פרדיגמות להערכה התנהגותית במודל דרוזופילה של הפרעת הספקטרום האוטיסטי

Summary

הפרעת הספקטרום האוטיסטי (ASD) קשורה להתנהגות חברתית ותקשורתית לקויה ולהופעתה של התנהגות חזרתית. לצורך חקר הקשר בין גנים אוטסיים וליקויים התנהגותיים במודל דרוזופילה , מתוארות במאמר זה חמש פרדיגמות התנהגותיות להערכת ריווח חברתי, תוקפנות, חיזור, טיפוח והתנהגות הרגלה.

Abstract

הפרעת הספקטרום האוטיסטי (ASD) כוללת קבוצה הטרוגנית של הפרעות נוירו-התפתחותיות עם סימפטומים התנהגותיים נפוצים, כולל ליקויים באינטראקציה חברתית וביכולת תקשורת, התנהגויות מוגבלות או חוזרות משופרות, וגם, במקרים מסוימים, לקות למידה וליקוי מוטורי. דרוזופילה שימשה כאורגניזם מודל שאין שני לו למידול מספר רב של מחלות אנושיות. מכיוון שגנים רבים היו מעורבים באוטיזם, זבובי פירות התגלו כדרך רבת עוצמה ויעילה לבחון את הגנים המעורבים לכאורה בהפרעה. מכיוון שמאות גנים, בעלי תפקידים תפקודיים מגוונים, מעורבים באוטיזם, מודל זבוב גנטי יחיד של ASD אינו ישים; במקום זאת, מוטציות גנטיות בודדות, הפלות גנים, או מחקרים מבוססי ביטוי יתר של הומולוגים של זבובים של גנים הקשורים ל- ASD הם האמצעי הנפוץ להשגת תובנה לגבי מסלולים מולקולריים העומדים בבסיס תוצרי גנים אלה. שורה של טכניקות התנהגותיות זמינות בדרוזופילה המספקות קריאה קלה של ליקויים במרכיבים התנהגותיים ספציפיים. מבחני מרחב חברתי ומבחני תוקפנות וחיזור בזבובים הוכחו כיעילים בהערכת פגמים באינטראקציה חברתית או בתקשורת. התנהגות טיפוח בזבובים היא קריאה מצוינת של התנהגות חזרתית. בדיקת הרגלה משמשת בזבובים כדי להעריך את היכולת ללמידה של הרגלה, אשר נמצא מושפע אצל חלק מחולי ASD. שילוב של פרדיגמות התנהגותיות אלה יכול לשמש כדי לבצע הערכה יסודית של מצב המחלה דמוי ASD האנושי בזבובים. באמצעות שימוש בזבובים מוטנטיים מסוג Fmr1 , שחזור תסמונת ה-X השביר בבני אדם, והפלה בשורה הומולוגית של POGZ בנוירונים של זבובים, הראינו ליקויים הניתנים לכימות בריווח חברתי, תוקפנות, התנהגות חיזור, התנהגות טיפוח והרגלה. פרדיגמות התנהגותיות אלה מודגמות כאן בצורותיהן הפשוטות והפשוטות ביותר, מתוך הנחה שזה יקל על השימוש הנרחב בהן למחקר על ASD והפרעות נוירו-התפתחותיות אחרות במודלים של זבובים.

Introduction

הפרעת הספקטרום האוטיסטי (ASD) כוללת קבוצה הטרוגנית של הפרעות נוירולוגיות. הוא כולל מגוון של הפרעות נוירו-התפתחותיות מורכבות המאופיינות בגירעונות רב-הקשריים ומתמשכים בתקשורת חברתית ובאינטראקציה חברתית ובנוכחות דפוסי התנהגות ופעילות ותחומי עניין מוגבלים, חוזרים ונשנים¹. על פי ארגון הבריאות העולמי (WHO), 1 מכל 100 ילדים מאובחן עם ASD ברחבי העולם עם יחס זכר-נקבה של 4.2². המחלה מתגלה בשנה השנייה או השלישית לחיים. ילדים אוטיסטים מראים חוסר עניין בהדדיות חברתית-רגשית, תקשורת לא מילולית ומיומנויות יחסים. הם מפגינים התנהגויות חוזרות ונשנות כמו תנועה מוטורית סטריאוטיפית, מעקב שגרתי לא גמיש וטקסי, והתמקדות אינטנסיבית בתחומי עניין מ....

Protocol

עיין בטבלת החומרים לקבלת פרטים הקשורים לכל החומרים והריאגנטים המשמשים בפרוטוקול זה.

1. מבחן תוקפנות

1. הכנת זירת מבחני התוקפנות
   1. קחו צלחת סטנדרטית של 24 בארות (איור 1A) והשתמשו בכל באר של הצלחת כ"זירה" אחת (איור 1B) לתוקפנו.......

Discussion

דרוזופילה משמשת כאורגניזם מודל משובח למחקר בהפרעות נוירולוגיות בבני אדם בשל רמה גבוהה של שימור רצפי גנים בין גנים של זבובים ומחלות אנושיות⁹. פרדיגמות התנהגותיות חזקות רבות הופכות אותו למודל אטרקטיבי לחקר פנוטיפים המתבטאים במוטציות המשחזרות מחלות אנושיות. מכיוון שמאות .......

Materials

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