Name: a simple technique to assay locomotor activity in drosophila
Uploaded: 2023-02-24T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Simple Technique to Assay Locomotor Activity in Drosophila at JoVE.com

Detta arbete stöddes av en särskild lanseringsfond från Soochow University och National Science Foundation of China (NSFC) (82171414). Vi tackar professor Chunfeng Lius labbmedlemmar för deras diskussion och kommentarer.

W1118 vuxna flugor och tredje instar larver användes för den aktuella studien.
1. Experimentell förberedelse
OBS: En öppen fältarena för Drosophila rörelsespårning är gjord medenfärgslös och luktfri kiselgel.
<ol><li>Blanda reagens A och reagens B i förhållandet 1:10 enligt tillverkarens instruktioner för kiseldioxidsatsen (se Materialförteckning). Se till att natriumbikarbonat tillsätt...

<ol>
	<li>Ham, S. J., 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=Loss+of+UCHL1+rescues+the+defects+related+to+Parkinson's+disease+by+suppressing+glycolysis.">Loss of UCHL1 rescues the defects related to Parkinson's disease by suppressing glycolysis.</a> Science Advances. 7 (28), (2021).</li><li>Algarve, T. D., Assmann, C. E., Aigaki, T., da Cruz, I. B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parental+and+preimaginal+exposure+to+methylmercury+disrupts+locomotor+activity+and+circadian+rhythm+of+adult+Drosophila+melanogaster.">Parental and preimaginal exposure to methylmercury disrupts locomotor activity and circadian rhythm of adult Drosophila melanogaster.</a> Drug and Chemical Toxicology. 43 (3), 255-265 (2020).</li><li>Jones, M. A., Grotewiel, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drosophila+as+a+model+for+age-related+impairment+in+locomotor+and+other+behaviors.">Drosophila as a model for age-related impairment in locomotor and other behaviors.</a> Experimental Gerontology. 46 (5), 320-325 (2011).</li><li>Yamaguchi, M., Yoshida, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drosophila+as+a+model+organism.">Drosophila as a model organism.</a> Advances in Experimental Medicine and Biology. 1076, 1-10 (2018).</li><li>Rothenfluh, A., Heberlein, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drugs,+files,+and+videotape:+the+effects+of+ethanol+and+cocaine+on+Drosophila+locomotion.">Drugs, files, and videotape: the effects of ethanol and cocaine on Drosophila locomotion.</a> Current Opinion in Neurobiology. 12 (6), 639-645 (2002).</li><li>Tsuda, L., Lim, Y. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alzheimer's+disease+model+system+using+Drosophila.">Alzheimer's disease model system using Drosophila.</a> Advances in Experimental Medicine and Biology. 1076, 25-40 (2018).</li><li>Dung, V. M., Thao, D. T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parkinson's+disease+model.">Parkinson's disease model.</a> Advances in Experimental Medicine and Biology. 1076, 41-61 (2018).</li><li>Liguori, F., Amadio, S., Volonte, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fly+for+ALS:+Drosophila+modeling+on+the+route+to+amyotrophic+lateral+sclerosis+modifiers.">Fly for ALS: Drosophila modeling on the route to amyotrophic lateral sclerosis modifiers.</a> Cellular and Molecular Life Sciences. 78 (17-18), 6143-6160 (2021).</li><li>Cao, W., 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=An+automated+rapid+iterative+negative+geotaxis+assay+for+analyzing+adult+climbing+behavior+in+a+Drosophila+model+of+neurodegeneration.">An automated rapid iterative negative geotaxis assay for analyzing adult climbing behavior in a Drosophila model of neurodegeneration.</a> Journal of Visualized Experiments. (127), 56507 (2017).</li><li>Eidhof, I., 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=High-throughput+analysis+of+locomotor+behavior+in+the+Drosophila+island+assay.">High-throughput analysis of locomotor behavior in the Drosophila island assay.</a> Journal of Visualized Experiments. (129), 55892 (2017).</li><li>Scaplen, K. 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=Automated+real-time+quantification+of+group+locomotor+activity+in+Drosophila+melanogaster.">Automated real-time quantification of group locomotor activity in Drosophila melanogaster.</a> Scientific Reports. 9 (1), 4427 (2019).</li><li>Werkhoven, Z., Rohrsen, C., Qin, C., Brembs, B., de Bivort, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MARGO+(Massively+Automated+Real-time+GUI+for+Object-tracking),+a+platform+for+high-throughput+ethology.">MARGO (Massively Automated Real-time GUI for Object-tracking), a platform for high-throughput ethology.</a> PLoS One. 14 (11), e0224243 (2019).</li><li>Gargano, J. W., Martin, I., Bhandari, P., Grotewiel, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+iterative+negative+geotaxis+(RING):+a+new+method+for+assessing+age-related+locomotor+decline+in+Drosophila.">Rapid iterative negative geotaxis (RING): a new method for assessing age-related locomotor decline in Drosophila.</a> Experimental Gerontology. 40 (5), 386-395 (2005).</li><li>Cichewicz, K., Hirsh, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ShinyR-DAM:+a+program+analyzing+Drosophila+activity,+sleep+and+circadian+rhythms.">ShinyR-DAM: a program analyzing Drosophila activity, sleep and circadian rhythms.</a> Communications Biology. 1, 25 (2018).</li><li>McParland, A. L., Follansbee, T. L., Ganter, G. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+larval+activity+in+the+Drosophila+activity+monitor.">Measurement of larval activity in the Drosophila activity monitor.</a> Journal of Visualized Experiments. 98, e52684 (2015).</li><li>Walter, T., Couzin, I. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=TRex,+a+fast+multi-animal+tracking+system+with+markerless+identification,+and+2D+estimation+of+posture+and+visual+fields.">TRex, a fast multi-animal tracking system with markerless identification, and 2D estimation of posture and visual fields.</a> eLife. 10, (2021).</li><li>Maia Chagas, A., Prieto-Godino, L. L., Arrenberg, A. B., Baden, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+&#8364;100+lab:+A+3D-printable+open-source+platform+for+fluorescence+microscopy,+optogenetics,+and+accurate+temperature+control+during+behaviour+of+zebrafish,+Drosophila,+and+Caenorhabditis+elegans.">The &#8364;100 lab: A 3D-printable open-source platform for fluorescence microscopy, optogenetics, and accurate temperature control during behaviour of zebrafish, Drosophila, and Caenorhabditis elegans.</a> PLoS Biology. 15 (7), e2002702 (2017).</li><li>Nichols, C. D., Becnel, J., Pandey, U. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+to+assay+Drosophila+behavior.">Methods to assay Drosophila behavior.</a> Journal of Visualized Experiments. (61), (2012).</li><li>Xiao, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+to+assay+the+behavior+of+Drosophila+melanogaster+for+toxicity+study.">Methods to assay the behavior of Drosophila melanogaster for toxicity study.</a> Methods in Molecular Biology. 2326, 47-54 (2021).</li><li>Schindelin, J., 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=Fiji:+an+open-source+platform+for+biological-image+analysis.">Fiji: an open-source platform for biological-image analysis.</a> Nature Methods. 9 (7), 676-682 (2012).</li><li>Johnson, M. E., Bobrovskaya, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+update+on+the+rotenone+models+of+Parkinson's+disease:+their+ability+to+reproduce+the+features+of+clinical+disease+and+model+gene-environment+interactions.">An update on the rotenone models of Parkinson's disease: their ability to reproduce the features of clinical disease and model gene-environment interactions.</a> Neurotoxicology. 46, 101-116 (2015).</li><li>Coulom, H., Birman, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+exposure+to+rotenone+models+sporadic+Parkinson's+disease+in+Drosophila+melanogaster.">Chronic exposure to rotenone models sporadic Parkinson's disease in Drosophila melanogaster.</a> The Journal of Neuroscience. 24 (48), 10993-10998 (2004).</li><li>Kumar, P. P., Bawani, S. S., Anandhi, D. U., Prashanth, K. V. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rotenone+mediated+developmental+toxicity+in+Drosophila+melanogaster.">Rotenone mediated developmental toxicity in Drosophila melanogaster.</a> Environmental Toxicology and Pharmacology. 93, 103892 (2022).</li><li>Gulyas, M., Bencsik, N., Pusztai, S., Liliom, H., Schlett, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AnimalTracker:+an+ImageJ-based+tracking+API+to+create+a+customized+behaviour+analyser+program.">AnimalTracker: an ImageJ-based tracking API to create a customized behaviour analyser program.</a> Neuroinformatics. 14 (4), 479-481 (2016).</li><li>Qu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=EasyFlyTracker:+a+simple+video+tracking+Python+package+for+analyzing+adult+Drosophila+locomotor+and+sleep+activity+to+facilitate+revealing+the+effect+of+psychiatric+drugs.">EasyFlyTracker: a simple video tracking Python package for analyzing adult Drosophila locomotor and sleep activity to facilitate revealing the effect of psychiatric drugs.</a> Frontiers in Behavioral Neuroscience. 15, 809665 (2022).</li><li>Yarwais, Z. H., Najmalddin, H. O., Omar, Z. J., Mohammed, 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=Automated+data+collection+of+Drosophila+movement+behaviour+assays+using+computer+vision+in+Python.">Automated data collection of Drosophila movement behaviour assays using computer vision in Python.</a> International Journal of Innovative Approaches in Science Research. 4 (1), 15-22 (2020).</li></ol>

Vi har utformat en metod, baserad på materialet AnimalTracker API med öppen källkod som är kompatibelt med Fijis bildbehandlingsprogram, som kan göra det möjligt för forskare att systematiskt utvärdera rörelseaktivitet genom att spåra både vuxna och enskilda larvflugor. AnimalTracke är ett verktyg skrivet i Java som enkelt kan integreras i befintliga databaser eller andra verktyg för att underlätta analysen av applikationsdesignat djurspårningsbeteende24. Efter en ...

Drosophila melanogaster ger en utmärkt modellorganism för att undersöka cellulära och molekylära funktioner i neuronala sjukdomsmodeller skapade av genmodifiering1, läkemedelsbehandling2 och åldrande3. Det höga bevarandet av biologiska vägar, fysikaliska egenskaper och sjukdomsassocierade homologgener mellan människor och Drosophila gör att fruktflugan gör att fruktflugan är en idealisk efterlikning från molekylär till beteendenivå4. I många sjukdomsmodeller är beteendebrist ett viktigt index, vilket ger en användbar modell för olika mänskliga neuropatier 5,6. Drosophila används nu för att studera flera mänskliga sjukdomar, neurodevelopment och neurodegenerativa sjukdomar som Parkinsons sjukdom och amyotrofisk lateralskleros 7,8. Att detektera sjukdomsmodellernas motoriska förmåga är avgörande för att förstå det patogena framsteget och kan ge en fenotypisk korrelation till de molekylära mekanismerna bakom sjukdomsprocessen.
Nyligen har kommersiellt tillgängliga mjukvaruverktyg och kostnadseffektiva program utvecklats för Drosophila lokomotoriska detektionsstrategier, såsom testning med hög genomströmning i grupperade flugor9,10 och mätning av rörelse i realtid11,12. Ett sådant konventionellt tillvägagångssätt är snabb interaktiv negativ geotaxi (RING), även kallad klättringsanalysen, som inkluderar flera kanaler som gör det möjligt att innehålla en stor flugpopulation med samma kön och ålder, vilket minskar variationen medan data samlar in 9,13. En annan förtestmetod för att analysera lokomotoriskt beteende är TriKinetics Drosophila aktivitetsmonitor (DAM), en enhet som använder flera strålar för att detektera flugaktivitetsrörelse i ett tunt glasrör14. Enheten registrerar position kontinuerligt, vilket representerar automatiserad rörelse genom att beräkna strålkorsningarna för att studera flugornas aktivitet och dygnsrytm under en längre tidsperiod15. Även om dessa metoder har använts i stor utsträckning för att analysera beteendefel hos fruktflugor för att bestämma förändringar i beteendemässig rörelse, kräver de alltid speciell testutrustning eller komplexa analysprocesser och begränsar deras tillämpning i vissa modeller med en begränsad, enkel enhet. Djurspårningsgruppbaserade strategier för testning av den vuxna Drosophila, såsom FlyGrAM11 och Drosophila island assay10, implementerar social rekrytering och individuell spårning i ett fördefinierat område. Icke desto mindre kan social individuell begränsning i trotsiga områden ha en negativ inverkan på identifieringen i bilderna, orsakad av kollision eller överlappning av flugor. Även om vissa materialbaserade metoder med öppen källkod, som TRex16, MARGO 12 och FlyPi17, har en nödsituation, kan de snabbt spåra flugorna med flexibel användning i beteendetestning. Dessa testmetoder är förknippade med utarbetade experimentella apparatinstallationer, speciella programvarukrav eller professionella datorspråk. För larver är mätning av det totala avståndet som reste över antalet rutnätgränslinjer per tidsenhet18, eller grovräkning av kroppsväggkontraktionerna för individer manuellt19, de dominerande metoderna för att bedöma deras rörelseförmåga. På grund av bristen på precision i utrustning eller anordningar och analysmetoder kan viss beteendemässig rörelse av larver undgå upptäckt, vilket gör det svårt att exakt bedöma beteenderörelser, särskilt fin rörelse15.
Den nuvarande utvecklade metoden använder AnimalTracker applikationsprogrammeringsgränssnitt (API), kompatibelt med Fiji (ImageJ) bildbehandlingsprogram, för att systematiskt utvärdera rörelseaktiviteten hos både vuxna och larvflugor genom att analysera deras spårningsbeteende från högupplösta (HD) videor. Fiji är en ImageJ-distribution med öppen källkod som kan kombinera robusta programvarubibliotek med många skriptspråk, vilket resulterar i snabb prototypning av bildbehandlingsalgoritmer, vilket gör den populär bland biologer för sina bildanalysfunktioner20. I det nuvarande tillvägagångssättet utnyttjas Fijis integration i AnimalTracker API för att utveckla en unik Drosophila-beteendeanalys med personlig algoritminsättning och ger ett användbart steg för detaljerad dokumentation och handledning för att stödja robusta analytiska funktioner för lokomotoriskt beteende (figur 1). För att kringgå komplikationen av objektiva identifieringar i bilderna som orsakas av kollision eller överlappning av flugor, är varje arena begränsad till att vara värd för endast en fluga. Vid bedömning av metodens spårningsprecision implementerades det för att spåra och kvantifiera rörelserörelserna hos Drosophila som administrerades med det toxiska läkemedlet rotenon, som vanligtvis används för djurmodeller av Parkinsons sjukdom, och slutligen upptäckte rörelsenedsättning i läkemedelsbehandlingen21. Denna metod, som använder öppen källkod och fri programvara, kräver inte högkostnadsinstrumentering och kan exakt och reproducerbart analysera Drosophila beteenderörelse.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Animal tracker</td>
			<td>Hungarian Brain Research Program</td>
			<td>version: 1.7</td>
			<td>pfficial website: http://animaltracker.elte.hu/main/downloads</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camera software</td>
			<td>Microsoft</td>
			<td>version: 2021.105.10.0</td>
			<td>built-in windows 10 system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Computer</td>
			<td>DELL</td>
			<td>Vostro-14-5480</td>
			<td>a comupter running win 10 system is available</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drosophila carbon dioxide anesthesia workstation</td>
			<td>Wu han Yihong technology</td>
			<td>#YHDFPCO2-018</td>
			<td>official website: http://www.yhkjwh.com/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fiji software</td>
			<td>Fiji team</td>
			<td>version: 1.53v</td>
			<td>official website: https://fiji.sc/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Format factory software</td>
			<td>Pcfreetime</td>
			<td>version: X64 5.4.5</td>
			<td>official website: http://www.pcfreetime.com/formatfactory/CN/index.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graph pad prism</td>
			<td>GraphPad Software</td>
			<td>version: 8.0.2</td>
			<td>official website: https://www.graphpad-prism.cn</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hight definition camera</td>
			<td>TTQ</td>
			<td>Jingwang2 (HD1080P F1.6 6-60mm)</td>
			<td>official website: http://www.ttq100.com/product_show.php?id=35</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Office software</td>
			<td>Microsoft</td>
			<td>version: office 2019</td>
			<td>official website: https://www.microsoftstore.com.cn/software/office</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish</td>
			<td>Bkman</td>
			<td>110301003</td>
			<td>size: 60 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silica gel</td>
			<td>DOW</td>
			<td>SYLGARD 184 Silicone Elastomer Kit</td>
			<td>Mix well according to the instructions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium bicarbonate</td>
			<td>Macklin</td>
			<td>#144-55-8</td>
			<td>Mix well with silica gel</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a simple technique to assay locomotor activity in drosophila

Drosophila melanogaster är en idealisk modellorganism för att studera olika sjukdomar på grund av dess överflöd av avancerade genetiska manipulationstekniker och olika beteendefunktioner. Att identifiera beteendebrist i djurmodeller är ett avgörande mått på sjukdomens svårighetsgrad, till exempel vid neurodegenerativa sjukdomar där patienter ofta upplever nedsatt motorisk funktion. Men med tillgången till olika system för att spåra och bedöma motoriska underskott i flugmodeller, såsom läkemedelsbehandlade eller transgena individer, saknas fortfarande ett ekonomiskt och användarvänligt system för exakt utvärdering från flera vinklar. En metod baserad på AnimalTracker applikationsprogrammeringsgränssnitt (API) utvecklas här, vilket är kompatibelt med Fiji bildbehandlingsprogram, för att systematiskt utvärdera rörelseaktiviteterna hos både vuxna och larvala individer från inspelad video, vilket möjliggör analys av deras spårningsbeteende. Denna metod kräver endast en HD-kamera och en hårdvaruintegration för kringutrustning för att spela in och analysera beteende, vilket gör det till ett prisvärt och effektivt tillvägagångssätt för screening av flugmodeller med transgena eller miljömässiga beteendebrister. Exempel på beteendetester med farmakologiskt behandlade flugor ges för att visa hur teknikerna kan upptäcka beteendeförändringar hos både vuxna flugor och larver på ett mycket repeterbart sätt.

I den aktuella studien undersöktes rörelseunderskott hos vuxna flugor och tredje instarlarver behandlade med rotenon och jämfördes i sin motoriska aktivitet med den hos en kontrollfluga som matades med läkemedlet lösningsmedel dimetylsulfoxid (DMSO). Behandling med rotenon i Drosophila har visat sig orsaka dopaminerg neuronförlust i hjärnan22 och leda till betydande rörelsestörningar23. Som visas i figur 11 och figur 12 har v...

Watch this Scientific Journal Video about A Simple Technique to Assay Locomotor Activity in Drosophila at JoVE.com

A Simple Technique to Assay Locomotor Activity in Drosophila

Detta protokoll bedömer Drosophilas rörelseaktivitet genom att spåra och analysera flugornas rörelse i en handgjord arena med hjälp av öppen källkodsprogramvara Fiji, kompatibel med plugins för att segmentera pixlar i varje ram baserat på högupplöst videoinspelning för att beräkna parametrar för hastighet, avstånd etc.

En enkel teknik för att analysera lokomotorisk aktivitet i Drosophila

Drosophila melanogaster is an ideal model organism for studying various diseases due to its abundance of advanced genetic manipulation techniques and ...

Metoden är baserad på programvara med öppen källkod för att systematiskt utvärdera de lokala motoriska aktiviteterna för spårningsbeteendet hos vuxna och larvflugor från inspelad video. Denna metod kräver låg kostnad enhetsintegration för att registrera och analysera beteende, vilket gör det till ett prisvärt och effektivt tillvägagångssätt för screening av flugförflyttning. Denna teknik används för att identifiera beteendemodifiering i en flugmodell av mänsklig sjukdom med lokal rörelsenedsättning, men den är inte lämplig för behandling av sjukdomar, funktionshinder eller svårigheter.Det är viktigt att rensa det relevanta videofönstret under analysprocessen, nämligen originalet och bearbetningsvideofönstret. För att börja, blanda reagens A och reagens B i kiseldioxidsatsen i ett förhållande av ett till 10, enligt tillverkarens instruktioner, för att förbereda den öppna fältarenan för drosophila locomotion tracking. Ställ sedan HD-kameran på ett stativ och justera den så att kameralinsen är vinkelrät mot ytan på kiseldioxidarenan.Öppna sedan videon med Fiji. Dra förloppsindikatorn till den första bildrutan och godkänn tyst. Välj hela flugans kropp med hjälp av verktyget för val på frihand.Klicka på bild, justera och ljusstyrka och kontrast för att justera vitbalansen tills gråvärdet för det valda området närmar sig den breda bakgrunden. Överför den bedövade flugan till den öppna fältarenan. När flugan återhämtat sig från narkosen, lägg arenaparabolen med flugan under kameran och skaka den snabbt från sida till sida för att säkerställa att flugan är i rörelse när inspelningen börjar.Tryck på inspelningsknappen i kameraprogrammet för att starta videoinspelningen. När inspelningen är klar trycker du på stoppknappen för att avsluta videoinspelningen. Konvertera inspelade videor till AVI-format med MJ hednisk kodning så att de kan öppnas och analyseras med Fiji.Ställ också in bildrutorna per sekund av videon till 15 fps för vuxna flugor och 12 fps för larver. För att öppna videon med Fiji, välj de två alternativen, använd virtuell stack och konvertera till gråskala i popup-fönstret. Hämta ett bearbetningsfönster med hjälp av det inställda aktiva bildverktyget i plugin-programmet för djurspårare och skapa ett spårningsområde som cirklar arenan i det ursprungliga videofönstret med hjälp av det ovala verktyget.Ange filter och parametrar för de två filtren för den första tomma bildrutan i bearbetningsfönstret. Välj sedan nästa bildruta i det ursprungliga videofönstret och välj den filtrerade ytan i bearbetningsfönstret. När ett filtrerat bearbetningsfönster har valts använder du verktyget för inställt tröskelvärde för att vända kanalflugan med en röd profil, täckt i bearbetningsfönstret.Använd sedan den inställda blobdetektorn för att låta datorn känna igen flugan med en röd profil som täcks i bearbetningsfönstret. Ställ in den sista ramen för den vuxna flugan eller larverna, som beskrivs i textmanuskriptet. Använd verktyget show blobs för att presentera en spårningsrektangel i det ursprungliga videofönstret.Starta spårningen och exportera spårningsfilen när övervakningen är klar. Ladda spår- och zonfilerna med hjälp av plugin-programmet för djurspårare och spårningsanalysator. Välj önskat index med hjälp av zoninställningar och ändra parameterinställningarna.Beräkna tiden för bildintervallet med bildhastigheten. Producera de kvantitativa analysdiagrammen med hjälp av kalkylprogram och grafpadprisma efter att ha analyserats i spårningsanalysatorn. Öppna spårfilen.Kopiera alla koordinater till Microsoft Office Excel och dela cellerna med blankstegstangenten. Om du vill beräkna immobilitetstiden per bildruteintervall markerar du alla beräknade resultat och infogar ett stapeldiagram för att visuellt visa omobilitetstiden med marginalen för hela stapeldiagrammet. Om du vill illustrera ändringarna i riktningsvinkeln markerar du alla beräknade resultat och infogar ett punktdiagram.Vuxna flugor och tredje Instar-larver, behandlade med Rotenon, hade betydande rörelseunderskott jämfört med kontrollflugor, matade med lösningsmedel DMSO. Kvantitativ analys av rotenonbehandlingen hos vuxna flugor visade en signifikant minskning av tillryggalagd sträcka och medelhastighet. Och en betydande ökning av immobilitetstiden.Representativa grafer visade färre toppar för rörelsehastigheten per bildintervall hos flugor som matades med Rotenon jämfört med dem i kontrollen, vilket indikerar svårighetsgraden av rörelseaktivitetsunderskottet. Den institutionistiska immobilitetskolumnen med flyttade pixlar per bildruta visade också signifikant mindre rörelse inom en minut för Rotenone-matade flugor, jämfört med kontrollflugorna. Representativa grafer som illustrerar rörelsevinkeln för riktningsförändringar hos Rotenon-matade och kontrolldjur avslöjade också förändringar i den riktning som flugor valt.Liknande resultat observerades för de tredje Instar-larverna. Resultaten avslöjade att beteenderörelsen hos spårningslarver som matats med Rotenon var signifikant försämrad jämfört med kontrollen. Det viktigaste steget i analysprocessen är att bilda den första av tomma ramar, eftersom det visar om programvaran kan kontrollera effektivt.Denna teknik kan göra det möjligt för forskare att gräva djupare in i den underliggande mekanismen för flera defekter, såsom nerv- eller muskelskada.

a-simple-technique-to-assay-locomotor-activity-in-drosophila

Research

JoVE Journal

Behavior

A Simple Technique to Assay Locomotor Activity in Drosophila

Mouse Short- and Long-term Locomotor Activity Analyzed by Video Tracking Software

Locomotor activity (LMA) is a simple and easily performed measurement of behavior in mice and other rodents. Improvements in video tracking software (VTS) have allowed it to be coupled to LMA testing, dramatically improving specificity and sensitivity when compared to the line crossings method with manual scoring. In addition, VTS enables high-throughput experimentation. While similar to automated video tracking used for the open field test (OFT), LMA testing is unique in that it allows mice to remain in their home cage and does not utilize the anxiogenic stimulus of bright lighting during the active phase of the light-dark cycle. Traditionally, LMA has been used for short periods of time (mins), while longer movement studies (hrs-days) have often used implanted transmitters and biotelemetry. With the option of real-time tracking, long-, like short-term LMA testing, can now be conducted using videography. Long-term LMA testing requires a specialized, but easily constructed, cage so that food and water (which is usually positioned on the cage top) does not obstruct videography. Importantly, videography and VTS allows for the quantification of parameters, such as path of mouse movement, that are difficult or unfeasible to measure with line crossing and/or biotelemetry. In sum, LMA testing coupled to VTS affords a more complete description of mouse movement and the ability to examine locomotion over an extended period of time.

Locomotor activity (LMA) is a simple and easily performed measurement of behavior in mice. Coupling of video tracking software (VTS) and LMA allows for the improvement of specificity and sensitivity, especially when compared with the manual, line crossing method of LMA analysis. Additionally VTS allows long-term tracking of mouse LMA.

Mus på kort och lång sikt rörelseaktivitet Analyzed by Video Tracking Software

Locomotor  activity (LMA) is a simple and easily performed measurement of behavior in mice  and other rodents. Improvements in video tracking software ...

Behavioral and Locomotor Measurements Using an Open Field Activity Monitoring System for Skeletal Muscle Diseases

The open field activity monitoring system comprehensively assesses locomotor and behavioral activity levels of mice. It is a useful tool for assessing locomotive impairment in animal models of neuromuscular disease and efficacy of therapeutic drugs that may improve locomotion and/or muscle function. The open field activity measurement provides a different measure than muscle strength, which is commonly assessed by grip strength measurements. It can also show how drugs may affect other body systems as well when used with additional outcome measures. In addition, measures such as total distance traveled mirror the 6 min walk test, a clinical trial outcome measure. However, open field activity monitoring is also associated with significant challenges: Open field activity measurements vary according to animal strain, age, sex, and circadian rhythm. In addition, room temperature, humidity, lighting, noise, and even odor can affect assessment outcomes. Overall, this manuscript provides a well-tested and standardized open field activity SOP for preclinical trials in animal models of neuromuscular diseases. We provide a discussion of important considerations, typical results, data analysis, and detail the strengths and weaknesses of open field testing. In addition, we provide recommendations for optimal study design when using open field activity in a preclinical trial.

Open field activity levels are used to assess locomotive and behavioral activity levels. This protocol provides a well-designed, standardized protocol to use in preclinical trials for neuromuscular disorders.

Beteende och rörelseapparaten Mätningar Använda ett öppet fält Activity Monitoring System för Skeletal Muscle Sjukdomar

The open field activity monitoring system comprehensively assesses locomotor and behavioral activity levels of mice. It is a useful tool for assessing ...

Use of the Open Field Maze to Measure Locomotor and Anxiety-like Behavior in Mice

Animal models have proven to be invaluable to researchers trying to answer questions regarding the mechanisms of behavior. The Open Field Maze is one of the most commonly used platforms to measure behaviors in animal models. It is a fast and relatively easy test that provides a variety of behavioral information ranging from general ambulatory ability to data regarding the emotionality of the subject animal. As it relates to rodent models, the procedure allows the study of different strains of mice or rats both laboratory bred and wild-captured. The technique also readily lends itself to the investigation of different pharmacological compounds for anxiolytic or anxiogenic effects. Here, a protocol for use of the open field maze to describe mouse behaviors is detailed and a simple analysis of general locomotor ability and anxiety-related emotional behaviors between two strains of C57BL/6 mice is performed. Briefly, using the described protocol we show Wild Type mice exhibited significantly less anxiety related behaviors than did age-matched Knock Out mice while both strains exhibited similar ambulatory ability.

A protocol is provided to use an Open Field Maze to access general locomotor activity, anxiety and emotionality in a laboratory mouse model.

Användning av Open Field Maze att mäta motoriskt och ångest-liknande beteende hos möss

Animal models have proven to be invaluable to researchers trying to answer questions regarding the mechanisms of behavior. The Open Field Maze is one of ...

The Treadmill Fatigue Test: A Simple, High-throughput Assay of Fatigue-like Behavior for the Mouse

Fatigue is a prominent symptom in many diseases and disorders and reduces quality of life for many people. The lack of clear pathogenesis and failure of current interventions to adequately treat fatigue in all patients leaves a need for new treatment options. Despite the therapeutic need and importance of preclinical research in helping identify promising novel treatments, few preclinical assays of fatigue are available. Moreover, the most common preclinical assay used to assess fatigue-like behavior, voluntary wheel running, is not suitable for use with some strains of mice, may not be sensitive to drugs that reduce fatigue, and has relatively low throughput. The current protocol describes a novel, non-voluntary preclinical assay of fatigue-like behavior, the treadmill fatigue test, and provides evidence of its efficacy in detecting fatigue-like behavior in mice treated with a chemotherapy drug known to cause fatigue in humans and fatigue-like behavior in animals. This assay may be a beneficial alternative to wheel running, as fatigue-like behavior and potential interventions can be assessed in a greater number of mice over a shorter time frame, thus permitting faster discovery of new therapeutic options.

Fatigue is a common, undertreated and frequently poorly-understood symptom in many diseases and disorders. New preclinical assays of fatigue may help to improve current understanding and future treatment of fatigue. To that end, the current protocol provides a novel means of measuring fatigue-like behavior in the mouse.

Löpbandet Trötthet Test: En enkel, med hög kapacitet Analys av trötthet-liknande beteende för musen

Fatigue is a prominent symptom in many diseases and disorders and reduces quality of life for many people. The lack of clear pathogenesis and failure of ...

Using a Split-belt Treadmill to Evaluate Generalization of Human Locomotor Adaptation

Understanding the mechanisms underlying locomotor learning helps researchers and clinicians optimize gait retraining as part of motor rehabilitation. However, studying human locomotor learning can be challenging. During infancy and childhood, the neuromuscular system is quite immature, and it is unlikely that locomotor learning during early stages of development is governed by the same mechanisms as in adulthood. By the time humans reach maturity, they are so proficient at walking that it is difficult to come up with a sufficiently novel task to study de novo locomotor learning. The split-belt treadmill, which has two belts that can drive each leg at a different speed, enables the study of both short- (i.e., immediate) and long-term (i.e., over minutes-days; a form of motor learning) gait modifications in response to a novel change in the walking environment. Individuals can easily be screened for previous exposure to the split-belt treadmill, thus ensuring that all experimental participants have no (or equivalent) prior experience. This paper describes a typical split-belt treadmill adaptation protocol that incorporates testing methods to quantify locomotor learning and generalization of this learning to other walking contexts. A discussion of important considerations for designing split-belt treadmill experiments follows, including factors like treadmill belt speeds, rest breaks, and distractors. Additionally, potential but understudied confounding variables (e.g., arm movements, prior experience) are considered in the discussion.

We describe a protocol for investigating human locomotor adaptation using the split-belt treadmill, which has two belts that can drive each leg at a different speed. We specifically focus on a paradigm designed to test the generalization of adapted locomotor patterns to different walking contexts (e.g., gait speeds, walking environments).

Med en Split-belt löpband att utvärdera generalisering av mänskliga rörelseapparaten anpassning

Understanding the mechanisms underlying locomotor learning helps researchers and clinicians optimize gait retraining as part of motor rehabilitation. ...

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

An individual's sexual drive is influenced by genotype, experience and environmental conditions. How these factors interact to modulate sexual behaviors remains poorly understood. In Drosophila melanogaster, environmental cues, such as food availability, affect mating activity offering a tractable system to investigate the mechanisms modulating sexual behavior. In D. melanogaster, environmental cues are often sensed via the chemosensory gustatory and olfactory systems. Here, we present a method to test the effect of environmental chemical cues on mating behavior. The assay consists of a small mating arena containing food medium and a mating couple. The mating frequency for each couple is continuously monitored for 24 h. Here we present the applicability of this assay to test environmental compounds from an external source through a pressurized air system as well as manipulation of the environmental components directly in the mating arena. The use of a pressurized air system is especially useful to test the effect of very volatile compounds, while manipulating components directly in the mating arena can be of value to ascertain a compound's presence. This assay can be adapted to answer questions about the influence of genetic and environmental cues on mating behavior and fecundity as well as other male and female reproductive behaviors.

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

We demonstrate an assay to analyze the environmental and genetic cues that influence mating behavior in the fruit fly Drosophila melanogaster.

En metod för att testa effekten av miljökanaler på parningsbeteende 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 Computational Method to Quantify Fly Circadian Activity

In most animals and plants, circadian clocks orchestrate behavioral and molecular processes and synchronize them to the daily light-dark cycle. Fundamental mechanisms that underlie this temporal control are widely studied using the fruit fly Drosophila melanogaster as a model organism. In flies, the clock is typically studied by analyzing multiday locomotor recording. Such a recording shows a complex bimodal pattern with two peaks of activity: a morning peak that happens around dawn, and an evening peak that happens around dusk. These two peaks together form a waveform that is very different from sinusoidal oscillations observed in clock genes, suggesting that mechanisms in addition to the clock have profound effects in producing the observed patterns in behavioral data. Here we provide instructions on using a recently developed computational method that mathematically describes temporal patterns in fly activity. The method fits activity data with a model waveform that consists of four exponential terms and nine independent parameters that fully describe the shape and size of the morning and evening peaks of activity. The extracted parameters can help elucidate the kinetic mechanisms of substrates that underlie the commonly observed bimodal activity patterns in fly locomotor rhythms.

A method to quantify the main temporal features seen in fly circadian locomotor rhythms is presented. The quantification is achieved by fitting fly activity with a multi-parametric model waveform. The model parameters describe the shape and size of the morning and evening peaks of daily activity.

En Computational metod för att kvantifiera flyga dygnsrytm aktivitet

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

Application of MultiColor FlpOut Technique to Study High Resolution Single Cell Morphologies and Cell Interactions of Glia in Drosophila

Cells display different morphologies and complex anatomical relationships. How do cells interact with their neighbors? Do the interactions differ between cell types or even within a given type? What kinds of spatial rules do they follow? The answers to such fundamental questions in vivo have been hampered so far by a lack of tools for high resolution single cell labeling. Here, a detailed protocol to target single cells with a MultiColor FlpOut (MCFO) technique is provided. This method relies on three differently tagged reporters (HA, FLAG and V5) under UAS control that are kept silent by a transcriptional terminator flanked by two FRT sites (FRT-stop-FRT). A heat shock pulse induces the expression of a heat shock-induced Flp recombinase, which randomly removes the FRT-stop-FRT cassettes in individual cells: expression occurs only in cells that also express a GAL4 driver. This leads to an array of differently colored cells of a given cell type that allows the visualization of individual cell morphologies at high resolution. As an example, the MCFO technique can be combined with specific glial GAL4 drivers to visualize the morphologies of the different glial subtypes in the adult Drosophila brain.

Application of MultiColor FlpOut Technique to Study High Resolution Single Cell Morphologies and Cell Interactions of Glia in Drosophila

Cells display different morphologies and establish a variety of interactions with their neighbors. This protocol describes how to reveal the morphology of single cells and to investigate cell-cell interaction by using the well-established Gal4/UAS expression system.

Tillämpningen av MultiColor FlpOut teknik att studera högupplösta enda Cell morfologier och Cell interaktioner av Glia i Drosophila

Cells display different morphologies and complex anatomical relationships. How do cells interact with their neighbors? Do the interactions differ between ...

An Automated Rapid Iterative Negative Geotaxis Assay for Analyzing Adult Climbing Behavior in a Drosophila Model of Neurodegeneration

Neurodegenerative diseases are frequently associated with a progressive loss of movement ability, reduced life span, and age-dependent neurodegeneration. To understand the mechanism of these cellular events, and their causal relationships with each other, Drosophila melanogaster, with its sophisticated genetic tools and diverse behavioral features, are used as disease models for assessing neurodegenerative phenotypes. Here we describe a high-throughput method to analyze Drosophila adult negative geotaxis behavior, as an indication for possible motor defects associated with neurodegeneration. An automated machine is designed and developed to drive fly synchronization using an initial electric impulse, later allowing the recording of negative geotaxis behavior over a course of secs to mins. Images from the digitally recorded video are then processed with the self-designed RflyDetection software for statistical data manipulation. Different from the manually controlled negative geotaxis assay based on single fly, this precise, fast, and high-throughput protocol allows data acquisition from more than hundreds of flies simultaneously, providing an efficient approach to advance our understanding in the underlying mechanism of locomotor deficits associated with neurodegeneration.

An Automated Rapid Iterative Negative Geotaxis Assay for Analyzing Adult Climbing Behavior in a Drosophila Model of Neurodegeneration

This step-by-step protocol analyzes Drosophila negative geotaxis behavior using an automated multi-cylinder system that hosts hundreds of flies and synchronizes their action by an electric motor. Upon synchronization, fly negative geotaxis behavior is assayed, digitally recorded, and analyzed using the self-designed RflyDetection software.

Automatisk snabb iterativ negativa Geotaxis test för analysera vuxen klättring beteende i Drosophila modell för Neurodegeneration

Neurodegenerative diseases are frequently associated with a progressive loss of movement ability, reduced life span, and age-dependent neurodegeneration. ...

A Simple and Low-cost Assay for Measuring Ambulation in Mouse Models of Muscular Dystrophy

Measuring functional outcomes in the treatment of muscular dystrophy is an essential aspect of preclinical testing. The assessment of voluntary ambulation in mouse models is a non-invasive and reproducible activity assay that is directly analogous to measures of patient ambulation such as the 6-minute walk test and related mobility scores. Many common methods for testing mouse ambulation speed and distance are based on the open field test, where an animal&#39;s free movement within an arena is measured over time. One major downside to this approach is that commercial software and equipment for high-resolution motion tracking is expensive and may require transferring mice to specialized facilities for testing. Here, we describe a low-cost, video-based system for measuring mouse ambulation that utilizes free and open-source software. Using this protocol, we demonstrate that voluntary ambulation in the dystrophin-null mdx mouse model for Duchenne muscular dystrophy (DMD) is decreased relative to wild-type mouse activity. In mdx mice expressing the utrophin transgene, these activity deficits are not observed and the total distance traveled is indistinguishable from wild-type mice. This method is effective for measuring changes in voluntary ambulation associated with dystrophic pathology, and provides a versatile platform that can be readily adapted to diverse research settings.

This protocol describes a flexible, low-cost system for measuring mouse ambulation in an open field activity assay. We show that a 6-minute ambulation assay based on this system detects a decrease in voluntary movement in mdx mice, and accurately distinguishes improvement in a muscle-specific rescue of these animals.

En enkel och billig test för att mäta mobilitet i musmodeller av muskeldystrofi

Measuring functional outcomes in the treatment of muscular dystrophy is an essential aspect of preclinical testing. The assessment of voluntary ambulation ...