A TreadWheel intervallum edzésprotokoll a Drosophila melanogaster gyengéden kiváltott testgyakorlásához

Összegzés

A TreadWheel forgó mozgással kíméli a testmozgást a felnőtt Drosophila melanogasterben, kihasználva a veleszületett, negatív geotaxis repülését. Lehetővé teszi a testmozgás és az olyan tényezők közötti kölcsönhatások elemzését, mint a genotípus, a nem és az étrend, valamint azok fiziológiai és molekuláris tesztekre gyakorolt ​​hatásait az anyagcsere-egészség értékelésére.

Absztrakt

Bevezetés

A magas kalóriatartalmú étrendet fogyasztó és hosszú ideig inaktív kultúrákban nőnek a gyermekkori és felnőttkori elhízási járványok, ami súlyos, hosszú távú hatásokhoz vezethet, beleértve az inzulinrezisztenciát, a krónikus gyulladásokat és az 1., 2., 3., 4. osteoarthritist. Ezeknek a rendellenességeknek a gyakorisága továbbra is növekszik a kalória-bevitel és a kiadások növekvő egyensúlyhiánya miatt, ami a zsírok és cukrok fokozott fogyasztásának és a túlnyomórészt mozgásszegény életmódnak tulajdonítható 5. Ennek megfelelően ez az energia-egyensúlyhiány a 2-es típusú diabetes mellitus (T2DM) és a szív- és érrendszeri betegségek (CVD) 5 előfordulásának növekedéséhez vezetett. Az egyéneknél nagyobb a kockázata mindkét rendellenesség kialakulásának, ha metabolikus szindróma (MetS), hasi elhízás és diszlipidémia 2 tüneteit diagnosztizálták velük. A MetS-t a genotípus és a különböző környezeti tényezők, például az étrend és a testmozgás közötti bonyolult kölcsönhatások alakítják. Tehát annak érdekében, hogy teljes mértékben megismerjük ennek a komplex betegségnek a mögöttes mechanizmusait, vegyük figyelembe ezeket a tényezőket.

Ami a MetS elleni küzdelmet illeti, az orvosok először azt javasolják, hogy változtassanak életmódjukon, beleértve az egészséges, kiegyensúlyozott étrendet és a 2., 7., 8. fizikai aktivitást. Mivel a hatékony gyógyszerek korlátozottak és a gyomor bypass műtét drága, és egész életen át tartó orvosi felügyeletet igényel, a farmakológiai és műtéti beavatkozások csak súlyos esetekben és csak ezen életmódbeli változásokkal 3, 7, 8 ajánlottak. Életmódbeli beavatkozások során, mint pl B. Olyan testmozgás és étrend, amely hosszú távú súlycsökkentési célokat eredményezhet és fenntarthat, függetlenül attól, hogy ezek a korrekciós intézkedések képesek-e teljes mértékben enyhíteni a MetS-szel járó negatív hatásokat, további tanulmányozásra szorulnak 7, 8 .

Az egérmodelleket évek óta használják a testmozgás anyagcserezavarokra gyakorolt ​​hatásainak tanulmányozására; a MetS-en való repülés gyakorlati kutatásának bevezetése azonban viszonylag új törekvés a 9, 10, 11, 12. A legyek tökéletes járművet kínálnak az edzéshez ellenőrzött laboratóriumi környezetben, mivel könnyen kezelhetők, rövid élettartammal rendelkeznek, fenntartásuk olcsó, és az energetikai anyagcsere útvonalak nagyon konzerváltak Drosophila és emberek között 13. D. A Melanogaster genomok jól jellemezhetők, és rengeteg genetikai eszköz használható Drosophilában, amelyek betekintést nyújtanak a különböző genotípusokba és a genotípus-környezetenkénti kölcsönhatásokba, amelyek módosíthatják a testmozgás szervezetszervezetre gyakorolt ​​hatását 14 .

A Drosophila testgyakorlás kíméletes kiváltására kifejlesztettünk egy TreadWheel nevű edzőgépet (1. ábra). A TreadWheel (a továbbiakban TW rövidítéssel) forgó mozgás váltja ki a légy veleszületett, negatív geotaxis hajlását a gravitáció hatására az injekciós üveg tetején, ami viszont a légybe mászást ösztönzi a folyamatos újrafogalmazáshoz. Más módszerektől eltérően a TW csavaró mozgása eleve kíméletes, ami minimalizálja a felmerülő és az eredményeket befolyásoló további stresszorok számát. Így a gép által indukált, nagyszámú, legyek nélküli legyek által végzett gyakorlat lehetővé teszi a testmozgás anyagcsere-egészségre gyakorolt ​​hatásának tanulmányozását (2. ábra), Az öregedés, az alvás és sok más téma 11 lehetővé teszi.

Módszerünk egy inverz piramis, intervall edzés protokollt követ, amely főként az aerob intervallum edzés (AIT) aspektusait tartalmazza, némi állóképességű fizikai edzéssel. A szokásos AIT-kezelési rend megváltozik ebben a protokollban, megnövelve az egyes intervallumok időtartamát egy öt napos időszak alatt az állóképesség ösztönzése érdekében. Az AIT különösen hasznos a MetS megelőzésében más beavatkozási módokkal összehasonlítva, és hatékonyabb volt a metabolikus szindróma általános kockázati tényezőinek megfordításában, mint a folyamatos mérsékelt testmozgás 19, 20. A TW hátránya az Erőtoronnyal szemben azonban az, hogy a legyek gyorsabban megszokják az elforduló mozgást, így a legyek elvételéhez szoktatott veleszületett hajlam változása megnehezítheti a gyakorlat előnyeinek értelmezését. A korlátozás elegáns megoldását Watanabe és Riddle 15, valamint kiegészítő cikkük írja le.

Jegyzőkönyv

1. A TreadWheel beállítása és kezelése

Megjegyzés: Lásd 1. kiegészítő ábra a TW Maschinenbau kapcsolási rajzaihoz. A szükséges alkatrészek a Anyagtáblázatlistázott. A "TW", "TreadWheel", "edzőeszköz" és "gép" kifejezéseket felcserélhető módon használják az egész protokollban.

1. Kalibrálja a motort be/ki kapcsolóval, hogy a teljes forgási idő 15 másodperc (4 fordulat/perc) legyen. A gép sebessége a forgó karok kalibrálása érdekében rögzített bilincsekkel rögzített légycsövek előtt.
   1. Állítsa be a sebességet egy szokásos stopperórával és egy ideiglenesen a géphez rögzített mozdulattal, például egy kis ecsettel, amelynek szalagja a motor burkolatához van rögzítve, és az ecset egy forgó bilincset érint. Időzítse meg a fordulatszámot egy perc alatt úgy, hogy az elmozdíthatatlan tárgy legyen referenciapont, és állítsa be a sebességet, hogy elérje a 15 másodperces forgási periódust (4 fordulat/perc).

2. Legyek befogása és karbantartása

Megjegyzés: Az összes legyet 25 ° C-os inkubátorban 50% -os páratartalom mellett 12 órás világos/sötét ciklusban gondozzák a leírt padlással végzett manipulációk között. A legyeket szokásos kukoricadara-melasz oltóval táplálják, hacsak másképp nem jelezzük.

1. Készítsen elő minden genotípust almalé-agar lemezekkel a kamrák lefektetéséhez, egy csepp élesztő paszta lemezenként és 6 uncia műanyag palackok a lárvákat kikelő tojások összegyűjtéséhez.
   1. Készítsen almalé-agar tányérokat, töltsön meg ¾ megtelt 35 x 10 mm-es Petri-csészét, 3% agarral feloldva vásárolt almalében. A megszilárdult lemezeket felhasználásig hűtőszekrényben tárolja.
   2. 50 ml-es kúpos centrifugacsőben keverje össze a megvásárolt száraz élesztőt desztillált vízzel, 2 ml víz arányban minden élesztő grammra. Keverje össze az élesztőt vízzel, hogy egy üveg keverőpálcával pépet hozzon létre ketchup konzisztenciával. Szükség szerint állítsa be az élesztő és a víz arányát a kívánt állag elérése érdekében.
   3. Az élesztő pasztát felhasználások között hűtőszekrényben tárolja. Lazítsa meg a kupakot, hogy lehetővé tegye a gázmentesítést.
   4. Használjon éles tűt vagy kést kis lyukak lyukasztásához a 6 uncia négyzet alakú fenékpalackokban (polipropilén), mint nyílások a tojókamrák számára.
   5. Dörzsöljön be egy kis foltot élesztő pasztából (

   A gyakorlási protokoll befejezése után töltött egynapos pihenő után teszteljen egy általános emelkedési teljesítménytesztet egy gyors iteratív negatív geotaxis (RING) -szerű negatív geotaxis mászási vizsgálattal 22 .
   Helyezzen 10 legyből álló csoportokat üres, CO2 érzéstelenítésű injekciós üvegekbe (vagy érintse meg közvetlenül az ételt tartalmazó injekciós üvegekből, ha már rendezve van), és paraffinfóliával lezárja, hogy megakadályozza a legyek elszökését. Adjon legalább 10 percet a legyeknek, hogy megszokják az új fiolákat. Hogy az üveg ne boruljon fel, ragasszon szalagot

   Megjegyzés: A vizsgálat során használt mintákat, standardokat, glicerin standard oldatot és triglicerin munkaoldatot a protokoll időtartama alatt jégen kell tartani, és hűtőszekrényben kell tárolni, amikor azokat nem használják.

   Reprezentatív eredmények

   Különösen érdekelnek bennünket azok a tényezők, amelyek hozzájárulnak az egyén általános anyagcsere-egészségéhez. Korábban kiderült, hogy a diétán keresztüli genotípus-kölcsönhatás jelentősen hozzájárul a metabolikus tulajdonságok populációnövekedésének szintjéhez 14. Ez azt jelenti, hogy minden genotípus egyedi és összetett módon reagál az ökológiai különbségekre. Annak érdekében, hogy a genotípus-környezeti hatásokkal kapcsolatos munkánkat kiterjesszük a testmozgásra is, kifejlesztettük a TreadWheel-t, amely képes az aerob intervallum edzés (AIT) számos genotípusának kimutatására nagy áteresztőképességgel.

   
   
   1. ábra : A TreadWheel szobakerékpár. (A.) a gép 48 injekciós üveget tart és állítható sebesség funkcióval rendelkezik. Itt kísérleteket hajtottunk végre 4 fordulat/perc sebességgel. (B.) A kísérleti legyekkel ellátott egyedi élelmiszer-ampullákat rögzítettük, és egy forgótengely a helyére pattant. (C.) Az injekciós üvegdugók és az élelmiszer közötti távolság 6 cm volt test-fiolák és 1 cm-es kontroll injekciós üvegek esetében. Az injekciós üvegeket ezután a számítógépre helyezték edzés céljából. (D.) Az 5 napos inverz piramis gyakorlatot a repülés kiképzésére használták. Minden nap további öt percet adtak az egyik testmozgáshoz, hogy fokozatosan növeljék az edzés intenzitását, az állóképességi modelleket, az intervallum edzéseket. Ezt az ábrát Mendez et al. módosítva 11. Kattintson ide az ábra nagyobb változatának megtekintéséhez.
   
   
   2. ábra : Optikai módszerek és reprezentatív eredmények. (A.) A lárvák étrendjének és a felnőttek testmozgásának interakcióinak tesztelési módszerei. A lárvákat magas zsírtartalmú vagy normál laboratóriumi étrenden nevelték, és normál étrenden mozdonyokra váltottak. A felnőtt legyeket nemek szerint elválasztották, kísérleti csoportokba helyezték és öt egymást követő napon át gyakorolták. Ezt követően gyűrű típusú negatív geotaxis mászási tesztet hajtottak végre, és a legyeket lefagyasztották a triglicerid mérésekhez. A reprezentatív triglicerid adatok két genetikai vonalat mutatnak, Oregon R és y 1 w 1 (B.) Nő és férfi (C.). Valamennyi legyet normál étrenden nevelték és felnőttkorban gyakorolták. A különböző betűkkel rendelkező szintek jelentősen eltérnek egymástól (11. o. A DGRP 153 vonal reprezentatív mászási adatai a (D.) Nő és férfi (E.) jelenik meg. Mindegyik pont 232 vagy több ember átlagos hegymászási teljesítményének felel meg három független időpontban. A hibasávok szabványos hibát jeleznek. Kattintson ide az ábra nagyobb változatának megtekintéséhez.
   
   1. kiegészítő ábra: A TreadWheel részletes vázlatos ábrázolása. (A.) A géphez rögzített két injekciós üveg szorítószerkezetű fiolák vázlata. (B.) A gép forgó hajtásának belső nézete. (C.) A gép elejének párhuzamos vetülete. Kattintson ide az ábra nagyobb változatának megtekintéséhez.

   Vita

   Az itt részletezett edzésprotokollról kiderült, hogy sikeresen stimulálja a szelíd testmozgást Drosophilában, és felhasználható az állóképességi edzés szimulálására egy ellenőrzött laboratóriumban 11. Meg kell jegyezni, hogy a TreadWheel koncepció kezdeti kidolgozása során olyan kereskedelmi termékeket vettünk figyelembe, amelyek módosíthatók hasonló módon (pl. Laboratóriumi forgószalon). Végül azonban elutasítottuk ezt a megközelítést az egyedi tervezésű kivitel kiválasztása érdekében, mivel a kereskedelmi eszközök nem rendelkeztek kellően alacsony fordulatszámmal (4 fordulat/perc), és nem rendelkeztek elegendő injekciós üveg képességgel a nagy teljesítményű minta előállításához.

   A TreadWheel-rel végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy az átlagos testmozgás csökkentette a testtömeget, a teljes triglicerid-tárolást és a glikogént, miközben növelte a fehérje szintet és a mászási teljesítményt Ezenkívül változó válaszok voltak a nemre és a testtömeg genotípusaira, valamint a trigliceridekre, a fehérjékre, a glikogénre, a glükózra és a testgyakorlati szintekre 11, 15. Noha a testmozgásra és az étrendre adott válasz változékonysága a genotípusok és a nemek között nehezen értelmezhető, és néha, ellentétesen, a természetes populációkban megfigyelt valódi biológiai variáció forrásait tükrözi. A MetS magas arányának hátterében álló tényezők sokféleségének megértése érdekében olyan eszközöket fogunk kifejleszteni, amelyek megkönnyítik a különféle befolyásoló tényezők relatív jelentőségének kibontását azáltal, hogy ezt a tényezőt a modellorganizmusokban teszteljük, hogy személyre szabott megelőzési és kezelési beavatkozásokat fejlesszünk ki. A gyakorlat hatékonyságának teljes felméréséhez ezeket a tényezőket és kölcsönhatásukat figyelembe kell venni a kísérletek elvégzése és a következtetések levonása során.

   Közzétételek

   A szerzők nem árultak el semmit.

   Köszönetnyilvánítás

   Szeretnénk megköszönni Julie Jarnigan, Meredith Owens, Rachel Hill, Brandon Moye, Laura Mafla, Olivia Fish és a Reed Lab többi tagjának a légyállattartásban és a képfeldolgozásban nyújtott segítségüket. Sean Mendez az UAB műhely segítségével készítette el az eredeti TreadWheelt. Ezt a tanulmányt az NIH R01 GM 098856 LKR Kreativitás és Kutatási Akadémia finanszírozta az Alabamai Egyetemen, KEL és BJW.

   ---