The influence of ACR on the circadian clock of Drosophila melanogaster

Celem przeprowadzonych eksperymentów było zbadanie behawioralnej odpowiedzi zegara biologicznego Drosophila melanogaster na działanie akrylamidu (ACR)- neurotoksyny występującej w pokarmie. Zegar biologiczny jest endogennym mechanizmem, który utrzymuje ogólną homeostazę organizmu w rytmicznym środowisku, poprzez generowanie rytmiki na poziomie molekularnym, fizjologicznym i behawioralnym. U muszki owocowej zegar główny (ang. pacemaker) składa się z tak zwanych neuronów zegarowych, które rozmieszczone są w 7 grupach w grzbietowej i bocznej części mózgu. Ważną grupę neuronów zegarowych stanowią neurony LNv (ventral Lateral Neurons), które wykazują ekspresję neuropeptydu zwanego czynnikiem rozpraszającym pigment (ang. Pigment Dispersing Factor, PDF) i generują rytmikę dobowej i okołodobowej aktywności lokomotorycznej Drosophila melanogaster. Typowy wzór aktywności muszki owocowej jest bimodalny. Występują w nim dwa piki aktywności- na początku i na końcu dnia, a rytmiczność ta utrzymywana jest również w warunkach stałej ciemności (DD). Dwutygodniowa rejestracja aktywności lokomotorycznej muszek (przy użyciu Drosophila Activity Monitoring System) utrzymywanych na pożywce zawierającej 60, 80 i 110 μg/g ACR (grupy ACR) ujawniła, że neurotoksyczna aktywność ACR zmienia ich dobowy i okołodobowy wzór aktywności lokomotorycznej. Muszki ACR stawały się "nocne", wykazując podwyższoną aktywność w nocy w warunkach dzień-noc (światło-ciemność, LD 12:12) i arytmiczność w DD. Taka zmiana we wzorze aktywności (znaczny wzrost aktywności nocnej) jest charakterystyczna dla nadmiernego pobudzenia neuronów LNv, które potwierdził również podwyższony poziom PDF-specyficznej immunofluorescencji w mózgach muszek grup ACR. Ponieważ wzór aktywności lokomotorycznej muszek ACR był zmieniony od samego początku rejestracji aktywności, można wnioskować, że neurony zegarowe/mechanizm zegarowy muszki charakteryzuje duża wrażliwość na neurotoksyczną aktywność ACR.The goal of the study was to examine the behavioral response of Drosophila melanogaster circadian clock to chronic exposure to the dietary neurotoxin- acrylamide (ACR). The circadian clock is an endogenous timekeeping mechanism that maintains the general homeostasis of an organism in a rhythmic environment by generating daily rhythms at the molecular, physiological and behavioral levels. In the fruit fly the main pacemaker consists of so called clock neurons that are arranged in 7 groups in the lateral and dorsal part of each brain hemisphere. The so called lateral ventral neurons (LNv) have been shown to be particularly important in Drosophila circadian system. They express the neuropeptide, Pigment Dispersing Factor (PDF) and control the daily pattern of locomotor activity of the fly. The typical pattern of the fruit fly activity is bimodal. Flies display two peaks of activity-at the beginning and at the end of the day, and this rhythmicity is maintained also in constant darkness conditions (DD) with a period of approximately 24 h. Recordings of the daily locomotor activity of flies (the two week recording using Drosophila Activity Monitoring System) that were kept on medium containing 60, 80 and 110 µg/g of acrylamide (ACR groups) showed that ACR neurotoxic activity changes the daily and circadian pattern of their activity. The flies became “nocturnal” with significantly elevated activity during the nighttime in day-night (Light-Dark, LD 12:12) conditions and arrhythmic in constant darkness - DD. Such a change in the pattern of activity (the considerably increase in the nighttime activity) is characteristic for hyperexcitation of LNvs that revealed PDF-specific immunofluorescence at higher level in brains of ACR groups than in the control group. What is more, the daily pattern of activity of ACR flies was changed right from the start of the recording, implying the immediate effect of ACR neurotoxic activity on Drosophila clock