Name: Author Spotlight: Exploring Autism Spectrum Disorder Symptoms in Fruit Flies &#8212; Genetic Models and Behavioral Tests
Uploaded: 2024-09-06T13:00:00
Description: Autism Spectrum Disorder (ASD) encompasses a heterogeneous group of neurodevelopmental disorders with common behavioral symptoms including deficits in ...

Alışma ve koku seçimi tahlil kurulumu için Mani Ramaswami (NCBS, Bangalore) ve Baskar Bakthavachalu'ya (IIT Mandi), saldırganlık tahlili hakkındaki değerli önerileri için Pavan Agrawal'a (MAHE), kur yapma tahlil odası prototipini ve Fmr1 mutant sinek hatlarını paylaştığı için Amitava Majumdar'a (NCCS, Pune) ve MB247-GAL4 hattını paylaştığı için Gaurav Das'a (NCCS, Pune) son derece müteşekkiriz. Bloomington Drosophila Stok Merkezi'ne (BDSC, Indiana, ABD), Ulusal Genetik Enstitüsü'ne (NIG, Kyoto, Japonya), Banaras Hindu Üniversitesi'ne (BHU, Varanasi, Hindistan) ve Ulusal Biyoloji Bilimi Merkezi'ne (NCBS, Bangalore, Hindistan) Drosophila serileri için teşekkür ederiz. Laboratuvardaki çalışmalar, SERB-DST'DEN (ECR/2017/002963) AD'ye verilen hibeler, AD'ye verilen DBT Ramalingaswami bursu (BT/RLF/Re-entry/11/2016) ve IIT Kharagpur, Hindistan'dan kurumsal destek ile desteklenmiştir. SD ve SM Doktora almak CSIR-Kıdemli Araştırma Bursu'ndan burslar; PM, Hindistan'daki MHRD'den doktora bursu.

Bu protokolde kullanılan tüm malzemeler ve reaktiflerle ilgili ayrıntılar için Malzeme Tablosuna bakın.
1. Saldırganlık testi
<ol><li>Saldırganlık tahlil arenasının hazırlanması<ol><li>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 dold...

Drosophila Models for Genetic and Behavioral Traits of Autism Spectrum Disorder

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...

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 hareket, esnek olmayan ve ritüelleştirilmiş rutin takip ve kısıtlı ilgi alanlarına yoğun odaklanma gibi tekrarlayan davranışlar sergilerler. Otizmli çocuklar dokunma, koku, ses ve tat almaya karşı yüksek derecede tepki gösterirken, ağrı ve sıcaklık tepkisi nispeten düşüktür1. Bu bozukluğun penetransı, ASD'den muzdarip farklı hastalar arasında da farklıdır ve bu nedenle değişkenlik artar.
OSB'nin mevcut klinik tanısı, OSB'nin tüm formlarını kapsayan doğrulayıcı biyobelirteç tabanlı veya ortak bir genetik test olmadığı için bireylerin davranışsal değerlendirmesine dayanmaktadır3. Genetik ve nörofizyolojik temellerin deşifre edilmesi, tedavi stratejilerinin hedeflenmesinde yardımcı olacaktır. Son on yılda, geniş bir araştırma grubu, OSB hastalarında silinmiş veya mutasyona uğramış veya ekspresyon seviyeleri değiştirilmiş yüzlerce genin tanımlanmasıyla sonuçlanmıştır. Devam eden araştırmalar, bu aday genlerin katkısının fare veya meyve sineği gibi model organizmalar kullanılarak doğrulanmasını vurgulamaktadır, burada bu genler nakavt edilir veya yere serilir, ardından ASD benzeri davranışsal eksiklikler için testler yapılır ve anormalliklere neden olan altta yatan genetik ve moleküler yolakların aydınlatılması. İnsan kromozomal lokusları 16p11.2'deki Kopya Sayısı Varyasyonlarını (CNV'ler) özetleyen bir fare modeli, ASD davranış kusurlarınınbazılarını gösterir 4,5,6. Teratojenik bir ilaç valproik aside (VPA) doğum öncesi maruz kalma, insan ASD7,8'e benzeyen özellikleri gösteren başka bir fare modelidir. Ek olarak, genetik sendromla ilişkili otizm sergileyen bir dizi fare modeli vardır, örneğin, Fmr1, Pten, Mecp2, Cacna1c'deki mutasyonların neden olduğu tek gen sendromik modeller ve Cntnap2, Shank, Neurexin veya Neuroligin genleri gibi genlerdeki mutasyonların neden olduğu tek genli sendromik olmayan modeller5.
Meyve sineği (Drosophila melanogaster), ASD de dahil olmak üzere çok sayıda insan hastalığının9 hücresel, moleküler ve genetik temellerini incelemek için öne çıkan bir başka model organizmadır. Drosophila ve insanlar, moleküler, hücresel ve sinaptik seviyelerde yüksek oranda korunmuş biyolojik süreçleri paylaşırlar. Meyve sinekleri, ASD'lere bağlı genleri karakterize etmek ve sinaptogenez, sinaptik fonksiyon ve plastisite, nöral devre montajı ve olgunlaşmadaki kesin rollerini deşifre etmek için ASD çalışmalarında 10,11,12 başarıyla kullanılmıştır; ASD ile ilişkili genlerin sinek homologlarının sosyal ve/veya tekrarlayan davranışların düzenlenmesinde rolleri olduğu bulunmuştur 11,13,14,15,16,17,18,19,20,21. Meyve sineği ayrıca ASD genlerinin ve varyantlarınıntaranması için bir model olarak çalışmıştır 15,22,23. Sineklerde ASD araştırmalarındaki en büyük zorluk, diğer hastalık modellerinden farklı olarak, tek bir ASD sinek modelinin olmamasıdır. Mutasyonların etkisini veya belirli bir ASD geninin yıkılmasını anlamak için, bir araştırmacının davranışsal fenotiplerin ASD hastalarının semptomlarını yeterince taklit edip etmediğini doğrulaması ve daha sonra fenotiplerin moleküler veya fizyolojik temellerini anlamaya doğru ilerlemesi gerekir.
Bu nedenle, ASD benzeri fenotiplerin tespiti, sinek modelinde ASD araştırması için hayati önem taşır. Yıllar boyunca, sosyal davranış / etkileşim, iletişim, tekrarlayan davranışlar ve uyaranlara yanıt verme gibi anormallikleri tespit etmemizi sağlayan bir avuç davranışsal teknik ortaya çıkmıştır. Ek olarak, bu davranışsal tekniklerin yükseltme, tahlillerin otomasyonu, okumalar, niceleme ve karşılaştırma yöntemleri gibi belirli gereksinimlere uyacak şekilde farklı laboratuvarlarda çeşitli modifikasyonları ve yükseltmeleri yapılmıştır. Bu video makalesinde, ASD benzeri davranışsal sonuçları en kolay şekilde tespit etmek için kombinasyon halinde kullanılabilecek beş davranışsal paradigmanın en temel versiyonları gösterilmektedir.
Saldırganlık, hayatta kalma ve üremeyi etkileyen evrimsel olarak korunmuş doğuştan gelen bir davranıştır24. Türdeşlere yönelik saldırgan davranış, 'sosyalleşme motivasyonu'25,26 ve 'iletişim'den27 etkilenir ve her ikisi de OSB'den etkilenen bireylerde tehlikeye girer. Agresif davranış, Drosophila'da iyi tanımlanmıştır ve sağlam saldırganlık testi 28,29,30 ve iyi anlaşılmış bir genetik ve nörobiyolojik temel 31 yoluyla ölçülebilirliği, onu bir sinek modelinde ASD fenotipini değerlendirmek için uygun bir davranışsal paradigma32 haline getirir. Saldırganlık, sosyal bir ortamdan uzakta sosyal izolasyondan etkilenir ve bu da saldırganlığın artmasına yol açar; Aynı şey, erkek sinekler birkaç gün boyunca tecrit altında tutulduğunda da gözlenmiştir33,34. Sineklerde sosyalliği ölçen bir başka davranışsal tahlil, küçük bir sinek grubunda en yakın komşular arasındaki mesafeleri ve sinekler arası mesafeleri ölçen Sosyal Alan Tahlili35'tir ve bu da onu ASD gen ortologlarının sinek 12,21,36,37 ve çevre kaynaklı ASD sinek modellerindeki rollerini test etmek için mükemmel bir şekilde uygun hale getirir 38, 39.
 Drosophila kur yapma testi, Otizm ile ilgili genler 18,19,21,40 dahil olmak üzere, devre veya genetik manipülasyon üzerine sosyal ve iletişim becerilerinde değişiklik için sıklıkla kullanılan başka bir davranışsal paradigmadır. Tekrarlayan davranış kalıpları ASD hastalarında yaygındır ve bu, sineklerde tımar davranışı ile özetlenir - temizlik ve diğer amaçlar için gerçekleştirilen bir dizi farklı, kalıplaşmış eylem. Sineklerde(21,41) ASD gen mutasyonlarının etkisinin yanı sıra kimyasallara maruz kalmanın 38,39 test edilmesinde başarıyla kullanılmıştır. Testteki çoklu ilerlemeler ve otomasyon 16,41,42,43'ten önce tanımlanmıştır; Burada, benimsenmesi ve ölçülmesi kolay olan en temel tahlil modelini gösteriyoruz.
OSB'nin bazı hastalarda alışkanlık, öğrenme ve hafıza yeteneğini etkilediğibilinmektedir 44,45,46,47,48,49,50, OSB model organizmaları 51,52 ve ayrıca farklı koku alma davranışlarında eksikliklere neden olur50. Drosophila ışıktan atlama alışkanlığı daha önce ASD genleri23'ü taramak için kullanılmıştır. Alışkanlık, basit bir koku alma alışkanlığı testi yöntemi ile test edilebilir 53,54,55. Koku alma alışkanlığını indükleme yöntemini açıklıyoruz ve sonucu, ASD gen mutantı veya gen yıkımı durumundaki alışkanlık kusurlarını tespit etmek için kullanılabilecek klasik bir Y-labirent bazlı ikili koku seçimi testi56 kullanarak test ediyoruz. Bir mutasyonun (veya gen yıkımının) veya farmakolojik bir tedavinin bir sineğin davranışı üzerindeki etkisinin ASD benzeri bir fenotipe tekabül edip etmediğini değerlendirmek için, burada açıklanan bu 5 testin bir kombinasyonu kullanılabilir.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Aggression arena:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard 24-well plate made of transparent polystyrene</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>12 cm x 8 cm x 2 cm. Diameter of a single well= 18 cm. Sigma-aldrich #Z707791; depth = 1 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transparent plastic/acrylic sheet</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Alternative: a perforated lid of a cell culture plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Social Space Assay:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Binder clips</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>19 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass sheets and acrylic sheets of customized sizes</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Thickness = 5 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Courtship assay:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nut and bolt with threading</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Perspex sheets of customized shapes</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>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</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Grooming assay:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diffused glass-covered LED panel</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>10&#8211;15-Watt ceiling mountable LED panel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Habituation and Y-maze assay</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Climbing chambers</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>x2, Borosilicate glass</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adapter for connecting Y-maze with entry vial</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Perspex, custom made, measurements in Figure 5A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clear reagent bottles</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Borosil #1500017</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas washing stopper</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Borosil #1761021</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass vial</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>OD= 25 mm x Height= 85 mm; Borosilicate Glass</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Odorant (Ethyl Butyrate)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Merck #E15701</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraffin wax (liquid) light</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>SRL #18211</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Roller clamps</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Polymed #14098</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone tubes</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>OD = 0.6 cm, ID = 0.3 cm; roller clamps for flow control</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pump</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Hana #HN-648 (Any aquarium pump with flow direction reversed manually)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Y-maze</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Borosilicate glass</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Y-shaped glass tube (borosilicate glass)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Custom made, measurements in Figure 5A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Common items:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Any software for video playback (eg.- VLC media player)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>https://www.videolan.org/vlc/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Computer for video data analysis</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fly bottles</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>OD= 60 mm x Height= 140 mm; glass/polypropylene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fly vials</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>OD= 25 mm x Height= 85 mm; Borosilicate Glass</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graph-pad Prism software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>https://www.graphpad.com/scientific-software/prism/www.graphpad.com/scientific-software/prism/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>https://imagej.net/downloads</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Timer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Video camera with video recording set up</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Camcorder or a mobile phone camera will work</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>For Fly Aspirator:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Absorbent, autoclaved</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Sigma-aldrich #P7793</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette tips</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>200 &#181;L or 1000 &#181;L, choose depeding on outer diameter of the silicone tube</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone/rubber tube</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>length= 30-50 cm. The tube should be odorless</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Composition of Fly food:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ingredients (amount for 1 L of food)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agar (8 g)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>SRL # 19661 (CAS : 9002-18-0)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cornflour (80 g)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Organic, locally procured</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-Glucose (20 g)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>SRL # 51758 (CAS: 50-99-7)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Propionic acid (4 g)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>SRL # 43883 (CAS: 79-09-4)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose (40 g)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>SRL # 90701 (CAS: 57-50-1)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tego (Methyl para hydroxy benzoate) (1.25 g)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>SRL # 60905 (CAS: 5026-62-0)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yeast Powder (10 g)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>HIMEDIA # RM027</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fly lines used in the experiments in this study:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wild type (Canton S or CS)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>BDSC # 64349</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>w1118</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>BDSC # 3605</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>w[1118]; Fmr1[&#916;50M]/TM6B, Tb[+]</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>BDSC # 6930</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>w[*]; Fmr1[&#916;113M]/TM6B, Tb[1]</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>BDSC # 67403</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MB247-GAL4 (Gaurav Das, NCCS Pune, India)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>BDSC # 50742</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LN1-GAL4</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>NP1227, NP consortium, Japan</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>row-shRNA</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>BDSC # 25971</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

paradigms for behavioral assessment in drosophila model of autism spectrum disorder

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.

Autism Spectrum Disorder (ASD) encompasses a heterogeneous group of neurological disorders. It includes a range of complex neuro-developmental disorders characterized by multi-contextual and persistent deficits in social communication and social interaction and the presence of restricted, repetitive behavioral and activity patterns and interests1. According to World Health Organization (WHO), 1 in 100 children is diagnosed with ASD worldwide with a male-to-female ratio of 4.22. The disease becomes evident in the second or third year of life. ASD children show a lack of interest in social-emotional reciprocity, non-verbal communication, and relationship skills. They exhibit repetitive behaviors like stereotyped motor movement, inflexible and ritualized routine following, and intense focus on restricted interests. ASD children show a high degree of response towards touch, smell, sound, and taste whereas pain and temperature response is comparatively low1. The penetrance of this disorder is also different among different patients suffering from ASD and hence, the variability increases.
Current clinical diagnosis of ASD is based on behavioral assessment of the individuals as there is no confirmatory biomarker-based or common genetic test that covers all forms of ASD3. Deciphering the genetic and neurophysiological bases would be helpful in targeting treatment strategies. In the last decade, a large body of research has resulted in the identification of hundreds of genes that are either deleted or mutated or whose expression levels are altered in ASD patients. Ongoing research emphasizes the validation of the contribution of these candidate genes using model organisms like the mouse or fruit-fly, in which, these genes are knocked out or knocked down followed by tests for ASD-like behavioral deficits and elucidation of underlying genetic and molecular pathways causing the anomalies. A mouse model recapitulating Copy Number Variations (CNVs) in the human chromosomal loci 16p11.2 shows some of the ASD behavioral defects4,5,6. Prenatal exposure to a teratogenic drug valproic acid (VPA) is another mouse model depicting traits resembling human ASD7,8. In addition, there exists a range of mouse models that exhibit genetic syndrome-associated autism, for example, single-gene syndromic models caused by mutations in Fmr1, Pten, Mecp2, Cacna1c, and single-gene non-syndromic models caused by mutations in genes like Cntnap2, Shank, Neurexin, or Neuroligin genes5.
Fruit-fly (Drosophila melanogaster) is another prominent model organism for studying the cellular, molecular, and genetic bases of a plethora of human disorders9, including ASD. Drosophila and humans share highly conserved biological processes at the molecular, cellular, and synaptic levels. Fruit-flies have been used successfully in ASD studies10,11,12 to characterize genes linked to ASDs and decipher their exact role in synaptogenesis, synaptic function and plasticity, neural circuit assembly, and maturation; fly homologs of ASD-associated genes were found to have roles in the regulation of social and/or repetitive behavior11,13,14,15,16,17,18,19,20,21. The fruit-fly has also worked as a model for the screening of ASD genes and their variants15,22,23. The biggest challenge in ASD research in flies is that, unlike other disease models, there is no single ASD fly model. To understand the impact of mutations or knocking down of a specific ASD gene, a researcher needs to validate whether the behavioral phenotypes sufficiently mimic the symptoms of ASD patients and then, proceed towards understanding the molecular or physiological underpinnings of the phenotypes.
Hence, the detection of ASD-like phenotypes is vital to ASD research in the fly model. A handful of behavioral techniques have emerged over the years that enable us to detect abnormalities like deficits in social behavior/interaction, communication, repetitive behaviors, and responsiveness to stimuli. In addition, several modifications and upgrades of these behavioral techniques have been made in different labs to suit specific requirements such as upscaling, automation of assays, readouts, quantification, and comparison methods. In this video article, the most basic versions of five behavioral paradigms are demonstrated, which, in combination, can be used to detect ASD-like behavioral outcomes in the easiest way.
Aggression is an evolutionarily conserved innate behavior affecting survival and reproduction24. Aggressive behavior towards conspecifics is influenced by &#39;motivation for socialization&#39;25,26 as well as &#39;communication&#39;27, both being compromised in ASD-affected individuals. Aggressive behavior is well described in Drosophila and its quantifiability through the robust aggression assay28,29,30 and a well-understood genetic and neurobiological basis31 makes it a suitable behavioral paradigm32 for assessing the ASD phenotype in a fly model. Aggression is affected by social isolation away from a social environment, which leads to enhanced aggression; the same has been observed when male flies are housed in isolation for a few days33,34. Another behavioral assay that quantifies sociability in flies is the Social Space Assay35, which measures distances between nearest neighbors and interfly distances in a small group of flies, making it perfectly suited for testing the roles of ASD gene orthologs in fly12,21,36,37 as well as environmentally induced ASD fly models38,39.
The Drosophila courtship assay is another behavioral paradigm frequently used to assay for alteration in social and communication skills upon circuit or genetic manipulation, including Autism related genes18,19,21,40. Repetitive patterns of behavior are prevalent in ASD patients, which is recapitulated in flies by grooming behavior-a series of distinct, stereotyped actions performed for cleaning and other purpose. It has been successfully used to assay for the impact of ASD gene mutations in flies21,41 as well as exposure to chemicals38,39. Multiple advancements and automation in the assay have been described before16,41,42,43; here, we are demonstrating the most basic assay pattern, which is easy to adopt and quantify.
ASD is known to impact the ability for habituation, learning, and memory in some patients44,45,46,47,48,49,50, ASD model organisms51,52 and also causes deficits in different olfactory behaviors50. Drosophila light-off jump habituation has been used previously to screen for ASD genes23. Habituation can be assayed by a simple method of olfactory habituation assay53,54,55. We describe the method to induce olfactory habituation and assay the outcome using a classic Y-maze-based binary odor-choice assay56 that can be used to detect defects in habituation in ASD gene mutant or gene knockdown condition. To assess whether the impact of a mutation (or gene knock-down) or a pharmacological treatment on the behavior of a fly amounts to an ASD-like phenotype, one can use a combination of these 5 assays described here.

Author Spotlight: Exploring Autism Spectrum Disorder Symptoms in Fruit Flies &#8212; Genetic Models and Behavioral Tests

Otizm Spektrum Bozukluğunun Drosophila Modelinde Davranışsal Değerlendirme Paradigmaları

Saldırganlık testi Bir sinek ASD modeli olarak, Fmr1 mutant sineklerikullanılmıştır 63,64. w1118 erkek kontrol olarak ve Fmr1 trans-heterozigot Fmr1Δ113M/Fmr1Δ50M57 erkek sinek deneysel sinek olarak kullanıldı; Erişkin erkekler 5 gün boyunca izolasyon tüplerinde barındırıldı. Homotipik erkekler (aynı genotip, aynı barınma koşulları) saldırganlık alan...

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.

Autism Spectrum Disorder (ASD) encompasses a heterogeneous group of neurodevelopmental disorders with common behavioral symptoms including deficits in ...

Otizm spektrum bozukluğu çocukları etkileyerek iletişimin, sosyal davranışın bozulmasına ve tekrarlayan davranışların artmasına neden olur. Drosophila, altta yatan moleküler yolları deşifre etmek için otizm araştırmaları için giderek daha popüler hale gelen bir modeldir. Sinek otizm modellerinin davranışsal karakterizasyonu için bir dizi standart teknik tanımladık.Sineklerde otizm spektrum bozukluğunun moleküler temellerini çözmek için, davranışsal tezahürleri kesin olarak belirlenmelidir. Drosophila melanogaster'de otizmin insan davranışsal özelliklerini ölçmek oldukça zorlu bir iştir. Sineklerde bu bozukluğun tüm davranışsal anormalliklerini ele alan tek bir davranışsal paradigma yoktur.Drosophila'da saldırganlık testi, sosyal alan tahlili, kürk şekli, tımar ve alışkanlık tahlili olmak üzere beş köklü davranışsal paradigma seti tanımladık. Bunların tümü, iletişimsel davranış, tekrarlayan davranış ve sosyal davranıştaki bozulma düzeyini karakterize etmek ve ölçmek için ASD sinek modellerinde kullanılabilir. Bu beş tekniği en basit haliyle tanımladık, böylece minimum sinek araştırma tesisine sahip her laboratuvar bunları kolaylıkla benimseyebilir ve otizm spektrum bozukluğunun sinek modeli üzerinde deneyler yapabilir ve bu hastalığı anlamamızın ilerlemesine katkıda bulunabilir.