flyve aktivitet spektrum viser flere toppe på harmoniske T0/2, T0/3, osv., ud over den forventede grundlæggende peak på døgnrytmen perioden T0. Ifølge Fourier sætningen producerer kun en ren sinusbølge en enkelt peak i power spektre, mens mere komplekse bølgeformer vis flere spektrale toppe på harmoniske af den primære periode (figur 1). Derfor, da den ikke-sinusformede tidsmæssige mønster i flyve aktivitet8, en multi peak magt spektrum af data forventes matematisk og betyder ikke nødvendigvis, at tilstedeværelsen af flere perioder af svingning. Vigtigere, viser power spektrum af den foreslåede model bølgeform også toppe på alle overtoner af den primære periode, svarende til de flyve bevægeapparatet optagelser, således understregelse high fidelity, som vores model beskriver flyve data både i tid og frekvens.
På tid beslutninger på et par minutter eller mindre, flyve aktivitet vises data støjende, hvilket gør det vanskeligt at udtrække parametre direkte fra de rå data. Binning data i længere tidsintervaller kan mindske støjniveau, men kan ændre data på måder, der kan påvirke estimering af model parametre. Vi får derfor parametrene fra power spektre af optagelser, ved hjælp af et analytisk udtryk for de forventede effekt spectra beregnes fra Fouriertransformation af model funktion8 (Se yderligere fil 1 reference8). Denne tilgang til at opnå parametre fra power spectra giver nøjagtige parameterværdier uden nogen yderligere manipulationer, såsom binning eller filtrering af rå aktivitetsdata. Matematiske detaljer af model og applikationer til wild-type og mutant data er beskrevet i reference8. Protokollen præsenteres her fokuserer på de trinvise instruktioner til at bruge værktøjet beregningsmæssige.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1389">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:296px;">Drosophila Activity Monitor</td>
			<td style="width:81px;">TriKinetics</td>
			<td style="width:201px;">DAM2, DAM5</td>
			<td style="width:811px;">Measures fly locootion using single infrared beam</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:296px;">MatLab</td>
			<td style="width:81px;">Mathworks</td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td>Computing environment and programming language, MatLab should include Optimization and Symbolic Math toolboxes</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:21px;width:296px;">Drosophila melanogaster&#160;</td>
			<td style="width:81px;"></td>
			<td style="width:201px;">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

I de fleste dyr og planter, døgnrytmen ure orkestrere adfærdsmæssige og molekylære processer og synkronisere dem til den daglige lys-mørke cyklus. Grundlæggende mekanismer, der ligger bag denne timelige kontrol studeres bredt ved hjælp af bananfluen Drosophila melanogaster som en model organisme. I fluer, er uret typisk studerede ved at analysere multiday bevægeapparatet optagelse. Sådan en optagelse viser en kompleks bimodal mønster med to toppe af aktivitet: en morgen peak, der sker omkring daggry, og en aften peak, der sker omkring solnedgang. Disse to toppe tilsammen danner en bølgeform, der adskiller sig meget fra sinusformet svingninger observeret i ur gener, tyder på, at mekanismer ud over uret have dybtgående virkninger i producerer de observerede mønstre i adfærdsmæssige data. Her giver vi instruktioner om brug af en nyligt udviklede beregningsudstyr, som matematisk beskriver tidsmæssige mønstre i flyve aktivitet. Metoden passer aktivitetsdata med en model bølgeform, der består af fire eksponentiel vilkår og ni uafhængige parametre, der fuldt ud beskriver form og størrelse af morgen og aften toppene af aktivitet. De udpakkede parametre kan hjælpe med at belyse de kinetiske mekanismer af substrater, der ligger til grund for almindeligt observerede bimodal aktivitet mønstre i flyve bevægeapparatet rytmer.

Metoden præsenteres her giver mulighed for kvantificering af de vigtigste funktioner i flyve bevægelses mønster. Kvantificering opnås ved montering aktivitetsdata med en model, der består af fire eksponentiel vilkår:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/55977/55977eq1.jpg">
Modellen har ni uafhængige parametre, der beskriver aktiviteten mønster. Paramet...

Watch this Scientific Journal Video about A Computational Method to Quantify Fly Circadian Activity at JoVE.com

A Computational Method to Quantify Fly Circadian Activity

En beregningsudstyr til at kvantificere flyve døgnrytmen aktivitet

En metode til at kvantificere tidsmæssige hovedtræk set i flyve døgnrytmen bevægeapparatet rytmer er præsenteret. Kvantificering opnås ved montering flyve aktivitet med en multi parametrisk model bølgeform. Model parametre beskriver form og størrelse af morgen og aften toppene af daglig aktivitet.

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

Research

JoVE Journal

Behavior

Topographical Estimation of Visual Population Receptive Fields by fMRI

Topografisk Estimering af Visual Befolkning Receptiv Fields ved fMRI

Visual cortex is retinotopically organized so that neighboring populations of cells map to neighboring parts of the visual field. Functional magnetic ...

A Method for Remotely Silencing Neural Activity in Rodents During Discrete Phases of Learning

En metode til Fjernt Silencing neurale aktivitet i Gnavere Under Diskrete Faser i Learning

This protocol describes how to temporarily and remotely silence neuronal activity in discrete brain regions while animals are engaged in learning and ...

A Method to Quantify Visual Information Processing in Children Using Eye Tracking

En metode til at kvantificere Visual Information Processing hos børn Brug Eye Tracking

Visual problems that occur early in life can have major impact on a child's development. Without verbal communication and only based on observational ...

Psychophysical Tracking Method to Measure Taste Preferences in Children and Adults

Psykofysiske Tracking metode til at måle smagspræferencer hos børn og voksne

The Monell two-series, forced-choice, paired-comparison tracking method provides a reliable measure of sweet taste preferences from childhood to ...

A Method to Test the Effect of Environmental Cues on Mating Behavior in Drosophila melanogaster

A Method to Test the Effect of Environmental Cues on Mating Behavior in Drosophila melanogaster

En metode til at teste effekten af ​​miljøvinkler på parringsadfærd i<em&gt; Drosophila melanogaster</em

An individual's sexual drive is influenced by genotype, experience and environmental conditions. How these factors interact to modulate sexual behaviors ...

A Method to Study Adaptation to Left-Right Reversed Audition

En metode til at studere tilpasning til venstre-højre vendt Audition

An unusual sensory space is one of the effective tools to uncover the mechanism of adaptability of humans to a novel environment. Although most of the ...

Visual Classical Conditioning in Wood Ants

Visuelle klassisk konditionering i træ myrer

Several species of insects have become model systems for studying learning and memory formation. Although many studies focus on freely moving animals, ...

Modified Blood Collection from Tail Veins of Non-anesthetized Mice with a Vacuum Blood Collection System and Eyeglass Magnifier

Modificerede blod samling fra hale vener af ikke-bedøvede mus med en vakuum blod System til indsamling og monokel Forstørrelsesglas

Blood sample collection is the basis of experimental animal research. It is of importance to obtain adequate blood samples for various research purposes. ...

A Laboratory Method to Measure Contagious Yawning in Rats

En laboratoriemetode til måling af smitsom Ymarkise i rotter

Communication is an essential aspect of animal social life. Animals may influence one another and come together in schools, flocks, and herds. ...

Using the Race Model Inequality to Quantify Behavioral Multisensory Integration Effects

Brug af race model ulighed for at kvantificere adfærdsmæssige multisensoriske integrations effekter

Multisensory integration research investigates how the brain processes simultaneous sensory information. Research on animals (mainly cats and primates) ...