Bedingungen, die sozialen Raum, in Drosophila melanogaster
5. November 2015
Die Wirkung von Genen und Umwelt auf den sozialen Raum von Drosophila melanogaster kann durch ein leistungsfähiges, aber einfaches analytisches Paradigma quantifiziert werden. Wir zeigen hier verschiedene Faktoren, die diesen sozialen Raum beeinflussen können und daher bei der Gestaltung von Experimenten in diesem Paradigma berücksichtigt werden müssen.
Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, einen Aspekt des Sozialverhaltens von Fliegen zu quantifizieren, nämlich ihre bevorzugte soziale Distanz. Dies wird erreicht, indem zunächst die Kammer des Sozialraums zusammengebaut wird. Währenddessen wird eine Gruppe von Fliegen an den umweltkontrollierten Untersuchungsraum gewöhnt, indem sie dort in ein neues Fläschchen umgesiedelt wird.
Nach zwei Stunden wird die Gruppe der Fliegen in die Kammer des Sozialraums gebracht. Sie werden abgeklopft und dann mit einem Klemmständer vertikal positioniert. Sobald sich die Fliegen niedergelassen haben, werden ihre Positionen dokumentiert und daraus die Abstände zwischen den Fliegen berechnet, die von einer Software fotografiert werden.
Letztendlich quantifiziert der Sozialraum-Assay eine Form des Sozialverhaltens, mit der die einflussreichen Umweltfaktoren und die Neurogenetik dieses Verhaltens untersucht werden können. Der Hauptvorteil dieser Technik zur Quantifizierung des Sozialverhaltens gegenüber bestehenden Methoden wie computergestützter Videoverfolgung besteht darin, dass sie weder ausgefeilte Werkzeuge oder Methoden noch große Investitionen in Zeit und Training erfordert. Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen im Bereich des Sozialverhaltens zu beantworten.
Wir haben diese Methode als diagnostisches Werkzeug verwendet, um die Rolle autologer Gene zu untersuchen, von denen angenommen wird, dass sie am Sozialverhalten beteiligt sind, und anderer Organismen, wie z. B. Kandidatengene für Autismus-Spektrum-Störungen beim Menschen. Die Idee zu dieser Methode kam mir, als ich an der UCLA bemerkte, dass in unserem Lager Fliegen in ihren Fläschchen keine zufällige Verteilung hatten, sondern Aggregate mit aufgerissenen Intervallen dazwischen bildeten. Dieses Verfahren beschreibt den Zusammenbau der Kammern des Sozialraums, um mit Handschuhen zu beginnen.
Platzieren Sie einen dreieckigen Abstandhalter auf einer quadratischen Scheibe, richten Sie die Ecken an einer Stelle aus und platzieren Sie dann einen zweiten dreieckigen Abstandhalter, um den ersten zu spiegeln. Legen Sie dann die beiden kleinen rechteckigen Abstandhalter entlang der beiden unbedeckten Kanten auf die quadratische Scheibe, so dass die vier Abstandhalter eine dreieckige Arena bilden. Befestigen Sie dann die Abstandshalter mit einer weiteren quadratischen Scheibe und verwenden Sie vier Clips, um die Montage zu sichern.
Platzieren Sie einen Clip an den vier Ecken, beginnend mit den dreieckigen Abstandshalterecken, um eine ordnungsgemäße Montage zu gewährleisten. Richten Sie die Kammer vertikal aus, wobei die Unterkante auf der Bank aufliegt. Die Raumtemperatur sollte auch der Aufzuchttemperatur der Fliegen entsprechen und eine ähnliche Luftfeuchtigkeit sollte bei diesem Experiment verwendet werden, die ein oder zwei Tage vor dem Versuch unter Standardbedingungen in Flaschen gehalten werden sollte, die Fliegen einsammeln und unter Kälteanästhesie geschlechtsspezifisch übertragen werden.
Versuchspopulationen von 40 Fliegen werden in neue Fliegenfläschchen umgefüllt. Später, zwei Stunden vor dem Experiment, füllen Sie die Fliegen in neue Fläschchen um und legen Sie sie auf die Bank, wo zwei Stunden später die Arenen beladen werden. Beginnen Sie mit dem Experiment.
Entfernen Sie den nächstgelegenen Clip und schieben Sie den rechteckigen Abstandshalter heraus, um einen Zentimeter Abstand zwischen den Abstandshaltern zu erhalten. Die obere linke Ecke der Kammer kann verwendet werden, um die zu testende Fliegenkohorte mit einem Etikett zu identifizieren. Decken Sie einfach keinen Aspekt der Testarena ab.
Übertragen Sie nun die Kohorte in ein neues leeres Fläschchen und aspirieren Sie die Fliegen aus dem Fläschchen. Führen Sie dann die Spitze des Aspirators in den Spalt ein und atmen Sie sanft mit gleichmäßiger Kraft aus. Die Fliegen sollten alle in die Arena geschleudert werden.
Schieben Sie den rechteckigen Abstandshalter sofort wieder in Position und setzen Sie den Clip wieder ein. Schlage dreimal, um alle Fliegen auf den Boden der Arena zu schlagen. Starte den Timer und bringe die Arena in die kontrollierte Kammer.
Befestige die Arena senkrecht am Kolben. Klemmen Sie die kontrollierte Kammer am Rand der Kammer ein, aber nicht über die Arena. Befestigen Sie ein Lineal oder einen Aufkleber bekannter Länge hinter den Fliegen.
Rechnen Sie mit etwa 30 Minuten. Foto, dokumentieren Sie die gesamte Arena mit dem Lineal im Blick. Damit ist der Prozess abgeschlossen.
Für jede Bedingung sollten drei Replikate ausgeführt werden. Um die Arena zu entladen, stellen Sie die Arena für fünf bis 10 Minuten in den Gefrierschrank und werfen Sie die gefrorenen Fliegen in eine Fliegenleichenhalle. Öffnen Sie in Bild J alle Fotos, die für die Analyse benötigt werden.
Erstellen Sie mit dem Lineal einen Maßstab aus den Zentimetermarkierungen auf der Registerkarte "Analysieren". Wählen Sie "Festlegen", "Skalieren" und folgen Sie den Anweisungen. Bevor Sie die Skala anwenden, stellen Sie jedoch sicher, dass Sie die globale Option auswählen.
Passen Sie die Bilder mit der Zuschneidefunktion so an, dass sie nur den Arenabereich enthalten. Wählen Sie dann die Option Typ und wählen Sie acht Bit, um die Bilder in Schwarzweiß zu rendern. Entfernen Sie als Nächstes das Hintergrundrauschen mit der Schwellenwertfunktion unter der Anpassungsoption auf der Registerkarte Bild.
Ziehen Sie die Schieberegler, bis der Körper jeder Fliege deutlich zu sehen ist, ohne Markierungen im Hintergrund zu erzeugen. Um Flugspuren zu entfernen, erfassen Sie sie mit dem Rechteckwerkzeug und löschen Sie sie. Konfigurieren Sie nun das Messwerkzeug auf der Registerkarte "Analysieren".
Wählen Sie Fläche, Massenschwerpunkt, Centro und Anzeigebeschriftung aus den verfügbaren Optionen aus. Wählen Sie dann auf der Registerkarte "Analysieren" die Funktion "Partikel analysieren" aus. Dadurch entsteht eine nummerierte Liste aller Fliegenlügen.
Stellen Sie sicher, dass dieses Tool genau funktioniert, indem Sie die nummerierte Liste mit dem Originalfoto vergleichen. Wählen Sie nun die Liste aus. Gehen Sie dann unter die Registerkarte Plugins und wählen Sie die Option Makros.
Wählen Sie anschließend das Makro mit dem Namen "Nearest Neighbor List Distances" aus. Analysieren Sie diese Werte in einer Tabelle oder einem Statistikpaket unter Verwendung des beschriebenen Protokolls. Die kürzlich etablierte Wildtyp-Linie Elwood wurde mit den Inzucht-Laborstämmen verglichen, wobei die sozialen Abstände zwischen den Fliegenstämmen variierten, was auf eine genetische Komponente des Verhaltens hindeutet.
Während ich dieses Verfahren gejagt habe, ist es wichtig, daran zu denken, vor und während des Experiments kontrollierte Umgebungsbedingungen aufrechtzuerhalten. Sobald jedoch die Orientierung, die Größe und die Form der Arena erreicht sind, spielen sie keine Rolle und beeinflussen das Verhalten nicht, solange Sie sie nach ihrer Entwicklung konstant halten. Diese Technik ebnete den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Verhaltensneurowissenschaften, um die Wirkung von Umweltfaktoren auf den sozialen Raum zu untersuchen.
In Joseph La Melanogaster, Nachdem Sie dieses Video gesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man den Sozialraum-Assay durchführt, angefangen bei der Vorbereitung der Fliegen über die Einrichtung und Nutzung der Sozialraumarena bis hin zur Bildanalyse.
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Übersicht
Diese Studie quantifiziert den bevorzugten sozialen Abstand von Drosophila melanogaster mithilfe einer sozialen Raumkammer. Verschiedene Faktoren, die den sozialen Raum beeinflussen, werden diskutiert, die für das experimentelle Design entscheidend sind.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Neurowissenschaften
- Verhaltensbiologie
- Entomologie
Hintergrund
- Drosophila melanogaster dient als Modellorganismus für die Untersuchung sozialen Verhaltens.
- Das Verständnis des sozialen Abstands kann Einblicke in genetische und umweltbedingte Einflüsse geben.
- Sozialer Raum ist ein kritischer Aspekt des Fliegenverhaltens, der experimentell gemessen werden kann.
- Frühere Studien haben Variabilität in sozialen Interaktionen basierend auf genetischen Hintergründen gezeigt.
Zweck der Studie
- Quantifizierung der sozialen Distanzpräferenzen von Fruchtfliegen.
- Identifizierung von Faktoren, die den sozialen Raum in experimentellen Umgebungen beeinflussen.
- Verbesserung des Designs zukünftiger Experimente mit sozialem Verhalten.
Verwendete Methoden
- Zusammenbau einer sozialen Raumkammer für das Experiment.
- Habituierung der Fliegen in einem umweltkontrollierten Testraum.
- Überführung der Fliegen in die soziale Raumkammer nach Habituierung.
- Dokumentation der Fliegenpositionen und Berechnung der Distanzen mittels Software.
Hauptergebnisse
- Bevorzugte soziale Distanzen wurden erfolgreich quantifiziert.
- Variabilität im sozialen Raum wurde basierend auf verschiedenen Faktoren beobachtet.
- Die Methodik erwies sich als effektiv für die Analyse des Sozialverhaltens bei Fliegen.
- Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Berücksichtigung von Umwelt- und genetischen Faktoren.
Schlussfolgerungen
- Der soziale Raum bei Drosophila wird sowohl von genetischen als auch von umweltbedingten Faktoren beeinflusst.
- Diese Studie liefert einen Rahmen für zukünftige Forschungen zum sozialen Verhalten.
- Das Verständnis des sozialen Abstands kann breitere biologische und ökologische Studien beeinflussen.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
Quantifying social interaction phenotypes in model organisms enables early-stage target validation for neuropsychiatric disorders. The Drosophila social space assay provides a scalable, low-cost readout for genetic and environmental screening, supporting mechanistic de-risking in discovery pipelines. This approach enhances predictive confidence when evaluating therapeutic hypotheses related to social behavior pathways.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by quantifying social spacing as a readout for gene function in neurodevelopmental pathways.
- Operational Value: Enables high-throughput screening of genetic variants using a standardized chamber design and image-based analysis.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by identifying modifiers of social behavior with translational relevance to human disorders.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative, reproducible distance-to-nearest-neighbor measurements for dose-response or genetic interaction studies.
- Operational Value: Uses accessible tools (ImageJ) and standardized protocols to ensure assay reproducibility across laboratories.
- Scalability: Compatible with multi-condition testing including environmental perturbations and genetic crosses.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Facilitates cross-species comparison by modeling conserved social behavior mechanisms relevant to human neuropsychiatric conditions.
- Biomarker Alignment: Enables identification of genetic modifiers that may serve as predictive biomarkers in preclinical models.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports go/no-go decisions by de-risking targets through phenotypic validation in a disease-relevant system.
Pipeline & Workflow Integration
The assay fits within early discovery workflows, bridging target hypothesis testing to lead identification through quantifiable behavioral phenotyping.
- Discovery Biology: Supports mechanistic interrogation of social behavior pathways by isolating genetic and environmental variables.
- Screening: Delivers standardized, quantitative outputs enabling reliable comparison across experimental conditions.
- Analytics: Generates analyzable datasets (nearest-neighbor distances) for statistical evaluation of genetic or pharmacological effects.
- Translational Research: Connects Drosophila findings to human relevance through conserved genetic pathways implicated in social cognition.
- Enterprise Reuse: Represents a modular, reusable platform for chronic screening of social behavior modifiers in discovery campaigns.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity by providing a direct, quantifiable measure of social interaction phenotypes.
- Operational Value: Ensures reproducibility through standardized chamber assembly, environmental controls, and image analysis workflows.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling early de-risking of targets before investment in complex models.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted prioritization by validating target engagement in a disease-relevant behavioral system.
Implementation Considerations
- Requires expertise in Drosophila handling, behavioral assay design, and image analysis using open-source tools.
- Depends on consistent environmental control (temperature, humidity) and standardized fly preparation protocols.
- Necessitates cross-team alignment on image thresholding and particle analysis settings to ensure data consistency.
- Involves adaptation considerations when applying the assay to different genetic backgrounds or environmental conditions.
- Limited by the assay’s sensitivity to confounding factors such as climbing ability and circadian timing, requiring experimental controls as described in the source.
