Methodenartikel

Eine preiswerte, skalierbare Behavioral Assay zur Messung von Ethanol Sedierung Empfindlichkeit und Rapid Toleranz in

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DOI:

10.3791/52676

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15. April 2015

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1Department of Human and Molecular Genetics, Virginia Commonwealth University, 2VCU Alcohol Research Center, Virginia Commonwealth University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Einfache Assays zur Messung der Ethanolsensitivität und schnellen Toleranz in Drosophila erleichtern die Verwendung dieses Modellorganismus zur Untersuchung dieser wichtigen ethanolbezogenen Verhaltensweisen. Hier wird ein relativ einfacher, skalierbarer Assay zur Messung der Ethanolsensitivität und der schnellen Toleranz bei Fliegen beschrieben.

Zusammenfassung

Alkoholkonsum Störung (EUR) ist ein ernstes Gesundheitsproblem. Trotz einer großen erbliche Komponente auf AUD, wenige Gene wurden eindeutig in ihrer Ätiologie in Verbindung gebracht. Die Fruchtfliege Drosophila melanogaster, ist ein leistungsfähiges Modell für die Erforschung molekulargenetischen Mechanismen, die alkoholbedingte Verhaltensweisen und hält daher ein großes Versprechen für die Identifizierung und das Verständnis der Funktion von Genen, die AUD beeinflussen. Die Verwendung der Drosophila-Modell für diese Art von Untersuchungen hängt von der Verfügbarkeit von Assays, die zuverlässig Verhaltensreaktionen auf Ethanol zu messen. Dieser Bericht beschreibt eine für die Beurteilung Ethanol Empfindlichkeit und schnelle Toleranz in Fliegen-Assay. Ethanol Empfindlichkeit in diesem Test gemessen wird durch das Volumen und die Konzentration von Ethanol verwendet wird, eine Vielzahl von zuvor berichtet, genetische Manipulationen, und auch die Länge der Zeit beeinflusst die Fliegen ohne Nahrung unmittelbar vor der Prüfung untergebracht. Demgegenüber Ethanol sensitivity in diesem Test gemessen wird, nicht von der Kraft der Fliegen Handhabung, des Geschlechts der Fliegen, und Ergänzung des Wachstumsmediums mit Antibiotika oder lebende Hefe beeinflußt. Drei verschiedene Methoden zur Quantifizierung von Ethanol Empfindlichkeit beschrieben, die alle zu wesentlichen nicht unterscheidbar Ethanolsensitivität Ergebnisse. Durch die Skalierbarkeit dieses Tests, kombiniert mit seiner Gesamt Einfachheit zu Set-up und relativ niedrige Kosten, machen es für kleine und große genetische Analyse von Ethanolsensitivität und schnelle Toleranz in Drosophila geeignet.

Einleitung

Alkoholkonsum Störung (EUR) ist ein enormes Gesundheitsproblem weltweit (in 1 überprüft). Obwohl die Mechanismen, die der Entwicklung von AUD komplex sind, sind diese Erkrankungen einen wichtigen genetischen Komponente (zB 2). Die große Erblichkeit der AUD und der konservierten Verhaltensreaktionen auf auf viele Arten (in 3,4 prüft) haben starkes Interesse an der Verwendung von genetischen Modellorganismen, um die Beteiligung bestimmter Gene in Ethanol bezogene Verhaltensweisen gegenüber ein besseres Verständnis der molekularen Grundlagen der Untersuchung erzeugten Ethanol AUD. Die Fruchtfliege Drosophila melanogaster, hat als einer der führenden Modellorganismus für die Erforschung molekulargenetischen Mechanismen der Ethanol-Verhalten (in 3,4 prüft) entstanden. Studium der Fliegen haben Rollen für mehrere Signalwege in Verhaltensreaktionen auf Ethanol (in 5 mit Beiträgen) hervorgehoben. Interessanterweise, die Verhaltens respons beeinflussen einige der Gene und Signalwegees zu Ethanol in Fliegen auch in Nagetier Ethanolrelevante Verhaltensweisen und / oder menschlichen AUD (zB 6-14) in Verbindung gebracht. Die Erhaltung der Mechanismen, die Ethanolrelevante Verhaltensweisen zwischen den Arten, zusammen mit der Suite von genetischer Werkzeuge zur Verfügung, in der Drosophila-Modellsystem, unterstreichen den Nutzen der Fruchtfliege Modell zur Untersuchung der Genetik von Verhaltensreaktionen auf Ethanol.

Empfindlichkeit 15,16 und der Toleranz (in 17 überprüft), um beim Menschen Ethanol wird zur Entwicklung von AUD verbunden. Beide Verhaltensreaktionen auf Ethanol in Fliegen über eine Vielzahl von Labortests (in 3,4 Bewertung) modelliert werden. Alle der Fliegen Assays den Autoren bekannt sind auf beiden zeitabhängigen Ethanol-induzierten Sedierung / Inkoordination oder zeitabhängigen Rückgewinnung aus Ethanol Sedierung basiert.

In einem früheren Artikel aus unserer Gruppe über die Genetik der Ethanolsensitivität und rapid Toleranz in Drosophila, einem Verhaltenstest basierend auf Ethanoldampf-induzierten Sedierung von Fliegen wurde 18 verwendet. Testing in diesem Test wurde durch die Übertragung von Live-Erwachsenen initiiert fliegt ohne Betäubung, um Nahrung zu leeren Fläschchen, Trapping die Fliegen in den Fläschchen mit einer Celluloseacetat-Stecker, Zugabe von Ethanol zu der Spitze (dh nicht-fly-Seite) des Celluloseacetats Stecker, und Abdichten der Ampulle, die Fliegen, Celluloseacetat Stecker und Ethanol mit einem Silikonstopper (siehe schematische Abbildung S3 Referenz 18). Mehrere Fläschchen, die verschiedene Gruppen von Fliegen wurden parallel untersucht, der Durchsatz erhöht dieses Assays. Die Fläschchen wurden eine anonyme Code gegeben und Experimentatoren wurden Behandlungsgruppe geblendet, um unbeabsichtigte Verzerrungen bei der Beurteilung der Sedierung zu vermeiden. In einer Standard-Experiment fliegt in Ampullen wurden sanft mit 6-Minuten-Intervallen abgegriffen und nach einer 30 Sekunden Erholung, wurde die Anzahl der sediert Fliegen in jedem Fläschchen gezählt und converted, um die prozentuale aktive Fliegen. Fliegen absorbiert Ethanoldampf aus dem Celluloseacetat-Plug in einem zeitabhängig, was zu einem progressiven Anstieg der internen Ethanol 18 und Sedierung (siehe Referenz 18 und 1A und 1B in diesem Bericht). Sedierung in diesem Test wurde operativ wie Fliegen (i) stehen in der Abwesenheit von Walking oder (ii) auf dem Rücken liegend mit oder ohne mit den Flügeln schlugen definiert. Hier wird diese Ethanol Sedierung Assay im Detail beschrieben, wird eine weitere Betriebsoptimierung relevant Verwendung vorgesehen, und der Assay wird verwendet, um den Beitrag der Nahrungsergänzung Optionen auf fly Sedierung Empfindlichkeit ansprechen.

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Protokoll

1. Tag vor dem Assay

  1. Sammeln Fliegen in frischen Lebensmitteln Fläschchen in Gruppen von 11 (gleichgeschlechtlichen) unter kurzen (1-5 min) CO 2.
  2. Lassen Sie Fliegen auf O / N in der Lebensmittelfläschchen umwelt selbst kontrollierte Verkaufsflächen wiederherzustellen (in der Regel 25 ° C, 60% relative Feuchtigkeit, 12 h Hell / Dunkel-Zyklus).
  3. Bereiten Ethanol-Lösung (en) durch Verdünnen reine (100%) in Ethanol gereinigt (≥18 MQ) Wasser auf eine Endkonzentration (n) für das geplante Experiment geeignet. Anschließend Lösung (en) auf RT O / N zurück.
    Hinweis: Die Verdünnung von Ethanol ist exotherm.

2. Tag der Assay

  1. Für jedes zu prüfende Ampulle von Fliegen, vorzubereiten (i) eine saubere, leere Konserven Fläschchen; dh Testfläschchen, (ii) ein neuer Celluloseacetat Stecker, (iii) ein Silicon-Stopfen und (iv) 1 ml Ethanollösung (siehe Tabelle 3).
  2. Bereiten Testraum durch Einstellen der Temperatur auf 20-25 ° C und die relative Luftfeuchtigkeit um 55-65%.
  3. Haben Sie eine andere Arbeitskraftvergeben Sie einen eindeutigen Code für jede Gruppe von Fläschchen und notieren Sie den Code für später. Zeigen codierten Röhrchen mit Fliegen im Testraum für ein paar Minuten akklimatisieren.
  4. Beschriften Sie leere Testfläschchen bis hin zu Codes auf Fly Ampullen von 2,3 entsprechen.
  5. Konstruieren Sie eine Hardcopy Testprotokoll in einer Tabellenkalkulation ähnlich Tabelle 1 Eingabe der Codes in Spalten (eine Spalte / Fläschchen).
  6. Mit dem Testprotokoll als Leitfaden, ordnen codiert Essen Fläschchen mit Fliegen und leere Testfläschchen in entsprechende Felder in den Testraum.
    Hinweis: Eine sinnvolle maximale Anzahl der Fläschchen, um zu testen, ist 24 (dh, 6 Sätze von 4 Flaschen je).
  7. Über fliegt aus der Nahrung in die Fläschchen abgestimmt / beschriftet leer Test Fläschchen und sofort legen Celluloseacetat Stecker in Testfläschchen bis Celluloseacetat Stecker sind 2 cm unterhalb der Flasche Tops.
  8. Im Folgenden behandeln jede Zeile von vier Ampullen als Set zu gestaffelten 1-Minuten-Intervallen.
  9. Für die Zeit 0 Beurteilung, fassen Jedes Fläschchen individuell with Daumen und Zeigefinger, und tippen Sie vorsichtig auf dem Tisch drei Mal, um Fliegen auf den Boden der Ampulle klopfen, warten Sie 30 Sekunden und dann zählen die Anzahl der Fliegen, die unbeweglich / tot sind. Notieren Sie sich die Anzahl der unbeweglich / tote Fliegen für jedes Fläschchen zum Zeitpunkt 0 min in dem gedruckten Testprotokoll.
  10. Timer starten Zählen kontinuierlich zum Zeitpunkt 0 und beginnt sofort mit Zugabe von 1 ml Ethanol zu Celluloseacetat Stecker in die Fläschchen für die erste Zeile / Set von 4 Flaschen. Zugabe von 1 ml Ethanol zu der Celluloseacetat Topfen in die Fläschchen in 5 Sekunden-Intervallen in der Reihenfolge, wie sie getestet werden. Hinzufügen von Ethanol zu der Celluloseester-Stecker in einer kreisförmigen Bewegung, so daß das Ethanol gleichmäßig in der Celluloseacetat Topfen absorbiert. Wenn Ethanol wurde an alle 4 Testdurchstechflaschen in der Menge hinzugefügt wurde, legen Sie eine Silikonkappe in jedem Fläschchen, um sie zu versiegeln.
  11. Zu Zeiten 1, 2, 3, 4 und 5 min, 1 ml Ethanol zu den zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Sätze von 4 Flaschen sind. Weiter Einsetzen Silikonstopper nachZugabe von Ethanol zu jedem Satz von 4 Flaschen.
  12. Zum Zeitpunkt 6 min, testen Sie den ersten Satz von 4 Durchstechflaschen durch Greifen einer Flasche mit Daumen und Zeigefinger, leichtes Klopfen auf den Tisch dreimal, um Fliegen auf den Boden der Ampulle klopfen, warten 30 Sekunden und dann Zählen und Aufzeichnen der Gesamtzahl der Fliegen, die sediert werden. Score fliegt wie betäubt, wenn sie (i) stehen auf dem Boden des Gefäßes, aber nicht zu Fuß oder (ii) liegen auf dem Rücken, mit oder ohne mit den Flügeln schlugen.
  13. Fassen Sie das Fläschchen in der Höhe von 5 Sekunden-Intervallen mit dem Zeitplan in der Tabelle 2.
  14. Zu Zeiten 7, 8, 9, 10 und 11 min, testen die zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Sätze von Fläschchen, die jeweils wie für den ersten Satz durchgeführt.
  15. Zum Zeitpunkt 12 min, Testen des ersten Satzes von 4 Flaschen wiederum wie in 2.12 beschrieben, und weiterhin die Prüfung der zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Sätze von Röhrchen bei 13, 14, 15, 16 und 17 min, auf.
  16. Weiter Testfliegen wie in 2.12 beschrieben, bis alle Fliegen sind sedated.
  17. Geben Sie die Gesamtzahl der Fliegen in jeder Flasche in der Papiertestprotokoll. Zensieren unbeweglich / tote Fliegen zum Zeitpunkt 0 aus der Gesamtzahl der Fliegen.
  18. Berechnen Sie die prozentuale aktive Fliegen an jedem Bewertungszeitpunkt und Plot-Daten als% aktive Fliegen (y-Achse) gegen die Zeit (x-Achse). Quantifizieren Ethanol Sedierung durch Interpolation Sedierung Zeit 50 Werte (ST50, Zeit zu 50% Sedierung) von Polynom dritter Ordnung oder S-förmigen Kurvenanpassungen oder Berechnung Fläche unter der Kurve.
  19. Kompilieren von Daten aus decodiert Fläschchen und statistische Analysen durchführen (zB Einweg-ANOVA mit Bonferroni Mehrfachvergleichstest) gegebenenfalls für das experimentelle Design.

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Ergebnisse

Die Rohdaten dieser Ethanol Sedierung Assays ist die Zahl der Fliegen, die als Funktion der Ethanoldampf Einwirkzeit sediert. Rohdaten werden auf die prozentuale aktive Fliegen als eine Funktion der Zeit umgewandelt werden (Primärdaten, die 1A, B, D - F). Empfindlichkeit gegenüber Ethanol Sedierung von den primären Daten, wie Sedation Zeit 50 (ST50) quantifiziert werden, die Zeit für 50% der Fliegen erforderlich sedierten oder aea unter der Kurve (AUC) zu werden, durch Interpolation von...

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Diskussion

Einfache Tests, die reproduzierbar quantifizieren sinn Phänotypen sind von großem Wert für die Analyse des Verhaltens. Die hier beschriebenen Arbeiten werden mehrere praktische Aspekte eines Tests zur Messung von Ethanol Sedierung Empfindlichkeit und schnelle Toleranz in Drosophila. Obwohl nicht ein Schwerpunkt dieser Arbeit, sind Verhaltensanalysen durch die Erhaltung der Umwelt und genetischen Hintergrund Konstante für Probanden in einer Studie erleichtert. Ferner sollten Vergleiche typischerweise zwischen Gr...

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Danksagungen

Diese Studien wurden durch Zuschüsse der National Institutes of Health, National Institute for Alcoholism and Alcohol Abuse an M.G. (P20AA017828, R01AA020634, P50 AA022537) unterstützt. Die Autoren danken Jill Bettinger für die hilfreichen Diskussionen und Jacqueline DeLoyht für die technische Unterstützung.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
LebensmittelfläschchenVWR89092-772schmal
FlugsGenesee/flystuff.com49-102schmaler
SilikonstopfenFisher Scientific09-704-1l#4
ethanolPharmaco-Aaper111000200200 polierte Platte

Referenzen

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