Paradigmas para la evaluación conductual en el modelo de Drosophila del trastorno del espectro autista

Resumen

El Trastorno del Espectro Autista (TEA) se asocia con un deterioro del comportamiento social y comunicativo y la aparición de comportamientos repetitivos. Para estudiar la interrelación entre los genes del TEA y los déficits conductuales en el modelo de Drosophila , en este artículo se describen cinco paradigmas conductuales para analizar el espaciamiento social, la agresión, el cortejo, el acicalamiento y el comportamiento de habituación.

Resumen

El Trastorno del Espectro Autista (TEA) abarca un grupo heterogéneo de trastornos del neurodesarrollo con síntomas conductuales comunes que incluyen déficits en la interacción social y la capacidad de comunicación, comportamientos restringidos o repetitivos mejorados y también, en algunos casos, discapacidad de aprendizaje y déficit motor. Drosophila ha servido como un organismo modelo sin precedentes para modelar un gran número de enfermedades humanas. Dado que muchos genes han sido implicados en el TEA, las moscas de la fruta han surgido como una forma poderosa y eficiente de probar los genes supuestamente involucrados con el trastorno. Dado que cientos de genes, con diversas funciones funcionales, están implicados en el TEA, no es factible un único modelo genético de mosca del TEA; en cambio, los mutantes genéticos individuales, las eliminaciones de genes o los estudios basados en la sobreexpresión de los homólogos de moscas de los genes asociados al TEA son los medios comunes para obtener información sobre las vías moleculares subyacentes a estos productos genéticos. Una gran cantidad de técnicas conductuales están disponibles en Drosophila que proporcionan una lectura fácil de los déficits en componentes conductuales específicos. Se ha demostrado que el ensayo del espacio social y los ensayos de agresión y cortejo en moscas son útiles para evaluar defectos en la interacción social o la comunicación. El comportamiento de acicalamiento de las moscas es una excelente lectura del comportamiento repetitivo. El ensayo de habituación se utiliza en moscas para estimar la capacidad de aprendizaje de la habituación, que se ha visto afectada en algunos pacientes con TEA. Se puede utilizar una combinación de estos paradigmas de comportamiento para hacer una evaluación exhaustiva del estado de la enfermedad humana similar al TEA en las moscas. Utilizando moscas mutantes Fmr1 , recapitulando el síndrome de X frágil en humanos, y el derribo de filas homólogas de POGZ en neuronas de mosca, hemos demostrado déficits cuantificables en el espaciamiento social, la agresión, el comportamiento de cortejo, el comportamiento de acicalamiento y la habituación. Estos paradigmas conductuales se demuestran aquí en sus formas más simples y directas, con la suposición de que facilitarían su uso generalizado para la investigación sobre el TEA y otros trastornos del neurodesarrollo en modelos de mosca.

Introducción

El Trastorno del Espectro Autista (TEA) engloba un grupo heterogéneo de trastornos neurológicos. Incluye una serie de trastornos complejos del neurodesarrollo caracterizados por déficits multicontextuales y persistentes en la comunicación social y la interacción social y la presencia de patrones de comportamiento y actividad restringidos y repetitivos y de intereses¹. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), 1 de cada 100 niños es diagnosticado con TEA en todo el mundo, con una proporción de 4,2 2 entre hombres y^mujeres. La enfermedad se hace evidente en el segundo o tercer año de vida. Los niños con TEA muestran....

Protocolo

Consulte la Tabla de materiales para obtener detalles relacionados con todos los materiales y reactivos utilizados en este protocolo.

1. Ensayo de agresión

1. Preparación de la arena de ensayo de agresión
   1. Tome una placa estándar de 24 pocillos (Figura 1A) y use cada pocillo de la placa como una sola "arena" (Figura 1B) para la agresión de las moscas. Llene la mitad de cada pocillo con comida regular para moscas y deje que se seque durante la noche.
      NOTA: Opcionalmente, se puede incluir un punto focal para la agresión en la arena, c....

Discusión

Drosophila se utiliza como un buen organismo modelo para la investigación de trastornos neurológicos humanos debido a un alto grado de conservación de las secuencias génicas entre los genes de la mosca y los genes de las enfermedades humanas⁹. Numerosos paradigmas conductuales robustos lo convierten en un modelo atractivo para el estudio de los fenotipos que se manifiestan en mutantes que recapitulan enfermedades humanas. Dado que cientos de genes están implicados en el trastorno del.......

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Aggression arena:
Standard 24-well plate made of transparent polystyrene			12 cm x 8 cm x 2 cm. Diameter of a single well= 18 cm. Sigma-aldrich #Z707791; depth = 1 cm
Transparent plastic/acrylic sheet			Alternative: a perforated lid of a cell culture plate
Social Space Assay:
Binder clips			19 mm
Glass sheets and acrylic sheets of customized sizes			Thickness = 5 mm
Courtship assay:
Nut and bolt with threading
Perspex sheets of customized shapes			i) Lid: A custom-made round transparent Perspex disk (2-3 mm thickness, 70 mm diameter) with one loading hole at the peripheral region and another screw hole at the center (diameter ~ 3 mm for each); ii) A second transparent thicker Perspex disk (3-4 mm thickness, 70 mm diameter), with 6-8 perforations of diameter 15 mm, equidistant from the center; iii) Base: Same as lid except without the loading hole
Grooming assay:
Diffused glass-covered LED panel			10–15-Watt ceiling mountable LED panel
Habituation and Y-maze assay
Climbing chambers			x2, Borosilicate glass
Adapter for connecting Y-maze with entry vial			Perspex, custom made, measurements in Figure 5A
Clear reagent bottles			Borosil #1500017
Gas washing stopper			Borosil #1761021
Glass vial			OD= 25 mm x Height= 85 mm; Borosilicate Glass
Odorant (Ethyl Butyrate)			Merck #E15701
Paraffin wax (liquid) light			SRL #18211
Roller clamps			Polymed #14098
Silicone tubes			OD = 0.6 cm, ID = 0.3 cm; roller clamps for flow control
Vacuum pump			Hana #HN-648 (Any aquarium pump with flow direction reversed manually)
Y-maze			Borosilicate glass
Y-shaped glass tube (borosilicate glass)			Custom made, measurements in Figure 5A
Common items:
Any software for video playback (eg.- VLC media player)			https://www.videolan.org/vlc/
Computer for video data analysis
Fly bottles			OD= 60 mm x Height= 140 mm; glass/polypropylene
Fly vials			OD= 25 mm x Height= 85 mm; Borosilicate Glass
Graph-pad Prism software			https://www.graphpad.com/scientific-software/prism/www.graphpad.com/scientific-software/prism/
ImageJ software			https://imagej.net/downloads
Timer
Video camera with video recording set up			Camcorder or a mobile phone camera will work
For Fly Aspirator:
Cotton			Absorbent, autoclaved
Parafilm			Sigma-aldrich #P7793
Pipette tips			200 µL or 1000 µL, choose depeding on outer diameter of the silicone tube
Silicone/rubber tube			length= 30-50 cm. The tube should be odorless
Composition of Fly food:
Ingredients (amount for 1 L of food)
Agar (8 g)			SRL # 19661 (CAS : 9002-18-0)
Cornflour (80 g)			Organic, locally procured
D-Glucose (20 g)			SRL # 51758 (CAS: 50-99-7)
Propionic acid (4 g)			SRL # 43883 (CAS: 79-09-4)
Sucrose (40 g)			SRL # 90701 (CAS: 57-50-1)
Tego (Methyl para hydroxy benzoate) (1.25 g)			SRL # 60905 (CAS: 5026-62-0)
Yeast Powder (10 g)			HIMEDIA # RM027
Fly lines used in the experiments in this study:
Wild type (Canton S or CS)			BDSC # 64349
w1118			BDSC # 3605
w[1118]; Fmr1[Δ50M]/TM6B, Tb[+]			BDSC # 6930
w[*]; Fmr1[Δ113M]/TM6B, Tb[1]			BDSC # 67403
MB247-GAL4 (Gaurav Das, NCCS Pune, India)			BDSC # 50742
LN1-GAL4			NP1227, NP consortium, Japan
row-shRNA			BDSC # 25971