Otizm Spektrum Bozukluğunun Drosophila Modelinde Davranışsal Değerlendirme Paradigmaları

Özet

Otizm Spektrum Bozukluğu (OSB), bozulmuş sosyal ve iletişimsel davranış ve tekrarlayan davranışların ortaya çıkması ile ilişkilidir. Drosophila modelinde ASD genleri ve davranışsal eksiklikler arasındaki ilişkiyi incelemek için, bu yazıda sosyal boşluk, saldırganlık, kur yapma, tımar etme ve alışkanlık davranışını test etmek için beş davranışsal paradigma açıklanmaktadır.

Özet

Otizm Spektrum Bozukluğu (OSB), sosyal etkileşim ve iletişim yeteneğindeki eksiklikler, gelişmiş kısıtlı veya tekrarlayan davranışlar ve ayrıca bazı durumlarda öğrenme güçlüğü ve motor eksiklik dahil olmak üzere yaygın davranışsal semptomlara sahip heterojen bir nörogelişimsel bozukluk grubunu kapsar. Drosophila , çok sayıda insan hastalığını modellemek için benzersiz bir model organizma olarak hizmet etmiştir. ASD'de birçok gen rol oynadığından, meyve sinekleri, bozuklukla ilgili olduğu varsayılan genleri test etmenin güçlü ve etkili bir yolu olarak ortaya çıkmıştır. ASD'de çeşitli fonksiyonel rollere sahip yüzlerce gen yer aldığından, ASD'nin tek bir genetik sinek modeli mümkün değildir; bunun yerine, bireysel genetik mutantlar, gen yıkımları veya ASD ile ilişkili genlerin sinek homologlarının aşırı ekspresyona dayalı çalışmaları, bu gen ürünlerinin altında yatan moleküler yollar hakkında fikir edinmenin yaygın yoludur. Drosophila'da , belirli davranışsal bileşenlerdeki eksikliklerin kolayca okunmasını sağlayan bir dizi davranışsal teknik mevcuttur. Sineklerde sosyal alan tahlili ve saldırganlık ve kur yapma tahlillerinin, sosyal etkileşim veya iletişimdeki kusurları değerlendirmede yararlı olduğu gösterilmiştir. Sineklerde tımar davranışı, tekrarlayan davranışların mükemmel bir okumasıdır. Alışma testi, bazı ASD hastalarında etkilendiği tespit edilen alışkanlık öğrenme yeteneğini tahmin etmek için sineklerde kullanılır. Bu davranışsal paradigmaların bir kombinasyonu, sineklerde insan ASD benzeri hastalık durumunun kapsamlı bir değerlendirmesini yapmak için kullanılabilir. Fmr1 mutant sinekleri, insanlarda Frajilite-X sendromunu özetleyen ve sinek nöronlarında POGZ-homolog sıra yıkımını kullanarak, sosyal boşluk, saldırganlık, kur yapma davranışı, tımar davranışı ve alışkanlıkta ölçülebilir eksiklikler gösterdik. Bu davranışsal paradigmalar, sinek modellerinde ASD ve diğer nörogelişimsel bozukluklar üzerine araştırmalar için yaygın kullanımlarını kolaylaştıracağı varsayımıyla burada en basit ve anlaşılır biçimleriyle gösterilmiştir.

Giriş

Otizm Spektrum Bozukluğu (ASD), heterojen bir nörolojik bozukluk grubunu kapsar. Sosyal iletişim ve sosyal etkileşimde çok bağlamlı ve kalıcı eksiklikler ve sınırlı, tekrarlayan davranış ve aktivite kalıplarının ve ilgi alanlarının varlığı ile karakterize bir dizi karmaşık nöro-gelişimsel bozukluğu içerir¹. Dünya Sağlık Örgütü'ne (WHO) göre, dünya çapında her 100 çocuktan 1'ine erkek-kadın oranı 4.2 olan ASD teşhisi konmaktadır². Hastalık yaşamın ikinci veya üçüncü yılında belirginleşir. OSB'li çocuklar sosyal-duygusal karşılıklılık, sözsüz iletişim ve ilişki becerilerine ilgi eksikliği gösterirler. Kalıplaşmış motor har....

Protokol

Bu protokolde kullanılan tüm malzemeler ve reaktiflerle ilgili ayrıntılar için Malzeme Tablosuna bakın.

1. Saldırganlık testi

1. Saldırganlık tahlil arenasının hazırlanması
   1. Standart bir 24 oyuklu plaka alın (Şekil 1A) ve plakanın her bir oyuğunu sinek saldırganlığı için tek bir 'arena' (Şekil 1B) olarak kullanın. Her kuyunun yarısını normal sinek yemi ile doldurun ve gece boyunca kurumasını bekleyin.
      NOT: İsteğe bağlı olarak, erkek saldırganlığını sağlamak için arenaya bir nokta maya macunu veya kafası kesilmiş bir dişi gibi saldır....

Tartışmalar

Drosophila , sinek ve insan hastalığı genleri arasındaki gen dizilerinin yüksek derecede korunması nedeniyle insan nörolojik bozukluklarında araştırma için iyi bir model organizma olarak kullanılır⁹. Çok sayıda sağlam davranışsal paradigma, onu insan hastalıklarını özetleyen mutantlarda ortaya çıkan fenotipleri incelemek için çekici bir model haline getirir. Otizm spektrum bozukluğunda (ASD) yüzlerce gen rol oynadığından, herhangi bir model organizmada ortak.......

Malzemeler

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