ברצוננו להודות Jarnigan ג'ולי, מרדית אוונס, רחל היל, ברנדון Moye, לורה מאפיה? הם פה, אוליביה דגים, וכל השאר של המעבדה ריד על עזרתם עם זבוב גידול ועיבוד תמונה. שון מנדז בנה את TreadWheel המקורי עם סיוע מהמוסך UAB. מימון למחקר זה סופק על ידי NIH-R01 GM 098856 כדי LKR ואת היצירתיות לתואר ראשון האקדמיה מחקר ב אוניברסיטת אלבמה קל, BJW.

<ol>
	<li>Yanovski, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pediatric+obesity.+An+introduction.">Pediatric obesity. An introduction.</a> Appetite. 93, 3-12 (2015).</li><li>Alberti, K. G. M. M., Zimmet, P., Shaw, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metabolic+syndrome-a+new+world-wide+definition.+A+Consensus+Statement+from+the+International+Diabetes+Federation.">Metabolic syndrome-a new world-wide definition. A Consensus Statement from the International Diabetes Federation.</a> Diabetic Medicine. 23, 469-480 (2006).</li><li>American Diabetes Association. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=6.+Obesity+Management+for+the+Treatment+of+Type+2+Diabetes.">6. Obesity Management for the Treatment of Type 2 Diabetes.</a> Diabetes Care. 39, 47-51 (2016).</li><li>Bliddal, H., Leeds, A. R., Christensen, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Osteoarthritis,+obesity+and+weight+loss:+evidence,+hypotheses+and+horizons+-+a+scoping+review.">Osteoarthritis, obesity and weight loss: evidence, hypotheses and horizons - a scoping review.</a> Obesity Reviews. 15, 578-586 (2014).</li><li>Bray, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+epidemic+of+obesity+and+changes+in+food+intake:+the+Fluoride+Hypothesis.">The epidemic of obesity and changes in food intake: the Fluoride Hypothesis.</a> Physiol. Behav. 82, 115-121 (2004).</li><li>O'Rahilly, S., Farooqi, I. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetics+of+obesity.">Genetics of obesity.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 361, 1095-1105 (2006).</li><li>Kenkre, J., Tan, T., Bloom, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Treating+the+obese+diabetic.">Treating the obese diabetic.</a> Expert Rev Clin Pharmacol. 6, 171-183 (2013).</li><li>Fiuza-Luces, C., Garatachea, N., Berger, N. A., Lucia, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exercise+is+the+Real+Polypill.">Exercise is the Real Polypill.</a> Physiology. 28, 330-358 (2013).</li><li>Matos, A., 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=Acute+exercise+reverses+TRB3+expression+in+the+skeletal+muscle+and+ameliorates+whole+body+insulin+sensitivity+in+diabetic+mice.">Acute exercise reverses TRB3 expression in the skeletal muscle and ameliorates whole body insulin sensitivity in diabetic mice.</a> Acta Physiologica. 198, 61-69 (2010).</li><li>Mercken, E. M., Carboneau, B. A., Krzysik-Walker, S. M., de Cabo, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Of+mice+and+men:+The+benefits+of+caloric+restriction,+exercise,+and+mimetics.">Of mice and men: The benefits of caloric restriction, exercise, and mimetics.</a> Ageing Research Reviews. 11, 390-398 (2012).</li><li>Mendez, S., 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=The+TreadWheel:+A+Novel+Apparatus+to+Measure+Genetic+Variation+in+Response+to+Gently+Induced+Exercise+for+Drosophila.">The TreadWheel: A Novel Apparatus to Measure Genetic Variation in Response to Gently Induced Exercise for Drosophila.</a> PLoS ONE. 11, 0164706 (2016).</li><li>Piazza, N., Gosangi, B., Devilla, S., Arking, R., Wessells, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exercise-Training+in+Young+Drosophila+melanogaster+Reduces+Age-Related+Decline+in+Mobility+and+Cardiac+Performance.">Exercise-Training in Young Drosophila melanogaster Reduces Age-Related Decline in Mobility and Cardiac Performance.</a> PLoS ONE. 4, 5886-5911 (2009).</li><li>Graham, P., Pick, L. <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+Diabetes+and+Diseases+of+Insulin+Resistance.">Drosophila as a Model for Diabetes and Diseases of Insulin Resistance.</a> Fly Models of Human Diseases. 121, 397-419 (2017).</li><li>Reed, L. K., 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=Genotype-by-Diet+Interactions+Drive+Metabolic+Phenotype+Variation+in+Drosophila+melanogaster.">Genotype-by-Diet Interactions Drive Metabolic Phenotype Variation in Drosophila melanogaster.</a> Genetics. 185, 1009-1019 (2010).</li><li>Watanabe, L. P., Riddle, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+Rotating+Exercise+Quantification+System+(REQS),+a+novel+Drosophila+exercise+quantification+apparatus.">Characterization of the Rotating Exercise Quantification System (REQS), a novel Drosophila exercise quantification apparatus.</a> PLoS ONE. 12, 0185090 (2017).</li><li>Tinkerhess, M. J., Ginzberg, S., Piazza, N., Wessells, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endurance+training+protocol+and+longitudinal+performance+assays+for+Drosophila+melanogaster.">Endurance training protocol and longitudinal performance assays for Drosophila melanogaster.</a> J Vis Exp. , (2012).</li><li>Tinkerhess, M. 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=The+Drosophila+PGC-1&#945;+Homolog+spargel+Modulates+the+Physiological+Effects+of+Endurance+Exercise.">The Drosophila PGC-1&#945; Homolog spargel Modulates the Physiological Effects of Endurance Exercise.</a> PLoS ONE. 7, 31633 (2012).</li><li>Sujkowski, A., Bazzell, B., Carpenter, K., Arking, R., Wessells, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endurance+exercise+and+selective+breeding+for+longevity+extend+Drosophila+healthspan+by+overlapping+mechanisms.">Endurance exercise and selective breeding for longevity extend Drosophila healthspan by overlapping mechanisms.</a> Aging. 7, 535-552 (2015).</li><li>Tj&#248;nna, A. E., 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=Aerobic+Interval+Training+Versus+Continuous+Moderate+Exercise+as+a+Treatment+for+the+Metabolic+Syndrome:+A+Pilot+Study.">Aerobic Interval Training Versus Continuous Moderate Exercise as a Treatment for the Metabolic Syndrome: A Pilot Study.</a> Circulation. 118, 346-354 (2008).</li><li>Ciolac, E. G., 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=Effects+of+high-intensity+aerobic+interval+training+vs.+moderate+exercise+on+hemodynamic,+metabolic+and+neuro-humoral+abnormalities+of+young+normotensive+women+at+high+familial+risk+for+hypertension.">Effects of high-intensity aerobic interval training vs. moderate exercise on hemodynamic, metabolic and neuro-humoral abnormalities of young normotensive women at high familial risk for hypertension.</a> Hypertension Research 2010 33:8. 33, 836-843 (2010).</li><li>Watanabe, L. P., Riddle, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+exercise+levels+in+Drosophila+melanogaster+using+the+Rotating+Exercise+Quantification+System+(REQS).">Measuring exercise levels in Drosophila melanogaster using the Rotating Exercise Quantification System (REQS).</a> J Vis Exp. , (2018).</li><li>Gargano, J., Martin, I., Bhandari, P., 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=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, 386-395 (2005).</li><li>Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NIH+Image+to+ImageJ:+25+years+of+image+analysis.">NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis.</a> Nature Methods 2012 9:7. 9, 671-675 (2012).</li><li>Hammond, J. B. W., Kruger, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> New Protein Techniques. 3, 25-32 (1988).</li><li>Mackay, T. F. C., 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=The+Drosophila+melanogaster+Genetic+Reference+Panel.">The Drosophila melanogaster Genetic Reference Panel.</a> Nature. 482, 173-178 (2012).</li><li>Miquel, J., Lundgren, P. R., Bensch, K. G., Atlan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+temperature+on+the+life+span,+vitality+and+fine+structure+of+Drosophila+melanogaster.">Effects of temperature on the life span, vitality and fine structure of Drosophila melanogaster.</a> Mechanisms of Ageing and Development. 5, 347-370 (1975).</li><li>Berlandi, 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=Swing+Boat:+Inducing+and+Recording+Locomotor+Activity+in+a+Drosophila+melanogaster+Model+of+Alzheimer's+Disease.">Swing Boat: Inducing and Recording Locomotor Activity in a Drosophila melanogaster Model of Alzheimer's Disease.</a> Front Behav Neurosci. 11, 159 (2017).</li><li>Leng, S. X., 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=ELISA+and+Multiplex+Technologies+for+Cytokine+Measurement+in+Inflammation+and+Aging+Research.">ELISA and Multiplex Technologies for Cytokine Measurement in Inflammation and Aging Research.</a> The Journals of Gerontology Series A: Biological Sciences and Medical Sciences. 63, 879-884 (2008).</li><li>Ja, W. 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=Prandiology+of+Drosophila+and+the+CAFE+assay.">Prandiology of Drosophila and the CAFE assay.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 104, 8253-8256 (2007).</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. , (2010).</li><li>M&#214;lich, A. B., F&#214;rster, T. D., Lighton, J. R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperthermic+Overdrive:+Oxygen+Delivery+does+Not+Limit+Thermal+Tolerance+in+Drosophila+melanogaster.">Hyperthermic Overdrive: Oxygen Delivery does Not Limit Thermal Tolerance in Drosophila melanogaster.</a> Journal of Insect Science. 12, 1-7 (2012).</li><li>Long, A. D., Macdonald, S. J., King, E. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dissecting+complex+traits+using+the+Drosophila+Synthetic+Population+Resource.">Dissecting complex traits using the Drosophila Synthetic Population Resource.</a> Trends in Genetics. 30, 488-495 (2014).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

פרוטוקול תרגיל מפורט כאן הוכח לעורר בהצלחה תרגיל עדין דרוזופילה והוא יכול לשמש כדי לדמות סיבולת תרגיל במעבדה מבוקרת הגדרת11. יודגש כי כאשר בתחילה בפיתוח הרעיון TreadWheel, שקלנו מוצרים מסחריים עשוי להיות שונה כדי לבצע באופן דומה (למשל, לירג מעבדה). עם זאת, אנחנו בסופו של דבר דחה גישה זו, בחירה בעיצוב לפי הזמנה כי ציוד מסחרי לא היה מהירות כשעוצמת נמוכה מספיק (4 סל ד) ולא חסרה קיבולת מספיקה מבחנה לדור מדגם תפוקה גבוהה.
פרוטוקול ה-TW עצמו יכול להיות מותאם כדי להקיף מגוון רחב של נושאי מחקר. לדוגמה, התאמת את התדירות והמשך של הזבובים תרגיל משטרים יכול לשנות עוצמות אימונים שהם מקבלים. על-ידי הרחבת פרוטוקול ארוך יותר מאשר שבוע אחד או בקבוצות גיל אחרות, אפשר היה לחקור את ההשפעות של פעילות גופנית על הזדקנות, מחלות שונות הקשורות לגיל. אנו ממליצים כי אם גישה מורחבת תרגיל מיושם, יתווספו לאחר מכן יום מנוחה אחד לפחות בשבוע צריך לאפשר התאוששות. ביצועים ושיפור הוצגה להיות גדול תחת משטרים שכלל יום התאוששות יותר לאותם משטרים שהיו רצופים התרגיל היומי12. כמו כן, אנו מזהיר נגד הרחבת פעילות גופנית לגבי אורך 30 דקות האחרונות מאז habituation כדי תנועה סיבובית עלולה להתרחש לאחר תקופות ארוכות של רציף תרגיל11. הבחנו גם וריאציות גנטיות מוטיבציה של הזבובים לשמור על רמות הפעילות שלהם על ה TW11. לפיכך, אם התקפי יותר הם הרצויה, לשקול ניטור הזבובים רמות הפעילות, כפי שהוצגו על ידי וואטאנאבה, החידה15,21 המתאר את השינוי של הקונספט שנ. גורמים אחרים יכול להיות מגוון כוללים חום, שינה-התעוררות דפוסים, אשר מוצגים גם להשפיע על תנועות לטוס26,27.
יש שפע של ניתוחים זמין במהלך ולאחר השלמת פרוטוקול לפנות את ההשפעות של פעילות גופנית על רמת, התנהגותית, הפיזיולוגית, כמו גם את היכולת לפענח תופעות epigenetic של פעילות גופנית. מבחני מטבוליים נוספים (למשל, גלוקוז גליקוגן, חלבון), ביצועים לב, תגובה דלקתית אמצעי יכול לשמש על מנת לחקור את התרגיל אפקט יש לטוס פיזיולוגיה וגוף הרכב12,14 24, ,28. שינויים התנהגותיים שונים הקשורים עם פעילות גופנית אינדוקציה, כגון שינויים האכלה התנהגות פעילות גינקולוגיות, שינה, גם ניתן למדוד באמצעות כלים כמו assay CAFE29 או פעילות פיקוח על התקנים12,15 ,30. ניתן לכמת שינויים ביטוי גנים וכן נשימה תאית לייחס להתאמן גם בשיטות PCR לרביעיית11 ו- respirometry31. לבסוף, דרוזופילה יש ערך גנטי משאבים זמינים, כגון החלונית Reference גנטיקה דרוזופילה 2 והמשאב דרוזופילה סינתטי האוכלוסייה המספקות חוקרים את הפלטפורמה לביצוע מחקרים גנטיים כמותיים25,32. כלים אלה מאפשרים מיפוי ניסויים, כגון מיפוי הגנום כולו האגודה מחקרים ו לוקוסים תכונה כמותית, לזהות המועמד לוקוסים הקשורים עם פעילות גופנית ותזונה.
מחקרים שהושלמו באמצעות TreadWheel את הדגים, בממוצע, פעילות גופנית מפחיתה במשקל הגוף, הטריגליצרידים הכולל אחסון גליקוגן, תוך הגדלת תכולת החלבון וטיפוס ביצועים11. בנוסף, היו תגובות משתנה לממש בכל המינים ואת אחרים במשקל הגוף, כמו גם רמות טריגליצרידים, חלבון, גליקוגן, גלוקוז של פעילות רמות11,15. בעוד ההשתנות של תגובה תרגיל ו דיאט על פני אחרים, מין עשויה להיות מאתגרת לפרש, לעיתים, שלא נראית מציאותית, הוא משקף מקורות וריאציה ביולוגי אמיתי נצפתה באוכלוסיות טבעיות. אנו משתדלים להבין את הגיוון של הגורמים הבסיסיים התורמים שיעור גבוה של המטס, כלים המאפשרים disentangling את התפקיד היחסי של הגורמים התורמים שונים על-ידי בדיקת גורמים אלה היצורים מודל יהיה קריטי ליכולת שלנו לפתח התערבויות מניעה וטיפול אישי. באופן מלא, כדי להעריך את האפקטיביות של פעילות גופנית כל הגורמים הללו, כיצד הם פועלים הדדית יש לקחת בחשבון בעת עריכת ניסויים, גיבוש מסקנות.
TW, כמו שאר מכשירי כושר לעוף, היא מוגבלת ביכולתה לכמת תנועה לעוף. לאחרונה, וואטאנאבה, החידה פיתח את סיבוב תרגיל כימות מערכת (REQS), שדרה TW ששינה עם פעילות ניטור יחידת (LAM25H) של מערכת ניטור דרוזופילה סדרה15,21. כמו TW, מערכת זו משתמשת לאופקית לזירוז בעדינות את התרגיל תוך שימוש בזרוע LAM25H כדי לעקוב אחר לכמת פעילות לטוס, אבל היא מחזיקה מספר קטן יותר של צלוחיות (32 בקבוקונים) מאשר ה TW15. ללימודים תפוקה גבוהה פעילות גופנית, אם פעילות כימות אינו נחוץ או הרצוי, TW מאפשר למספר מדגם גדול יותר. העיצוב TW יכול גם להיות שונה מן במתכונתה הנוכחית כדי להכיל מספר רב יותר של בקבוקונים. מערכת זו, יחד עם שיטות אחרות קיימת פעילות גופנית, עזר להקים פעילות גופנית אינה רק בהגעה דרוזופילה , אבל גם ניתן יהיה ללמוד כדי לקבוע את ההשפעה של פעילות גופנית על מגוון רחב של תגובות פיזיולוגיות ומולקולרית 11,12,15. לפיכך, TW, כשיטה מוכחת של גרימת תרגיל עדין זבובים, יכול לשמש כדי לחקור מגוון גדול של השאלות הביולוגיות.

ילדות והשמנה למבוגרים גדלים מגיפות התרבויות צורכים תזונה קלורי גבוה, בבטלה לתקופות ממושכות של זמן, אשר יכול להוביל השלכות לטווח ארוך חמורות, לרבות תנגודת לאינסולין, דלקת כרונית, דלקת מפרקים ניוונית 1 , 2 , 3 , 4. השכיחות של הפרעות אלה ממשיך לעלות בשל חוסר איזון הגוברת של צריכת הקלוריות וההוצאות מיוחסות הצריכה גבוהות של שומנים, סוכרים, בעיקר ולנהל אורח חיים5. בהתאמה, חוסר איזון אנרגיה הוביל עלייה במקרים של סוכרת סוג 2 (T2DM), מחלות לב וכלי דם (CVD)5. אנשים נמצאים בסיכון גבוה יותר לפתח הפרעות שני אם הם אובחנו עם הפרעה תסמונת מטבולית (גרורות), אשר התסמינים כוללים השמנה של הבטן, dyslipidemia2. המטס מעוצב על ידי מורכבות האינטראקציות בין גנוטיפ וגורמים סביבתיים שונים, כגון דיאטה ופעילות גופנית6. לכן, כדי להשיג הבנה מלאה של המנגנון הבסיסי של מחלה מורכבת זו, כל הגורמים הללו יש לשקול.
כאשר מדובר במאבק נגד המטס, הרופאים ממליצים קודם שעברו שינויים באורח החיים הכוללות אכילה תזונה בריאה, מאוזנת, פעילות גופנית-2,-7,-8. מאז תרופות יעילות מוגבלת, ולא ניתוח מעקף קיבה יקר ומצריך מעקב רפואי לכל החיים, תרופתי וכירורגי התערבות זו מומלצת רק במקרים חמורים ולא רק בשילוב עם אלה שינויים באורח החיים3 7, ,8. בעוד התערבויות באורח החיים, כגון פעילות גופנית ודיאטה, ניתן לייצר ולשמור על המטרות ארוכות הטווח של אובדן משקל, או לא אלה צעדים מתקנת ניתן באופן מלא להפחיתם ההשפעות השליליות הקשורות המטס צריך המשך מחקר7, 8.
העכבר הדגמים השתמשו כדי לבחון את ההשפעה של פעילות גופנית על מחלות מטבוליות במשך שנים; אולם, כניסתה של תרגיל לטוס מחקר על הגרורות הוא יחסית לאחרונה העשייה9,10,11,12. זבובים לספק את הרכב המושלם ללמוד התעמלות בסביבה מעבדתית מבוקרת, מאז הם בקלות הם מניפולציה, יש אורך חיים קצר, הם זולים לשמור על, ואין מסלולים מטבוליים הקשורה לאנרגיה מאוד נשמרים בין דרוזופילה בני13. הגנום melanogaster ד מאופיינים היטב, ויש שפע של כלים גנטיקה זמין לשימוש ב דרוזופילה שיכול לספק תובנה שונים אחרים, אינטראקציות גנוטיפ-מאת-הסביבה יכול לווסת השפעת פעילות גופנית על בריאות organismal14.
שיטות הנוכחי של פעילות גופנית דרוזופילה להפעיל את הנטייה geotaxis מולדת, שלילי של הזבוב, האינסטינקט התנהגותית לטפס כלפי מעלה, כדי לעורר טיפוס אצל מבוגרים בתוך שלהם מתחמים11,12,15 . מגדל כוח, שיטה אחת כדי לעורר פעילות גופנית בזבובים, באופן שיטתי מעלה מתחמים לטוס אנכית ומוריד ואז אותם בחזרה אל פני השטח ספסל, יעיל דפיקות הזבובים לתחתית המבחנה, ובכך גרימת geotaxis שלילי האינסטינקטיבית שלהם 12 , 16. ניסויים שנערכו באמצעות מכונה זו הראו כי פעילות גופנית היא גורם מגן מפני מחלות רבות הקשורות לגיל, כולל CVD ו- T2DM, ומקדם את הזדקנות בריאה12,17,18 . באופן ספציפי, הם הראו כי פעילות גופנית יכולה להפחית את התחלתה של ירידה ניידות הקשורות לגיל זבובים לשפר מרובות הקשורות לגיל סימפטומים, כמו הלב ביצועים, להדגיש תגובה17,18. עם זאת, שליטה זבובים מעולם לא הניח על המגדל הראה טיפוס ציונים גבוהים יותר מאשר אלה חווים את המכונה, רומז שבכוח הטיפות חוזרות עשויים להיות ופצעו את הזבובים ומשפיע ניידות12. הדבר מצביע על כי שיטה חלופית של גרימת פעילות מצומצמת יותר, ימנע גרימת טראומה פיזית תהיה שיטה שימושית, משלימים פרוטוקול מגדל כוח16.
לזירוז בעדינות תרגיל דרוזופילה, פיתחנו מכונת תרגיל שנקרא את TreadWheel (איור 1). TreadWheel של (מעתה ואילך באופן מקוצר כ- TW) תנועה סיבובית מעורר נטייה מולדת, שלילי geotaxis הזבובים על ידי כל הזמן הגדרה מחדש בראש כוח הכבידה הבקבוקונים, אשר, בתורו, מעוררת טיפוס עם הזבובים. בניגוד לשיטות אחרות, תנועת הסיבוב TW הוא מטבעו עדין, אשר תצמצם את מספר לחצים נוספים אשר עשויים להיווצר, להשפיע על התוצאות. לפיכך, המכונה מספק את האמצעים לזירוז תרגיל במספרים גדולים של הזבובים ללא גרימת לחץ, אשר יאפשר לחוקרים לחקור את ההשפעות של פעילות גופנית על בריאות מטבולית (איור 2), הזדקנות, שינה רבים אחרים נושאים11.
השיטה שלנו עוקב אחר של ההופכי כפירמידה, פרוטוקול אימונים מרווח, אשר במידה רבה משלבת היבטים של אירובי מרווח אימון (AIT) עם קצת התמדה תרגיל אימונים. המשטר AIT סטנדרטית היא שונה ב פרוטוקול זה כדי להגדיל בהדרגה את משך כל מרווח במשך חמישה ימים כדי לקדם את הסיבולת. AIT כבר יעילה במיוחד במניעת המטס ביחס שיטות התערבות אחרות, היה יעיל יותר היפוך של תסמונת מטבולית גורמי סיכון מאשר פעילות גופנית מתונה רציף19,20. עם זאת, חיסרון של TW ביחס למגדל כוח היא זבובים habituate מהר יותר את התנועה מסתובב, ובכך וריאציה של נטייה מולדת habituate בין הזבובים יכול לסבך את הפרשנות של היתרונות של פעילות גופנית. 11 פתרון אלגנטי על מגבלה זו מתוארת על ידי וואטאנאבה, החידה15 שלהם משלימים סעיף21.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:844px;" width="844">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:395px;">Materials for TreadWheel Construction:</td>
			<td style="width:112px;"></td>
			<td style="width:171px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Heavy Duty Vibration-Damping leveling Mount</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>60855K71</td>
			<td>Quantity: 4</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Stainless Steel Ball Bearing</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>57155K306</td>
			<td>Quantity: 8</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Plug-in Voltage Transformer (500MA, 120VAC input, 24 VAC output)</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>70235K16</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Compact Square-Face DC Gear motor</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>6409K23</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Tool Holder (clamps)</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>1723A22</td>
			<td>Quantity: 5 (10x)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">12L14 Carbon Steel Tight-Tolerance Rod</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>5227T24</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Set Screw Shaft Collar</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>6432K13</td>
			<td>Quantity: 8</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Round-Belt Pulley</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>6284K51</td>
			<td>Quantity: 5</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Dart Controls &#8211; 25 Max RPM, Electric AC DC Motor</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>13DV 1A</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Materials for Fly Maintenace and Husbandry</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">6 oz Square Bottom Bottles (polypropylene)</td>
			<td>Genesee Scientific</td>
			<td>32-130</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">35x10mm Petri Dishes</td>
			<td>VWR</td>
			<td>82050-536</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Narrow Drosophila vials</td>
			<td>Genesee Scientific</td>
			<td>32-116</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:395px;">Flystuff Flypad</td>
			<td style="width:112px;">Genesee Scientific</td>
			<td style="width:171px;">59-114</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:395px;">Blowgun, Mini</td>
			<td style="width:112px;">Genesee Scientific</td>
			<td style="width:171px;">54-104</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:395px;">Materials for RING-like Assay:</td>
			<td style="width:112px;"></td>
			<td style="width:171px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:395px;">ImageJ software</td>
			<td style="width:112px;">NIH</td>
			<td style="width:171px;">https://imagej.nih.gov/ij/</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:395px;">1 cM graph paper or drawn grid (at least 20 cM by 30 cM)</td>
			<td style="width:112px;">various</td>
			<td style="width:171px;"></td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:395px;">digital camera with timer or smart phone with camera timer app</td>
			<td style="width:112px;">various</td>
			<td style="width:171px;"></td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:395px;">Materials for Triglyceride Assay:</td>
			<td style="width:112px;"></td>
			<td style="width:171px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Dewar Flask</td>
			<td style="width:112px;">VWR</td>
			<td>14200-960</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Serum Triglyceride Determination Kit</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>TRO100</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Cordless Pestle Motor</td>
			<td>VWR</td>
			<td>47747-370</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:395px;">Pestles</td>
			<td>VWR</td>
			<td>47747-358</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

the treadwheel: interval training protocol for gently induced exercise in drosophila melanogaster

השכיחות של מחלות מטבוליות מורכבת גדל עקב מעבר נרחבת לקראת אורח חיים של צריכת הקלוריות מוגבר, רמות פעילות הוריד. מחלות multifactorial אלו נובעים משילוב של גורמים גנטיים, סביבתיים התנהגותית. מחלה מורכבת אחד כזה הוא תסמונת מטבולית (גרורות), אשר יש מקבץ של הפרעות מטבוליות, כולל יתר לחץ דם, היפרגליקמיה, השמנה של הבטן. תרגיל התערבות תזונתיים העיקרי הטיפולים המומלץ על ידי רופאים כדי להמתיק השמנת יתר ומחלות מטבוליות העוקבים שלה בקרב אנשי עסקים ותיירים כאחד. תרגיל התערבות, בפרט אירובי מרווח אימון, מעורר שינויים חיוביים גורמי הסיכון הנפוצים עבור סוכרת סוג 2 (T2DM), מחלות לב וכלי דם (CVD) תנאים אחרים. בשטף של ראיות המתאר את התרגיל האפקט הטיפולי יש על בריאות מטבולית, הקמת מערכת מודלים להתאמן באווירה מבוקרת מספק כלי חשוב להערכת ההשפעות של פעילות גופנית בהקשר ניסיוני. דרוזופילה melanogaster הוא כלי נהדר עבור חוקרים את השינויים הפיזיולוגיים ומולקולרית שנוצרו כתוצאה מהתערבות תרגיל. הזבובים לכלבים קצר ויש מנגנונים דומים של חילוף חומרים מזינים לעומת בני אדם. כדי ליצור תרגיל דרוזופילה, פיתחנו מכונה בשם TreadWheel, אשר מנצל נטייה של הזבוב מולדת, שלילי geotaxis לזירוז בעדינות טיפוס. דבר זה מאפשר לחוקרים לבצע ניסויים על קוהורטות גדולות של הזבובים מגוונת מבחינה גנטית כדי להבין טוב יותר את האינטראקציות גנוטיפ-מאת-הסביבה שבבסיס את ההשפעות של פעילות גופנית על בריאות מטבולית.

אנו מעוניינים במיוחד בזיהוי הגורמים התורמים לבריאות הכללית מטבולית של הפרט. בעבר נמצאו כי אינטראקציות גנוטיפ-מאת-דיאטה לתרום באופן משמעותי וריאציה ברמת האוכלוסייה תכונות מטבוליות14. משמעות הדבר היא כי כל גנוטיפ מגיב ההבדלים הסביבתיים בצורה ייחודית ומורכבת. כדי להרחיב את העבודה שלנו על אפקטים גנוטיפ-מאת-הסביבה לכלול פעילות גופנית, פיתחנו את TreadWheel, אשר הוא מסוגל לחשוף מספרים גדולים של אחרים כדי אירובי מרווח אימון (AIT) באופן תפוקה גבוהה.
כדי לקבוע אם פעילות גופנית על TW השפיעו על תכונות מטבוליות, מדדנו אחסון הטריגליצרידים ב אורגון-R (OreR) ו- y1w1 טס, wildtype נפוצה זבובים (איור 2B – C), ו מנורמל ערכים אלה נגד הזבובים ריכוז חלבון, כמו במקור דיווח מנדז. et al. 11. ניתחנו את הנתונים על-ידי ניתוח רב משתני השונות (MANOVA) חשבונאות עבור גנוטיפ, סקס, תרגיל טיפול (ואת האינטראקציות שלהם), בלוק ניסיוני אפקטים כגון זמן משכפל ומזון בקבוקון ומצא כי היה משמעותי גנוטיפ-מאת-תרגיל אינטראקציה (p = 0.0017) המשפיעים על אחסון הטריגליצרידים. היה אפקט משמעותי dimorphic מינית בין זכרים ונקבות, עם זכרים אחסון טריגליצרידים יותר מאשר נקבות (p < 0.0001). ראינו כי אצל נקבות, זבובים ממניעים היו רמות טריגליצרידים נמוך משמעותית מאשר מקביליהם unexercised (איור 2B, p < 0.0001). בקרב הזכרים, בזמן הירידה אחסון הטריגליצרידים שנצפתה אורגון-R ממניעים זבובים (לעומת פקדים) לא היה משמעותי סטטיסטית, הבדל משמעותי באחסון הטריגליצרידים נצפתה בין שני הקווים נפרד (איור 2C, p < 0.0001). שים לב כי בעוד האחדת ריכוז הטריגליצרידים כנגד ריכוז חלבון מספק תובנה על הגוף באופן כללי לעוף קומפוזיציה יחסי, השוואה של ריכוז הטריגליצרידים או חלבון ישיר בין קבוצות שונות של זבובים יכולים גם לספק מידע ספציפי על ההשפעה של פעילות גופנית על אלה פנוטיפים בנפרד.
כיוון משתנים כמו פעילות גופנית למבוגרים, סקס, גנוטיפ מוצגים להשפיע על אחסון הטריגליצרידים, זה היה צפוי כי גורמים אלה גם להשפיע על אחרים פנוטיפים ולקיים אינטראקציה עם דיאטה. גידלנו את הזחלים נציג wildtype דרוזופילה בלוח הפניה גנטי קו (DGRP 153)25 או שומן גבוהה או תזונה נורמלית ולא תרגיל המושרה הזבוב הבוגר למשך שבוע (איור 2א). לאחר מכן, ביצענו assay geotaxis שלילי טבעתי כדי למדוד את יכולת טיפוס. טיפוס וזמינותו בשימוש שונה מזו assay סטנדרטי הטבעת; במקום מנגנון הטבעת, צלוחיות עם סרט פרפין כיסוי הפתחים שימשו בית זבובים במהלך וזמינותו. היבטים אחרים של וזמינותו הטבעת המקורית, כגון זמן בין הקשה הזבובים לתחתית המבחנה לוקח את התמונה, היו יתרת22.
כל הטיפולים היו חוזר על עצמו שלוש פעמים נפרדות עם מינימום של 59 זבובים בודדים לכל זמן שכפול וטיפול. נתונים נותחה על ידי MANOVA להתווכח על דיאטה, גנוטיפ, יחסי מין, פעילות גופנית לטיפול (ואת האינטראקציות שלהם), כמו גם בלוק ניסיוני השפעות הזמן שכפול assay המבחנה, בקבוקון assay שכפול. מצאנו כי הנקבות exercised טיפס גבוה יותר באופן משמעותי (p < 0.005) כאשר גדלו על הדיאטה השמן גבוהה יותר מכל הטיפולים האחרים הנשי (איור 2D). לזכרים, זה היה לראות כי פעילות גופנית רק שיפרה טיפוס כאשר זכרים גדלו על תזונה נורמלית, אלו שהועלו על הדיאטה שומן גבוה לא הראה שום שינוי משמעותי (איור 2E). מצאנו גם תופעות מינית dimorphic משמעותיות (p < 0.0001) לעלות עם זכרים לטפס גבוה יותר מאשר נקבות. התוצאה מפתיעה של ירידה טיפוס ביצועי בעקבות פעילות גופנית לנשים מן השורה DGRP 153 (איור 2D) לנשים לצרוך דיאטה רגילה (p < 0.0001) דוגמה של איך זה סוג של פעילות גופנית לא להיות התערבות חיובי בצורה אחידה על כל אחרים יכול להיות מכסה על גורמים סביבתיים אחרים. ב. מנדז et al. 11, הנקבות של ארבע שורות גנטיים אחרים שנבדקו עבור הביצועים שלהם טיפוס לאחר הועלה נורמאלי דיאטה כל יכולת טיפוס הראה משופרת עם תרגיל אימון. הדבר מצביע על כי התגובה שנצפתה DGRP 153 הוא גנוטיפ ספציפיים, לא מאפיין כללי של הטיפול תרגיל TW. ההשתנות בתגובה על פני סקס, דיאטה וקבוצות טיפול תרגיל מציין כי קיימים אינטראקציות סקס-מאת-דיאטה-מאת-פעילות גופנית משמעותית המשפיעה על היכולת טיפוס של הקו (p < 0.0001).
התוצאות מצביעות יחדיו, על כי ההשפעה של פעילות גופנית על בריאות מטבולית של הזבוב למבוגרים יכול להיות פונקציה של סקס, גנוטיפ, ושל הדיאט זחל. וריאציית פנוטיפי ציין בתגובה גנוטיפ, משתני סביבה (למשל, תזונה ופעילות גופנית), ומין גם נצפתה אחרים מחקרים11,12,14,15. לפיכך, TW ו דרוזופילה יכול להיות אסטרטגיה רב עוצמה להסבר של גורמים גנטיים וסביבתיים בעיצוב הבריאות המטבולית.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57788/57788fig1.jpg"> איור 1 : TreadWheel התרגיל מכונת. (א) המכונה מחזיקה בקבוקונים 48 ויש לו תכונה מהירות מתכווננת. כאן בוצעו ניסויים ב סל ד 4. (B) מזון בודדים מבחנות שמכילות את הזבובים ניסיוני היו בזעף לתוך סוגריים המצורפת של הציר מסתובב. (ג) המרחק בין המבחנה הכנס מזון היה 6 ס מ עבור תרגיל בקבוקונים, 1 ס מ עבור פקד בקבוקונים. הבקבוקונים הונחו אז במחשב עבור פעילות גופנית. (D) התרגיל הפירמידה הופכי יום 5 המשטר שימש לממש את הזבוב הבוגר. בכל יום נוספים חמש דקות נוספה באחד הקרבות פעילות גופנית להשתולל עצימות באופן מצטבר, אשר מודלים סיבולת, מרווח אימון. דמות זו שונתה מ מנדז. et al. 11. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57788/57788fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57788/57788fig2.jpg"> איור 2 : שיטות חזותי ותוצאות נציג. (א) שיטות לבדיקת דיאטה זחל ואפקטים אינטראקציה גופנית למבוגרים. הזחלים היו הרים בדיאטה גבוהה מעבדה שמנה או נורמלי, החליפו אוכל רגיל על וגיחתו. הזבוב הבוגר היו מופרדים באמצעות סקס, להציב לתוך קבוצות ניסיוני ועבר במשך חמישה ימים רצופים. לאחר מכן, geotaxis שלילי טבעתי, טיפוס assay נערך, זבובים קפאו למדידות הטריגליצרידים. טריגליצרידים נציג נתונים מוצגים עבור שני קווים גנטיים, אורגון R ו- y1w1 עבור (B) נקבות וזכרים (C). מכל הזבובים היו גדלו על דיאטה רגילה ועבר בבגרות. רמות עם אותיות שונות הם שונים באופן משמעותי (p < 0.05) באמצעות פוסט הוק של תלמיד t-מבחן. איור זה מכיל קבוצת משנה של הנתונים המדווחים ב מנדז. et al. 11. נציג טיפוס נתונים מוצגים עבור קו DGRP 153 (D) נקבות וזכרים (E). כל נקודה מייצגת את הביצועים טיפוס בממוצע של 232 או יותר אנשים על פני שלוש נקודות זמן עצמאי. קווי שגיאה מצביעים על שגיאת תקן אחד. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57788/57788fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Supplemental Figure 1" src="/files/ftp_upload/57788/57788supfig1.jpg"> משלימה איור 1: שרטוט מפורט של TreadWheel. (א) תרשים של מבנה קלאמפ המבחנה כפול להצמדה בקבוקונים למכונה. (B) מבט פנים מערכת כונן המסתובבת של המכונה. (ג) הקרנה מקבילים של הפנים הקדמי של המכונה. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57788/57788supfig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
קובץ קוד משלים: TreadWheel.skp <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57788/TreadWheel.skp" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.</a>

Watch this Scientific Journal Video about The TreadWheel: Interval Training Protocol for Gently Induced Exercise in Drosophila melanogaster at JoVE.com

The TreadWheel: Interval Training Protocol for Gently Induced Exercise in Drosophila melanogaster

TreadWheel משתמשת תנועה סיבובית לזירוז תרגיל למבוגרים דרוזופילה melanogaster בעדינות על ידי ניצול geotaxis של הזבובים מולדת, שלילי. היא מאפשרת ניתוח של אינטראקציות בין פעילות גופנית לבין גורמים, כגון גנוטיפ, סקס, תזונה, ועל השפעתם על מבחני מולקולרית, פיזיולוגיים להערכת הבריאות המטבולית.

TreadWheel: מרווח אימון פרוטוקול בעדינות המושרה תרגיל דרוזופילה melanogaster

The incidence of complex metabolic diseases has increased as a result of a widespread transition towards lifestyles of increased caloric intake and ...

the-treadwheel-interval-training-protocol-for-gently-induced-exercise

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Genetics

The TreadWheel: Interval Training Protocol for Gently Induced Exercise in Drosophila melanogaster

11.6K Views.  University of Alabama. TreadWheel משתמשת תנועה סיבובית לזירוז תרגיל למבוגרים דרוזופילה melanogaster בעדינות על ידי ניצול geotaxis של הזבובים מולדת, שלילי. היא מאפשרת ניתוח של אינטראקציות בין פעילות גופנית לבין גורמים, כגון גנוטיפ, סקס, תזונה, ועל השפעתם על מבחני מולקולרית, פיזיולוגיים להערכת ה?...

Video: The TreadWheel: Interval Training Protocol for Gently Induced Exercise in Drosophila melanogaster

Analysis of the Ambient Particulate Matter-induced Chromosomal Aberrations Using an In Vitro System

Exposure to particulate matter (PM) is a major world health concern, which may damage various cellular components, including the nuclear genetic material. To assess the impact of PM on nuclear genetic integrity, structural chromosomal aberrations are scored in the metaphase spreads of mouse RAW264.7 macrophage cells. PM is collected from ambient air with a high volume total suspended particles sampler. The collected material is solubilized and filtered to retain the water-soluble, fine portion. The particles are characterized for chemical composition by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. Different concentrations of particle suspension are added onto an in vitro culture of RAW264.7 mouse macrophages for a total exposure time of 72 hr, along with untreated control cells. At the end of exposure, the culture is treated with colcemid to arrest cells in metaphase. Cells are then harvested, treated with hypotonic solution, fixed in acetomethanol, dropped onto glass slides and finally stained with Giemsa solution. Slides are examined to assess the structural chromosomal aberrations (CAs) in metaphase spreads at 1,000X magnification using a bright-field microscope. 50 to 100 metaphase spread are scored for each treatment group. This technique is adapted for the detection of structural chromosomal aberrations (CAs), such as chromatid-type breaks, chromatid-type exchanges, acentric fragments, dicentric and ring chromosomes, double minutes, endoreduplication, and Robertsonian translocations in vitro after exposure to PM. It is a powerful method to associate a well-established cytogenetic endpoint to epigenetic alterations.

Analysis of the Ambient Particulate Matter-induced Chromosomal Aberrations Using an In Vitro System

This protocol describes techniques for the quantification and characterization of chromosomal aberrations in vitro in RAW264.7 mouse macrophages after treatment with ambient air particulate matter.

ניתוח של סטיות כרומוזומליות Matter הנגרמת חלקיקי אמביינט שימוש<em&gt; במבחנה</em&gt; מערכת

Exposure to particulate matter (PM) is a major world health concern, which may damage various cellular components, including the nuclear genetic material. ...

Quantifying Abdominal Pigmentation in Drosophila melanogaster

Pigmentation is a morphologically simple but highly variable trait that often has adaptive significance. It has served extensively as a model for understanding the development and evolution of morphological phenotypes. Abdominal pigmentation in Drosophila melanogaster has been particularly useful, allowing researchers to identify the loci that underlie inter- and intraspecific variations in morphology. Hitherto, however, D. melanogaster abdominal pigmentation has been largely assayed qualitatively, through scoring, rather than quantitatively, which limits the forms of statistical analysis that can be applied to pigmentation data. This work describes a new methodology that allows for the quantification of various aspects of the abdominal pigmentation pattern of adult D. melanogaster. The protocol includes specimen mounting, image capture, data extraction, and analysis. All the software used for image capture and analysis feature macros written for open-source image analysis. The advantage of this approach is the ability to precisely measure pigmentation traits using a methodology that is highly reproducible across different imaging systems. While the technique has been used to measure variation in the tergal pigmentation patterns of adult D. melanogaster, the methodology is flexible and broadly applicable to pigmentation patterns in myriad different organisms.

Quantifying Abdominal Pigmentation in Drosophila melanogaster

This work presents a method to quickly and precisely quantify the abdominal pigmentation of Drosophila melanogaster using digital image analysis. This method streamlines the procedures between phenotype acquisition and data analysis and includes specimen mounting, image acquisition, pixel value extraction, and trait measurement.

כימות פיגמנטציה בטן ב<em&gt; תסיסנית מלנוגאסטר</em

Pigmentation is a morphologically simple but highly variable trait that often has adaptive significance. It has served extensively as a model for ...

High Fat Diet Feeding and High Throughput Triacylglyceride Assay in Drosophila Melanogaster

Heart disease is the number one cause of human death worldwide. Numerous studies have shown strong connections between obesity and cardiac malfunction in humans, but more tools and research efforts are needed to better elucidate the mechanisms involved. For over a century, the genetically highly tractable model of Drosophila has been instrumental in the discovery of key genes and molecular pathways that proved to be highly conserved across species. Many biological processes and disease mechanisms are functionally conserved in the fly, such as development (e.g., body plan, heart), cancer, and neurodegenerative disease. Recently, the study of obesity and secondary pathologies, such as heart disease in model organisms, has played a highly critical role in the identification of key regulators involved in metabolic syndrome in humans.
Here, we propose to use this model organism as an efficient tool to induce obesity, i.e., excessive fat accumulation, and develop an efficient protocol to monitor fat content in the form of TAGs accumulation. In addition to the highly conserved, but less complex genome, the fly also has a short lifespan for rapid experimentation, combined with cost-effectiveness. This paper provides a detailed protocol for High Fat Diet (HFD) feeding in Drosophila to induce obesity and a high throughput triacylglyceride (TAG) assay for measuring the associated increase in fat content, with the aim to be highly reproducible and efficient for large-scale genetic or chemical screening. These protocols offer new opportunities to efficiently investigate regulatory mechanisms involved in obesity, as well as provide a standardized platform for drug discovery research for rapid testing of the effect of drug candidates on the development or prevention of obesity, diabetes and related metabolic diseases.

High Fat Diet Feeding and High Throughput Triacylglyceride Assay in Drosophila Melanogaster

This is a high fat diet feeding protocol to induce obesity in Drosophila, a model for understanding fundamental molecular mechanisms implicated in lipotoxicity. It also provides a high throughput triacylglyceride assay for measuring fat accumulation in Drosophila and potentially other (insect) models under various dietary, environmental, genetic or physiological conditions.

בשומן האכלה ואת וזמינותו Triacylglyceride תפוקה גבוהה בדרוזופילה Melanogaster

Heart disease is the number one cause of human death worldwide. Numerous studies have shown strong connections between obesity and cardiac malfunction in ...

Chromatin Immunoprecipitation (ChIP) Protocol for Low-abundance Embryonic Samples

Chromatin immunoprecipitation (ChIP) is a widely-used technique for mapping the localization of post-translationally modified histones, histone variants, transcription factors, or chromatin-modifying enzymes at a given locus or on a genome-wide scale. The combination of ChIP assays with next-generation sequencing (i.e., ChIP-Seq) is a powerful approach to globally uncover gene regulatory networks and to improve the functional annotation of genomes, especially of non-coding regulatory sequences. ChIP protocols normally require large amounts of cellular material, thus precluding the applicability of this method to investigating rare cell types or small tissue biopsies. In order to make the ChIP assay compatible with the amount of biological material that can typically be obtained in vivo during early vertebrate embryogenesis, we describe here a simplified ChIP protocol in which the number of steps required to complete the assay were reduced to minimize sample loss. This ChIP protocol has been successfully used to investigate different histone modifications in various embryonic chicken and adult mouse tissues using low to medium cell numbers (5 x 104 - 5 x 105 cells). Importantly, this protocol is compatible with ChIP-seq technology using standard library preparation methods, thus providing global epigenomic maps in highly relevant embryonic tissues.

Chromatin Immunoprecipitation ChIP Protocol for Low-abundance Embryonic Samples

Here, we describe a chromatin immunoprecipitation (ChIP) and ChIP-seq library preparation protocol to generate global epigenomic profiles from low-abundance chicken embryonic samples.

כרומטין פרוטוקול Immunoprecipitation (ChIP) עבור דגימות עובריים נמוך-שפע

Chromatin immunoprecipitation (ChIP) is a widely-used technique for mapping the localization of post-translationally modified histones, histone variants, ...

High Resolution Fluorescent In Situ Hybridization in Drosophila Embryos and Tissues Using Tyramide Signal Amplification

In our efforts to determine the patterns of expression and subcellular localization of Drosophila RNAs on a genome-wide basis, and in a variety of tissues, we have developed numerous modifications and improvements to our original fluorescent in situ hybridization (FISH) protocol. To facilitate throughput and cost effectiveness, all steps, from probe generation to signal detection, are performed using exon 96-well microtiter plates. Digoxygenin (DIG)-labelled antisense RNA probes are produced using either cDNA clones or genomic DNA as templates. After tissue fixation and permeabilization, probes are hybridized to transcripts of interest and then detected using a succession of anti-DIG antibody conjugated to biotin, streptavidin conjugated to horseradish peroxidase (HRP) and fluorescently conjugated tyramide, which in the presence of HRP, produces a highly reactive intermediate that binds to electron dense regions of immediately adjacent proteins. These amplification and localization steps produce a robust and highly localized signal that facilitates both cellular and subcellular transcript localization. The protocols provided have been optimized to produce highly specific signals in a variety of tissues and developmental stages. References are also provided for additional variations that allow the simultaneous detection of multiple transcripts, or transcripts and proteins, at the same time.

High Resolution Fluorescent In Situ Hybridization in Drosophila Embryos and Tissues Using Tyramide Signal Amplification

The described RNA in situ hybridization protocol allows the detection of RNA in whole Drosophila embryos or dissected tissues. Using 96-well microtiter plates and tyramide signal amplification, transcripts can be detected at high resolution, sensitivity, and throughput, and at a relatively low cost.

ברזולוציה גבוהה פלורסנט בחיי עיר הכלאה של עוברי דרוזופילה ורקמות באמצעות הגברה Tyramide אות

In our efforts to determine the patterns of expression and subcellular localization of Drosophila RNAs on a genome-wide basis, and in a variety of ...

Measuring Exercise Levels in Drosophila melanogaster Using the Rotating Exercise Quantification System (REQS)

Drosophila melanogaster is a new model organism for studies in exercise biology. To date, two main exercise systems, the Power Tower and the Treadwheel have been described. However, a method to measure the amount of additional animal activity induced through the exercise treatment has been lacking. The Rotating Exercise Quantification System (REQS) fills this need, providing a measure of animal activity for animals experiencing rotational exercise. This protocol details how to use the REQS to assess animal activity during rotational exercise and illustrates the type of data that can be generated. Here, we demonstrate how the REQS is used to measure sex- and strain-specific differences in exercise induced activity. The REQS can also be used to evaluate the impact of various other experimental parameters such as age, diet, or population size on exercise induced activity. In addition, it can be used to compare the efficacy of different exercise training protocols. Importantly, it provides an opportunity to standardize exercise treatments between strains, allowing the researcher to achieve equal amounts of activity between groups if needed. Thus, the REQS is a notable new resource for exercise biologists working with the Drosophila model system and complements existing exercise systems.

Measuring Exercise Levels in Drosophila melanogaster Using the Rotating Exercise Quantification System REQS

The Rotating Exercise Quantification System (REQS) can induce exercise in Drosophila melanogaster through rotation while simultaneously measuring the amount of activity performed by the animals. Here, we present a point-by-point protocol detailing how to measure activity levels of animals experiencing rotational exercise treatments using the REQS.

מדידת רמות פעילות גופנית ב- דרוזופילה melanogaster באמצעות מערכת כימות בתרגיל סיבוב (REQS)

Drosophila melanogaster is a new model organism for studies in exercise biology. To date, two main exercise systems, the Power Tower and the Treadwheel ...

Using In Vitro and In-cell SHAPE to Investigate Small Molecule Induced Pre-mRNA Structural Changes

In the process of drug development of RNA-targeting small molecules, elucidating the structural changes upon their interactions with target RNA sequences is desired. We herein provide a detailed in vitro and in-cell selective 2&#39;-hydroxyl acylation analyzed by primer extension (SHAPE) protocol to study the RNA structural change in the presence of an experimental drug for spinal muscular atrophy (SMA), survival of motor neuron (SMN)-C2, and in exon 7 of the pre-mRNA of the SMN2 gene. In in vitro SHAPE, an RNA sequence of 140 nucleotides containing SMN2 exon 7 is transcribed by T7 RNA polymerase, folded in the presence of SMN-C2, and subsequently modified by a mild 2&#39;-OH acylation reagent, 2-methylnicotinic acid imidazolide (NAI). This 2&#39;-OH-NAI adduct is further probed by a 32P-labeled primer extension and resolved by polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE). Conversely, 2&#39;-OH acylation in in-cell SHAPE takes place in situ with SMN-C2 bound cellular RNA in living cells. The pre-mRNA sequence of exon 7 in the SMN2 gene, along with SHAPE-induced mutations in the primer extension, was then amplified by PCR and subject to next-generation sequencing. Comparing the two methodologies, in vitro SHAPE is a more cost-effective method and does not require computational power to visualize results. However, the in vitro SHAPE-derived RNA model sometimes deviates from the secondary structure in a cellular context, likely due to the loss of all interactions with RNA-binding proteins. In-cell SHAPE does not need a radioactive material workplace and yields a more accurate RNA secondary structure in the cellular context. Furthermore, in-cell SHAPE is usually applicable for a larger range of RNA sequences (~1,000 nucleotides) by utilizing next-generation sequencing, compared to in vitro SHAPE (~200 nucleotides) that usually relies on PAGE analysis. In case of exon 7 in SMN2 pre-mRNA, the in vitro and in-cell SHAPE derived RNA models are similar to each other.

Detailed protocols for both in vitro and in-cell selective 2&#39;-hydroxyl acylation analyzed by primer extension (SHAPE) experiments to determine the secondary structure of pre-mRNA sequences of interest in the presence of an RNA-targeting small molecule are presented in this article.

שימוש בחוץ גופית וצורה בתא לחקור מולקולה קטנה המושרה שינויים מבניים Pre-mRNA

In the process of drug development of RNA-targeting small molecules, elucidating the structural changes upon their interactions with target RNA sequences ...

In Vivo Forward Genetic Screen to Identify Novel Neuroprotective Genes in Drosophila melanogaster

There is much to understand about the onset and progression of neurodegenerative diseases, including the underlying genes responsible. Forward genetic screening using chemical mutagens is a useful strategy for mapping mutant phenotypes to genes among Drosophila and other model organisms that share conserved cellular pathways with humans. If the mutated gene of interest is not lethal in early developmental stages of flies, a climbing assay can be conducted to screen for phenotypic indicators of decreased brain functioning, such as low climbing rates. Subsequently, secondary histological analysis of brain tissue can be performed in order to verify the neuroprotective function of the gene by scoring neurodegeneration phenotypes. Gene mapping strategies include meiotic and deficiency mapping that rely on these same assays can be followed by DNA sequencing to identify possible nucleotide changes in the gene of interest.

In Vivo Forward Genetic Screen to Identify Novel Neuroprotective Genes in Drosophila melanogaster

We present a protocol using a forward genetic approach to screen for mutants exhibiting neurodegeneration in Drosophila melanogaster. It incorporates a climbing assay, histology analysis, gene mapping and DNA sequencing to ultimately identify novel genes related to the process of neuroprotection.

ב Vivo Forward המסך הגנטי כדי לזהות גנים נוירוגינים הרומן ב Drosophila ילה melanogaster

There is much to understand about the onset and progression of neurodegenerative diseases, including the underlying genes responsible. Forward genetic ...

A FACS-based Protocol to Isolate RNA from the Secondary Cells of Drosophila Male Accessory Glands

To understand the function of an organ, it is often useful to understand the role of its constituent cell populations. Unfortunately, the rarity of individual cell populations often makes it difficult to obtain enough material for molecular studies. For example, the accessory gland of the Drosophila male reproductive system contains two distinct secretory cell types. The main cells make up 96% of the secretory cells of the gland, while the secondary cells (SC) make up the remaining 4% of cells (about 80 cells per male). Although both cell types produce important components of the seminal fluid, only a few genes are known to be specific to the SCs. The rarity of SCs has, thus far, hindered transcriptomic analysis study of this important cell type. Here, a method is presented that allows for the purification of SCs for RNA extraction and sequencing. The protocol consists in first dissecting glands from flies expressing a SC-specific GFP reporter and then subjecting these glands to protease digestion and mechanical dissociation to obtain individual cells. Following these steps, individual, living, GFP-marked cells are sorted using a fluorescent activated cell sorter (FACS) for RNA purification. This procedure yields SC-specific RNAs from ~40 males per condition for downstream RT-qPCR and/or RNA sequencing in the course of one day. The rapidity and simplicity of the procedure allows for the transcriptomes of many different flies, from different genotypes or environmental conditions, to be determined in a short period of time.

A FACS-based Protocol to Isolate RNA from the Secondary Cells of Drosophila Male Accessory Glands

Here, we present a protocol to dissociate and sort a specific cell population from the Drosophila male accessory glands (secondary cells) for RNA sequencing and RT-qPCR. Cell isolation is accomplished through FACS purification of GFP-expressing secondary cells after a multistep-dissociation process requiring dissection, proteases digestion and mechanical dispersion.

פרוטוקול מבוסס FACS כדי לבודד RNA מן התאים המשניים של דרוזוהילה בלוטות אביזר זכר

To understand the function of an organ, it is often useful to understand the role of its constituent cell populations. Unfortunately, the rarity of ...

Dissection of Drosophila melanogaster Flight Muscles for Omics Approaches

Drosophila flight muscle is a powerful model to study diverse processes such as transcriptional regulation, alternative splicing, metabolism, and mechanobiology, which all influence muscle development and myofibrillogenesis. Omics data, such as those generated by mass spectrometry or deep sequencing, can provide important mechanistic insights into these biological processes. For such approaches, it is beneficial to analyze tissue-specific samples to increase both selectivity and specificity of the omics fingerprints. Here we present a protocol for dissection of fluorescent-labeled flight muscle from live pupae to generate highly enriched muscle samples for omics applications. We first describe how to dissect flight muscles at early pupal stages (&#60;48 h after puparium formation [APF]), when the muscles are discernable by green fluorescent protein (GFP) labeling. We then describe how to dissect muscles from late pupae (&#62;48 h APF) or adults, when muscles are distinguishable under a dissecting microscope. The accompanying video protocol will make these technically demanding dissections more widely accessible to the muscle and Drosophila research communities. For RNA applications, we assay the quantity and quality of RNA that can be isolated at different time points and with different approaches. We further show that Bruno1 (Bru1) is necessary for a temporal shift in myosin heavy chain (Mhc) splicing, demonstrating that dissected muscles can be used for mRNA-Seq, mass spectrometry, and reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) applications. This dissection protocol will help promote tissue-specific omics analyses and can be generally applied to study multiple biological aspects of myogenesis.

Dissection of Drosophila melanogaster Flight Muscles for Omics Approaches

Drosophila flight muscle is a powerful model to study transcriptional regulation, alternative splicing, metabolism, and mechanobiology. We present a protocol for dissection of fluorescent-labeled flight muscle from live pupae to generate highly enriched samples ideal for proteomics and deep-sequencing. These samples can offer important mechanistic insights into diverse aspects of muscle development.