Парадигмы поведенческой оценки у дрозофилы Модель расстройства аутистического спектра

Резюме

Расстройство аутистического спектра (РАС) связано с нарушением социального и коммуникативного поведения и возникновением повторяющегося поведения. Для изучения взаимосвязи между генами РАС и поведенческим дефицитом в модели дрозофилы в данной статье описаны пять поведенческих парадигм для анализа социального пространства, агрессии, ухаживания, ухода и привыкания.

Аннотация

Расстройство аутистического спектра (РАС) включает в себя гетерогенную группу расстройств развития нервной системы с общими поведенческими симптомами, включая дефицит социального взаимодействия и способности к общению, усиленное ограниченное или повторяющееся поведение, а также, в некоторых случаях, неспособность к обучению и двигательный дефицит. Дрозофила послужила не имеющим аналогов модельным организмом для моделирования большого числа заболеваний человека. Поскольку многие гены были вовлечены в РАС, плодовые мушки стали мощным и эффективным способом проверки генов, предположительно участвующих в этом расстройстве. Поскольку сотни генов с различными функциональными ролями вовлечены в РАС, единая генетическая модель РАС невозможна; Вместо этого отдельные генетические мутанты, нокдауны генов или основанные на сверхэкспрессии исследования гомологов генов, ассоциированных с РАС, являются распространенными средствами для получения информации о молекулярных путях, лежащих в основе этих генных продуктов. У дрозофилы доступно множество поведенческих техник, которые обеспечивают легкое считывание дефицита в конкретных поведенческих компонентах. Было показано, что анализ социального пространства, а также анализ агрессии и ухаживания у мух полезны для оценки дефектов в социальном взаимодействии или коммуникации. Груминговое поведение у мух является отличным считыванием повторяющегося поведения. Анализ привыкания используется у мух для оценки способности к привыканию, которая обнаруживается у некоторых пациентов с РАС. Комбинация этих поведенческих парадигм может быть использована для тщательной оценки состояния заболевания человека с РАС у мух. Используя мутантных мух Fmr1 , повторяя синдром ломкой X у людей и нокдаун ряда POGZ-гомолога у нейронов мух, мы показали количественно измеримый дефицит социального пространства, агрессии, брачного поведения, ухаживающего поведения и привыкания. Эти поведенческие парадигмы демонстрируются здесь в их простейших и понятных формах с предположением, что это будет способствовать их широкому использованию для исследований РАС и других расстройств развития нервной системы на моделях мух.

Введение

Расстройство аутистического спектра (РАС) включает в себя гетерогенную группу неврологических расстройств. Он включает в себя ряд сложных расстройств развития нервной системы, характеризующихся мультиконтекстуальными и стойкими дефицитами в социальной коммуникации и социальном взаимодействии, а также наличием ограниченных, повторяющихся поведенческих и активных моделей и интересов¹. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), у 1 из 100 детей во всем мире диагностируется РАС с соотношением мужчин и женщин 4,2². Болезнь становится очевидной на втором или третьем году жизни. Дети с РАС демонстрируют отсутствие и....

протокол

Подробную информацию обо всех материалах и реагентах, используемых в этом протоколе, см. в Таблице материалов .

1. Анализ на агрессию

1. Подготовка арены для анализа на агрессию
   1. Возьмите стандартный планшет с 24 лунками (рисунок 1A) и используйте каждую лунку планшета в качестве отдельной «арены» (рисунок 1B) для агрессии мухи. Заполните половину каждой лунки обычным кормом для мух и дайте ему высохнуть в течение ночи.
      ПРИМЕЧАНИЕ: По желанию, на арене может быть предусмотрена точка фокусировки для агрессии, например, точка дрожжево....

Результаты

Анализ на агрессию
В качестве модели ASD мухи были использованы мутантные мухи Fmr1 ^63,64. w¹¹¹⁸ самцов использовали в качестве контроля, а Fmr1 трансгетерозиготу Fmr1Δ113M/Fmr1Δ50M - ⁵⁷ самцов в качестве экспериментальных м.......

Обсуждение

Дрозофила используется в качестве прекрасного модельного организма для исследований неврологических расстройств человека из-за высокой степени сохранности последовательностей генов между генами мухи и болезни человека⁹. Многочисленные устойчивые поведенческие п?.......

Материалы

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