Name: Paradigmes pour l’évaluation comportementale dans le modèle de trouble du spectre autistique de la drosophile (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-09-06T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 30 s
Description: Découvrez cinq paradigmes comportementaux standardisés pour évaluer les modèles d'autisme chez Drosophila melanogaster. Ces méthodes quantifient précisément les déficits d'agression, d'espacement social, de parade et de toilettage.

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Nous sommes immensément reconnaissants à Mani Ramaswami (NCBS, Bangalore) et Baskar Bakthavachalu (IIT Mandi) pour la configuration du test d’accoutumance et de choix d’odeur, à Pavan Agrawal (MAHE) pour ses précieuses suggestions sur le test d’agression, à Amitava Majumdar (NCCS, Pune) pour avoir partagé son prototype de chambre de test de parade nuptiale et ses lignes de mouches mutantes Fmr1 , et à Gaurav Das (NCCS, Pune) pour le partage de la ligne MB247-GAL4. Nous remercions le Bloomington Drosophila Stock Center (BDSC, Indiana, États-Unis), l’Institut national de génétique (NIG, Kyoto, Japon), l’Université hindoue de Banaras (BHU, Varanasi, Inde) et le National Center for Biological Science (NCBS, Bangalore, Inde) pour les lignées de drosophile . Les travaux en laboratoire ont été soutenus par des subventions de SERB-DST (ECR/2017/002963) à AD, une bourse DBT Ramalingaswami attribuée à AD (BT/RLF/Re-entry/11/2016) et un soutien institutionnel de l’IIT Kharagpur, en Inde. SD et SM reçoivent des bourses de doctorat du CSIR-Senior Research Fellowship ; PM reçoit une bourse de doctorat du MHRD, en Inde.

Drosophile Modèles de traits génétiques et comportementaux des troubles du spectre autistique

Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.

La drosophile est utilisée comme un excellent organisme modèle pour la recherche sur les troubles neurologiques humains en raison d’un haut degré de conservation des séquences génétiques entre les gènes de la mouche et de la maladie humaine9. De nombreux paradigmes comportementaux robustes en font un modèle attrayant pour l’étude des phénotypes se manifestant chez les mutants récapitulant les maladies humaines. Comme des centaines de gènes sont impliqués dans les troubles du spectre autistique (TSA), il n’existe aucun modèle commun de TSA dans un organisme modèle. Par conséquent, pour chaque mutant, les chercheurs doivent d’abord établir des phénotypes de type TSA chez la mouche. Dans cet article, nous avons tenté de rationaliser le processus en proposant l’utilisation de cinq paradigmes comportementaux de mouches de concert pour une telle évaluation. Ces paradigmes sont utilisés chez les mouches pour évaluer les déficits comportementaux majeurs et courants des patients humains atteints de TSA : déficits sociaux et de communication, amélioration des comportements répétitifs et défaut d’accoutumance. Si une mutation génétique de mouche présente des défauts dans tous ou la plupart de ces cinq paradigmes, cela pourrait être une forte indication d’un scénario de type TSA.
La plupart des paradigmes comportementaux décrits ici ont été utilisés à plusieurs reprises dans la littérature antérieure pour résoudre diverses questions de recherche. Il n’est pas rare de trouver des variations dans les techniques entre différentes études. Les modifications apportées aux techniques ont été apportées pour répondre aux besoins de la recherche et à la demande de la question spécifique résolue. Par exemple, dans le test de parade nuptiale, le comportement de parade nuptiale inné et appris peut être quantifié vers une mouche testeur qui peut être un mâle immature65, une femelle vierge66,67, une femelle préaccouplée 68,69,70, une femelle vierge tuée par congélation 65, ou même une femelle décapitée19. Dans la méthode décrite dans cet article, des femelles pré-accouplées de type sauvage ont été utilisées comme testeur pour vérifier le modèle de parade nuptiale d’une mouche mâle TSA. Laréceptivité sexuelle d’une femelle préaccouplée est relativement plus faible que celle d’une mouche vierge71. En conséquence, le nombre de parades nuptiales entre mâles et leur durée sont plus orientés vers une femelle accouplée que vers une vierge ; De même, la latence jusqu’à la copulation est également plus longue que celle des femelles testeuses vierges, auquel cas une copulation précoce entraîne une réduction de l’indice de parade nuptiale, réduisant ainsi la possibilité d’une comparaison efficace entre les génotypes. Par conséquent, l’utilisation d’une femelle préaccouplée comme testeur fournit une meilleure analyse comparative du comportement de parade nuptiale d’une mouche TSA par rapport à une mouche de type sauvage. D’autre part, l’utilisation de femelles vierges peut fournir des informations supplémentaires qui peuvent être masquées lorsque des femelles accouplées sont utilisées. L’utilisation de femelles accouplées peut également influencer et modifier le comportement de parade nuptiale des mâles. En somme, il est suggéré aux chercheurs de choisir leur stratégie et leurs détails expérimentaux en fonction de la nécessité de l’expérience spécifique.
Il faut être prudent ici avant d’appliquer la technique dans l’un ou l’ensemble des homologues de mouches des gènes TSA. Tous ces paradigmes comportementaux sont régulés par un petit nombre spécifique de neurones. L’expression d’un certain gène doit d’abord être établie avant de passer à un paradigme comportemental spécifique. Par exemple, si l’homologue de la mouche d’un gène associé à un TSA n’est pas exprimé dans les neurones du corps du champignon ou les neurones glutamatergiques, le comportement de parade nuptiale et de toilettage peut ne pas être affecté chez son mutant.
Un autre point auquel les chercheurs doivent faire attention est que l’absence de défaut ne signifie pas toujours que la mutation n’a aucun rôle. Par exemple, dans les expériences de comportement de toilettage avec des mutants Fmr1 , le nombre total de séances de toilettage n’est pas significativement plus faible chez les mutants que chez les témoins, alors que d’autres paramètres comme l’indice de toilettage, etc. démontrent un défaut dans le comportement de toilettage. Cela peut s’expliquer par la prolongation de chaque combat de toilettage chez les mutants Fmr1 , ce qui entraîne un faible nombre du nombre total de combats alors que la durée totale du combat est beaucoup plus longue. Cela souligne la nécessité de quantifier plusieurs paramètres pour chaque modèle de comportement. De plus, il faut se rappeler que le terme TSA recouvre un large éventail de maladies causées par des variations dans l’un des centaines de gènes, entraînant des phénotypes hétérogènes avec divers degrés de pénétrance parmi les individus affectés. Par exemple, un déficit d’accoutumance est observé chez certains patients mais pas chez tous. On s’attendrait à la même chose chez les modèles de mouches de la maladie.
Pour l’analyse du comportement agressif, différents types de paramètres agressifs ont été pris en compte dans cette étude : longe, menace d’aile, bagarre, etc. (Figure 1)30. Chaque combat doit être identifié et compté soit comme un type de combat individuel, soit comme un nombre total de combats. Il est important de se familiariser d’abord avec les schémas d’agression des mouches mâles, qui sont décrits en 59,72 et illustrés à la figure 1. Lors du comptage du nombre de combats agressifs, les points de début et d’arrivée d’un seul événement d’agression doivent être clairement identifiés ; Plusieurs types d’agressions peuvent être observés au cours d’un seul combat, suivi de la fin du combat. Une crise d’agression est considérée comme terminée lorsqu’une mouche cesse de montrer des comportements ou des mouvements agressifs pendant 2 secondes ou arrête la crise et commence à s’éloigner.
La plupart de ces paradigmes comportementaux ont de multiples variations et avancées décrites par plusieurs laboratoires. Chacune des modifications spécifiques avait été créée pour répondre aux besoins d’un objectif spécifique. De même, des techniques de quantification ou d’analyse automatisées et basées sur des algorithmes ont libéré ces techniques des risques d’erreurs manuelles. Dans cet article, les techniques les plus élémentaires ont été démontrées avec le moins de matériel nécessaire, dans l’espoir que ces techniques puissent être facilement adoptées et utilisées par le maximum de chercheurs.

Les troubles du spectre autistique (TSA) englobent un groupe hétérogène de troubles neurologiques. Elle comprend une gamme de troubles neuro-développementaux complexes caractérisés par des déficits multicontextuels et persistants dans la communication sociale et l’interaction sociale et la présence de modèles et d’intérêts comportementaux et d’activités restreints et répétitifs1. Selon l’Organisation mondiale de la santé (OMS), 1 enfant sur 100 est diagnostiqué avec un TSA dans le monde avec un ratio hommes-femmes de 4,22. La maladie devient évidente au cours de la deuxième ou de la troisième année de vie. Les enfants autistes montrent un manque d’intérêt pour la réciprocité socio-émotionnelle, la communication non verbale et les compétences relationnelles. Ils présentent des comportements répétitifs tels que des mouvements moteurs stéréotypés, un suivi de routine inflexible et ritualisé et une concentration intense sur des intérêts restreints. Les enfants atteints de TSA présentent un degré élevé de réponse au toucher, à l’odorat, au son et au goût, tandis que la réponse à la douleur et à la température est comparativement faible1. La pénétrance de ce trouble est également différente entre les différents patients souffrant de TSA et, par conséquent, la variabilité augmente.
Le diagnostic clinique actuel des TSA est basé sur l’évaluation comportementale des individus, car il n’existe pas de test génétique commun basé sur des biomarqueurs de confirmation qui couvre toutes les formes de TSA3. Décrypter les bases génétiques et neurophysiologiques serait utile pour cibler les stratégies de traitement. Au cours de la dernière décennie, un grand nombre de recherches ont abouti à l’identification de centaines de gènes qui sont soit supprimés, soit mutés, soit dont les niveaux d’expression sont modifiés chez les patients atteints de TSA. Les recherches en cours mettent l’accent sur la validation de la contribution de ces gènes candidats à l’aide d’organismes modèles comme la souris ou la mouche des fruits, dans lesquels ces gènes sont éliminés ou renversés, suivis de tests de déficits comportementaux de type TSA et d’élucidation des voies génétiques et moléculaires sous-jacentes à l’origine des anomalies. Un modèle murin récapitulant les variations du nombre de copies (CNV) dans les loci chromosomiques humains 16p11.2 montre certains des défauts comportementaux des TSA 4,5,6. L’exposition prénatale à un médicament tératogène, l’acide valproïque (APV), est un autre modèle murin décrivant des traits ressemblant à ceux des TSA humains 7,8. En outre, il existe une gamme de modèles murins qui présentent un autisme associé au syndrome génétique, par exemple, des modèles syndromiques monogéniques causés par des mutations dans Fmr1, Pten, Mecp2, Cacna1c et des modèles non syndromiques monogéniques causés par des mutations dans des gènes comme Cntnap2, Shank, Neurexin ou Neuroligin gènes 5.
La mouche des fruits (Drosophila melanogaster) est un autre organisme modèle important pour l’étude des bases cellulaires, moléculaires et génétiques d’une pléthore de troubles humains9, y compris les TSA. La drosophile et l’homme partagent des processus biologiques hautement conservés aux niveaux moléculaire, cellulaire et synaptique. Les mouches des fruits ont été utilisées avec succès dans des études sur les TSA 10,11,12 pour caractériser les gènes liés aux TSA et déchiffrer leur rôle exact dans la synaptogenèse, la fonction et la plasticité synaptiques, l’assemblage des circuits neuronaux et la maturation ; Les homologues de mouches des gènes associés aux TSA ont joué un rôle dans la régulation du comportement social et/ou répétitif 11,13,14,15,16,17,18,19,20,21. La mouche des fruits a également servi de modèle pour le dépistage des gènes des TSA et de leurs variantes 15,22,23. Le plus grand défi dans la recherche sur les TSA chez les mouches est que, contrairement à d’autres modèles de maladies, il n’existe pas de modèle unique de mouche TSA. Pour comprendre l’impact des mutations ou de l’inactivation d’un gène spécifique de TSA, un chercheur doit valider si les phénotypes comportementaux imitent suffisamment les symptômes des patients atteints de TSA, puis procéder à la compréhension des fondements moléculaires ou physiologiques des phénotypes.
Par conséquent, la détection de phénotypes de type TSA est essentielle à la recherche sur les TSA dans le modèle de mouche. Une poignée de techniques comportementales ont émergé au fil des ans qui nous permettent de détecter des anomalies telles que des déficits dans le comportement/l’interaction sociale, la communication, les comportements répétitifs et la réactivité aux stimuli. De plus, plusieurs modifications et mises à niveau de ces techniques comportementales ont été apportées dans différents laboratoires pour répondre à des exigences spécifiques telles que la mise à l’échelle, l’automatisation des tests, les lectures, la quantification et les méthodes de comparaison. Dans cet article vidéo, les versions les plus basiques de cinq paradigmes comportementaux sont présentées, qui, en combinaison, peuvent être utilisés pour détecter les résultats comportementaux de type TSA de la manière la plus simple.
L’agression est un comportement inné conservé au cours de l’évolution qui affecte la survie et la reproduction24. Le comportement agressif envers les congénères est influencé par la « motivation à la socialisation »25,26 ainsi que par la « communication »27, les deux étant compromis chez les personnes atteintes de TSA. Le comportement agressif est bien décrit chez la drosophile et sa quantifiabilité grâce au test d’agression robuste 28,29,30 et à une base génétique et neurobiologique bien comprise31 en fait un paradigme comportemental approprié 32 pour évaluer le phénotype TSA dans un modèle de mouche. L’agression est influencée par l’isolement social loin d’un environnement social, ce qui conduit à une agressivité accrue ; La même chose a été observée lorsque les mouches mâles sont logées en isolement pendant quelques jours33,34. Un autre test comportemental qui quantifie la sociabilité chez les mouches est le Social Space Assay35, qui mesure les distances entre les voisins les plus proches et les distances entre les mouches dans un petit groupe de mouches, ce qui le rend parfaitement adapté pour tester les rôles des orthologues des gènes TSA chez les mouches 12,21,36,37 ainsi que chez les modèles de mouches TSA induites par l’environnement 38, 39. Planche à billets
Le test de parade nuptiale de la drosophile est un autre paradigme comportemental fréquemment utilisé pour tester l’altération des compétences sociales et de communication lors d’un circuit ou d’une manipulation génétique, y compris les gènes liés à l’autisme 18,19,21,40. Les modèles de comportement répétitifs sont répandus chez les patients atteints de TSA, ce qui est récapitulé chez les mouches par le comportement de toilettage - une série d’actions distinctes et stéréotypées effectuées pour le nettoyage et à d’autres fins. Il a été utilisé avec succès pour tester l’impact des mutations du gène TSA chez les mouches21,41 ainsi que l’exposition aux produits chimiques38,39. De multiples avancées et automatisations dans le test ont été décrites avant 16,41,42,43 ; Ici, nous démontrons le modèle de test le plus basique, qui est facile à adopter et à quantifier.
Les TSA sont connus pour avoir un impact sur la capacité d’accoutumance, d’apprentissage et de mémoire chez certains patients 44,45,46,47,48,49,50, organismes modèles TSA 51,52 et provoquent également des déficits dans différents comportements olfactifs50. L’habituation au saut lumineux de la drosophile a déjà été utilisée pour dépister les gènesTSA 23. L’habituation peut être mesurée par une méthode simple d’habituation olfactive 53,54,55. Nous décrivons la méthode pour induire l’habituation olfactive et analysons le résultat à l’aide d’un test binaire classique basé sur un labyrinthe en Y56 qui peut être utilisé pour détecter les défauts d’accoutumance dans le mutant du gène ASD ou l’inactivation du gène. Pour évaluer si l’impact d’une mutation (ou d’un inactivation génétique) ou d’un traitement pharmacologique sur le comportement d’une mouche équivaut à un phénotype de type TSA, on peut utiliser une combinaison de ces 5 tests décrits ici.

<table><tbody><tr><td>Aggression arena :</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Plaque standard à 24 puits en polystyrène</td><td></td><td></td> transparent <td>12 cm x 8 cm x 2 cm. Diamètre d’un seul puits = 18 cm. Sigma-aldrich #Z707791 ; profondeur = 1 cm</td></tr><tr><td>Feuille</td><td></td><td></td> transparente en plastique/acrylique <td>Alternative : un couvercle perforé d’une plaque de culture cellulaire</td></tr><tr><td>Social Space Dosage :</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pinces</td><td></td><td></td> de reliure <td>19 mm</td></tr><tr><td>Feuilles de verre et feuilles acryliques de tailles</td><td></td><td></td> personnalisées <td>Épaisseur = 5 mm</td></tr><tr><td> Test de parade nuptiale :</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>Feuilles de plexiglas de formes personnalisées</td><td></td><td></td><td>i) Couvercle : Un disque rond en plexiglas transparent sur mesure (2-3 mm d’épaisseur, 70 mm de diamètre) avec un trou de chargement dans la région périphérique et un autre trou de vis au centre (diamètre ~ 3 mm pour chacun) ; ii) Un deuxième disque en plexiglas transparent plus épais (3-4 mm d’épaisseur, 70 mm de diamètre), avec 6-8 perforations de diamètre 15 mm, équidistantes du centre ; iii) Base : Identique au couvercle mais sans le trou de chargement</td></tr><tr><td>Dosage de toilettage : </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Panneau</td><td></td><td></td> LED recouvert de verre diffus <td>10&ndash ; Panneau LED de 15 watts montable au plafond</td></tr> <tr><td><fort>Habituation et dosage du labyrinthe en Y</fort></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chambres d’escalade</td><td></td><td></td><td>x2, Adaptateur en verre borosilicaté</td></tr><tr><td>pour connecter le labyrinthe en Y avec flacon d’entrée en plexiglas</td><td></td><td></td><td>, sur mesure, mesures en <fort>Figure 5A</fort></td></tr><tr>Bouteilles <td></td><td></td><td>de réactifs transparents</td><td>Borosil #1500017</td></tr><tr>Bouchon <td></td><td></td><td>de lavage de gaz</td><td>Borosil #1761021</td></tr><tr><td>Flacon en</td><td></td><td></td> verre <td>OD= 25 mm x Hauteur= 85 mm ; Odorisant en verre borosilicaté</td></tr><tr><td>(butyrate d’éthyle)</td><td></td><td></td><td>Merck #E15701</td></tr><tr><td>Cire de paraffine (liquide) légère</td><td></td><td></td><td>SRL #18211</td></tr><tr><td>Pinces à</td><td></td><td></td> rouleaux <td>Polymed #14098</td></tr><tr><td>Tubes</td><td></td><td></td> en silicone <td>OD = 0,6 cm, ID = 0,3 cm ; pinces à rouleaux pour le contrôle du débit</td></tr><tr><td>Pompe</td><td></td><td></td><td>à vide Hana #HN-648 (Toute pompe d’aquarium avec sens d’écoulement inversé manuellement)</td></tr><tr><td>Labyrinthe</td><td></td><td></td> en Y <td>Verre borosilicaté</td></tr><tr><td>Tube en verre en forme de Y (verre borosilicaté)</td><td></td><td></td><td>Fabrication sur mesure, mesures en Figure 5A</td></tr><tr><td>Articles courants :</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tout logiciel pour la lecture vidéo (par exemple, lecteur multimédia VLC)</td><td></td><td></td><td>https://www.videolan.org/vlc/</td></tr><tr><td>Ordinateur pour l’analyse</td><td></td><td></td><td></td>de données vidéo</tr><tr><td>Flacons</td><td></td><td></td> anti-mouches <td>OD= 60 mm x Hauteur= 140 mm ; verre/polypropylène</td></tr><tr><td>Flacons anti-mouches</td><td></td><td></td><td>OD= 25 mm x Hauteur= 85 mm ; Verre borosilicaté</td></tr><tr><td>Graph-pad Logiciel</td><td></td><td></td><td>Prism https://www.graphpad.com/scientific-software/prism/www.graphpad.com/scientific-software/prism/</td></tr> <tr><td>logiciel</td><td></td><td></td> ImageJ <td>https://imagej.net/downloads</td></tr><tr><td>Minuterie</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Caméra vidéo avec enregistrement vidéo configuré Caméscope</td><td></td><td></td><td>ou appareil photo de téléphone portable fonctionnera</td></tr><tr><td>Pour aspirateur de mouches :</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Coton</td><td></td><td></td><td>absorbant, autoclavé</td></tr><tr><td>Parafilm</td><td></td><td></td><td>Sigma-aldrich #P7793</td></tr><tr><td>pointes</td><td></td><td></td> de pipette <td>200 &micro ; L ou 1000 & micro ; L, choisissez en fonction du diamètre extérieur du tube en silicone</td></tr><tr><td>Longueur du tube</td><td></td><td></td> en silicone/caoutchouc <td>= 30-50 cm. Le tube doit être inodore</td></tr><tr><td><fort>Composition de la nourriture pour mouches :</forte></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ingrédients (quantité pour 1 L de nourriture)</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>Farine de maïs (80 g)</td><td></td>D-Glucose (20 g)D-Glucose (20 g)<td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>SRL # 51758 (CAS : 50-99-7)</td></tr><tr><td>Acide propionique (4 g)</td><td></td><td></td><td>SRL # 43883 (CAS : 79-09-4)</td></tr><tr><td>Saccharose (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>Poudre de levure (10 g)</td><td></td><td></td><td>HIMEDIA # RM027</td></tr><tr><td>Lignes de mouche utilisées dans les expériences de cette étude :</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Type sauvage (Canton S ou 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[&Delta ; 50M]/TM6B, Tb[+]</td><td></td><td></td><td>BDSC # 6930</td></tr><tr><td>w[*] ; fmr1[&Delta ; 113M]/TM6B, Tb[1]</td><td></td><td></td><td>BDSC # 67403</td></tr><tr><td>MB247-GAL4 (Gaurav Das, NCCS Pune, Inde)</td><td></td><td></td><td>BDSC # 50742</td></tr><tr><td>LN1-GAL4</td><td></td><td></td><td>NP1227, consortium NP, Japon</td></tr><tr><td>row-shRNA</td><td></td><td></td><td>BDSC # 25971</td></tr></tbody></table>

paradigmes pour l’évaluation comportementale dans le modèle de trouble du spectre autistique de la drosophile

Paradigms for Behavioral Assessment in Drosophila Model of Autism Spectrum Disorder

Le trouble du spectre autistique (TSA) englobe un groupe hétérogène de troubles neurodéveloppementaux avec des symptômes comportementaux communs, notamment des déficits dans l’interaction sociale et la capacité de communication, des comportements restreints ou répétitifs accrus, ainsi que, dans certains cas, des troubles d’apprentissage et un déficit moteur. La drosophile a servi d’organisme modèle sans précédent pour la modélisation d’un grand nombre de maladies humaines. Comme de nombreux gènes ont été impliqués dans les TSA, les mouches des fruits sont apparues comme un moyen puissant et efficace de tester les gènes supposément impliqués dans la maladie. Comme des centaines de gènes, avec des rôles fonctionnels variés, sont impliqués dans les TSA, un seul modèle génétique de mouche TSA est irréalisable ; au lieu de cela, les mutants génétiques individuels, les inactivations de gènes ou les études basées sur la surexpression des homologues de mouches des gènes associés aux TSA sont les moyens courants d’obtenir des informations sur les voies moléculaires sous-jacentes à ces produits géniques. Une foule de techniques comportementales sont disponibles chez la drosophile qui permettent de lire facilement les déficits dans des composants comportementaux spécifiques. Le dosage de l’espace social et les essais d’agression et de parade nuptiale chez les mouches se sont révélés utiles pour évaluer les défauts d’interaction sociale ou de communication. Le comportement de toilettage chez les mouches est une excellente lecture du comportement répétitif. Le test d’habituation est utilisé chez les mouches pour estimer la capacité d’apprentissage de l’habituation, qui s’avère être affectée chez certains patients atteints de TSA. Une combinaison de ces paradigmes comportementaux peut être utilisée pour faire une évaluation approfondie de l’état pathologique humain de type TSA chez les mouches. En utilisant des mouches mutantes Fmr1 , récapitulant le syndrome de l’X fragile chez l’homme et l’inactivation de la rangée homologue POGZ dans les neurones des mouches, nous avons montré des déficits quantifiables dans l’espacement social, l’agressivité, le comportement de parade nuptiale, le comportement de toilettage et l’accoutumance. Ces paradigmes comportementaux sont démontrés ici dans leurs formes les plus simples et les plus directes, avec l’hypothèse que cela faciliterait leur utilisation généralisée pour la recherche sur les TSA et d’autres troubles neurodéveloppementaux dans les modèles de mouches.

Essai d’agression En tant que modèle de mouche ASD, les mouches mutantes Fmr1 ont été utilisées63,64. w1118 mâles ont été utilisés comme mouches témoins et Fmr1 trans-hétérozygote Fmr1Δ113M/Fmr1Δ50M57 mouches mâles comme mouches expérimentales ; Les mâles adultes ont été logés dans des tubes d’isolement pendant 5 jours. Des mâles homotypiques (même génotype, mêmes conditions de logement) ont été introduits dans l’arène d’agression et leur comportement a été enregistré pendant 20 min. Le nombre total de poussées d’agression en 20 minutes a été compté pour chaque génotype. Le nombre de poussées d’agressivité pendant 20 minutes s’est avéré significativement réduit chez les mâles mutants par rapport aux mâles témoins (Figure 1E). Cette agressivité réduite chez les mouches Fmr1 pourrait être due à une diminution de l’intérêt pour l’interaction sociale avec une autre mouche. En revanche, les mouches mâles mutantes Fmr1 logées en groupe/socialement hébergées présentent un nombre de séances d’agression comparable à celui des mouches w1118 logées socialement (données non présentées), indiquant probablement un rôle positif de l’environnement social dans l’induction du comportement social.
Essai de l’espace social Le test de l’espace social a été réalisé sur des mouches w1118 et du modèle ASD (Fmr1Δ113M/Fmr1Δ50M ). La distance au voisin le plus proche a été calculée pour chaque mouche et 10 répétitions biologiques ont été effectuées pour chaque génotype. Les mouches mutantes présentent des distances significativement plus élevées avec le voisin le plus proche que leurs homologues témoins (Figure 2D), ce qui indique une préférence pour une plus grande distance avec les autres mouches.
Test de parade nuptiale Le test de parade nuptiale de mouches mâles à logement unique a été effectué pour quantifier le comportement de parade nuptiale inné de deux mouches modèles ASD distinctes. Tout d’abord, le comportement de parade nuptiale des mouches transhétérozygotes Fmr1 a été comparé à celui de w1118 ; Les mouches Fmr1 ont montré un indice de parade nuptiale significativement plus faible ainsi qu’un nombre réduit de tentatives de copulation (figure 3E1). Dans une deuxième expérience, row, un orthologue de la drosophile du gène POGZ humain (un gène de risque TSA20 très répandu), a été éliminé par l’expression d’un microARN en épingle à cheveux courte contre row dans les neurones du corps en champignon à l’aide de la lignée pilote MB247-GAL4. Ces mouches ASD ont été testées pour tout défaut dans le modèle de parade nuptiale innétable ; L’indice de parade nuptiale et le nombre de tentatives de copulation ont été calculés à partir de vidéos de 15 minutes. Les mouches renversées en rangées ont montré un indice de parade nuptiale significativement réduit ainsi qu’un nombre de tentatives de copulation (figure 3E2), indiquant leur communication défectueuse envers les femelles.
Comportement de toilettage Le comportement de toilettage est utilisé comme lecture du comportement répétitif chez la drosophile 16,42,43. Le comportement de toilettage a été quantifié chez les mouches transhétérozygotes Fmr1 et comparé à celui de w1118. La latence jusqu’au premier toilettage est significativement diminuée chez les mouches Fmr1, tandis que la durée moyenne du toilettage et l’indice de toilettage sont significativement augmentés chez les mouches Fmr1 (Figure 4C), indiquant un comportement de toilettage amélioré (ou répétitif) chez les mouches du modèle ASD. En revanche, le nombre total de séances de toilettage chez les mouches mutantes n’a pas été modifié de manière significative par rapport à celui des mouches témoins.
Dosage de l’habituation olfactive L’habituation s’avère défectueuse chez un grand nombre d’individus autistes et elle peut être utilisée comme test pour la même chose chez la drosophile23. Ici, l’habituation olfactive a été testée dans le modèle ASD en renversant la rangée dans les interneurones locaux olfactifs entraînés par LN1-GAL4. Un odorant aversif, le butyrate d’éthyle à 20 %, a été utilisé dans ces expériences pour induire l’accoutumance chez ces mouches. Les résultats montrent que les mouches renversées ne se sont pas habituées après une exposition à un odorant de 3 jours (les deux dernières barres du graphique de la figure 5E ne montrent pas de différence significative entre les mouches naïves et les mouches habituées) par rapport aux mouches de type sauvage, qui montrent une accoutumance typique après une exposition au butyrate d’éthyle pendant 3 jours (les mouches exposées montrent une baisse significative de l’indice de performance par rapport aux mouches naïves). Cela indique que les mouches renversées ne s’habituent pas après une exposition au butyrate d’éthyle pendant 3 jours et sont repoussées par l’odorant répulsif, ce qui prouve que ces mouches TSA sont déficientes en matière d’accoutumance.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66649/66649fig01.jpg"> Figure 1 : Arène d’agression et modèles comportementaux représentatifs. (A) La configuration de l’arène d’agression dans une plaque à 24 puits avec un couvercle perforé pour l’entrée des mouches. Encadré : Dimensions d’une seule arène contenant de la nourriture pour mouches. (B) Photographie d’un tube à boîtier unique contenant une seule mouche mâle isolée et d’une fiole de groupe contenant des mouches mâles et femelles, récapitulant un environnement social. (C) Un aspirateur pour le transfert de mouches par aspiration buccale. Articles nécessaires à l’assemblage d’un aspirateur à mouches indiquant les côtés du tube pour l’entrée des mouches (extrémité de la mouche) et le côté qui serait inséré dans la bouche (extrémité de la bouche) (C1) et un aspirateur de mouches assemblé (C2). (D) Modèles de comportement agressif représentatifs entre mâles : approche, menace d’aile, escrime, maintien, longe, boxe et bagarre. (E) Les mouches mâles mutantes Fmr1 présentent un comportement agressif réduit envers les autres mâles par rapport aux témoins. Boîte à moustaches montrant le nombre de poussées agressives pour les mâles socialement isolés de w1118 (témoin) par rapport aux mouches trans-hétérozygotes Fmr1 (Fmr1Δ113M/Fmr1Δ50M). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66649/66649fig01large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66649/66649fig02.jpg"> Figure 2 : Configuration de l’arène d’essai d’espace social. (A) Schéma montrant les dimensions et la disposition des vitres et des entretoises en acrylique. (B) L’arrangement final des composants de l’arène où les entretoises en acrylique sont prises en sandwich entre les morceaux de verre, laissant un petit espace pour l’entrée des mouches au fond. L’espace triangulaire créé entre les pièces de verre et les entretoises est l’arène SSA pour les mouches, ici les mouches ne peuvent se déplacer qu’en deux dimensions. (C) Photographie de l’installation finale de l’arène SSA avec des mouches à l’intérieur de la chambre. Abréviation : SSA = social space array. (D) Les mouches du modèle ASD (Fmr1 transhétérozygotes) montrent une distance accrue les unes des autres dans le test de l’espace social par rapport à w1118. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66649/66649fig02large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66649/66649fig03v2.jpg"> Figure 3 : Arène de parade nuptiale et modèles comportementaux représentatifs. Diagrammes montrant (A) la conception et (B) la disposition des disques dans une arène d’essai de parade nuptiale. (C) Photo de l’arène de parade nuptiale après l’arrangement final. (D) Images représentatives montrant les modèles comportementaux de parade nuptiale d’un mâle naïf envers une femelle accouplée : poursuite, orientation, battement d’ailes, léchage, tentative de copulation et copulation. (E) Graphiques montrant l’indice de parade nuptiale et le nombre de tentatives de copulation dans deux modèles ASD : (E1) Mouches mutantes Fmr1 montrant une réduction significative de l’indice de parade nuptiale et des tentatives de copulation par rapport au témoin w1118. (E2) Des mouches knockdown en rangée ont été utilisées comme un autre modèle ASD où le shRNA en rangée était exprimé dans les neurones du corps et de la nage en champignon(MB247-GAL4) ; Une réduction significative du comportement de parade nuptiale a été observée lors du renversement de la rangée. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66649/66649fig03largev2.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66649/66649fig04.jpg"> Figure 4 : Configuration de l’arène et modèles comportementaux représentatifs du comportement de toilettage. (A) L’arène en forme de disque ou de roue (la même arène de parade nuptiale illustrée à la figure 3) est installée sur un panneau LED avec un diffuseur pour un éclairage uniforme par le bas et la vidéo a été capturée par le haut. Cela garantit un contraste plus élevé nécessaire pour identifier le mouvement fin des appendices pendant le toilettage. (B) Photographies des modèles de comportement de toilettage observés chez les mouches mâles adultes. T1 = 1ère paire de pattes, T2 = 2ème paire de pattes, T3 = troisième paire de pattes. Une nomenclature abrégée intuitive est utilisée pour les modèles de toilettage en B : T1-tête = tête frottée avec les premières pattes ; T1-T1 = première paire de pattes frottées l’une contre l’autre, et ainsi de suite. Abréviation : LED = diode électroluminescente. (C) Graphiques montrant les résultats des tests de toilettage effectués chez les mouches trans-hétérozygotes Fmr1 et comparés à w1118. Les mouches mutantes Fmr1 ont montré une latence significativement réduite pour le premier toilettage, indiquant le début précoce du toilettage par rapport au contrôle. De plus, la durée moyenne du toilettage et l’indice de toilettage ont été significativement augmentés chez les mutants Fmr1, ce qui indique un comportement répétitif accru chez les mouches modèles TSA. En revanche, le nombre total de séances de toilettage n’a pas été modifié de manière significative chez les mouches mutantes par rapport au témoin. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66649/66649fig04large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66649/66649fig05.jpg"> Figure 5 : Configuration de l’induction et du test pour l’habituation olfactive et résultat représentatif après le test. (A) Composants de la configuration du test de choix d’odeur binaire : (A1) le labyrinthe en Y, (A2) l’adaptateur, (A3) la disposition de ces deux, (A4) une paire de tubes de collecte pour la fixation au sommet des bras du labyrinthe en Y, (A5) la bouteille en verre et les tubes en verre pour conserver la solution odorante ou l’eau à travers laquelle l’air bouillonnera avant de passer dans le labyrinthe en Y. (B) Configuration de la bouteille de nourriture pour mouches pour l’induction de l’habituation olfactive ; le schéma animé (B1) montre comment le tube de microfuge contenant de l’odorant est suspendu à un fil de cuivre à mi-chemin à l’intérieur de la bouteille ; (B2) enfin, l’ouverture de la bouteille est recouverte de coton et scellée par des enveloppes en papier brun. (C) Photo de l’agencement total de l’installation du labyrinthe en Y. (D) Photographies montrant la répartition des mouches dans les chambres de collecte après la fin d’une expérience. (D1) Les mouches naïves (exposées uniquement à la paraffine inodore, contrôle) montrent une répulsion envers l’odorant aversif (butyrate d’éthyle à 20% utilisé pour l’induction de l’accoutumance dans cette étude) et choisissent dans le bras du labyrinthe en Y rempli d’air régulier tandis que (D2) les mouches exposées (habituées) se répartissent uniformément dans les deux bras. Abréviation : ID = diamètre intérieur. (E) Les résultats des essais d’habituation olfactive des mouches renversées par rangées ont montré un défaut d’habituation. Les mouches de type sauvage (canton S), après une exposition de 3 jours au butyrate d’éthyle, ont montré une réduction significative de l’indice de performance par rapport aux mouches naïves, ce qui indique une accoutumance. Lorsque les descendants des mouches LN1-GAL4 x row-shRNA ont été exposés pendant 3 jours, l’indice de performance n’était pas significativement différent de celui des mouches naïves ; cela démontre que ces mouches ne se sont pas habituées lors d’une exposition de 3 jours à l’odorant, récapitulant un symptôme humain semblable à un TSA. Abréviations : TSA = trouble du spectre autistique ; shRNA = ARN en épingle à cheveux court. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66649/66649fig05large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>

Le trouble du spectre autistique (TSA) est associé à un comportement social et communicatif altéré et à l’émergence d’un comportement répétitif. Pour étudier l’interrelation entre les gènes TSA et les déficits comportementaux dans le modèle de la drosophile , cinq paradigmes comportementaux sont décrits dans cet article pour mesurer l’espacement social, l’agressivité, la parade nuptiale, le toilettage et le comportement d’habituation.

Paradigmes pour l’évaluation comportementale dans le modèle de trouble du spectre autistique de la drosophile

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

Les troubles du spectre autistique affectent les enfants, entraînant des troubles de la communication, du comportement social et un comportement répétitif accru. La drosophile est un modèle de plus en plus populaire pour la recherche sur l’autisme afin de déchiffrer les voies moléculaires sous-jacentes. Nous décrivons un ensemble de techniques standard pour la caractérisation comportementale des modèles d’autisme de mouche.Pour décoder les fondements moléculaires du trouble du spectre autistique chez les mouches, ses manifestations comportementales doivent être établies avec précision. Quantifier les traits comportementaux humains de l’autisme chez Drosophila melanogaster est une tâche assez difficile. Il n’y a pas de paradigme comportemental unique chez les mouches qui aborde toutes les anomalies comportementales de ce trouble.Nous avons décrit un ensemble de cinq paradigmes comportementaux bien établis chez la drosophile, à savoir le test d’agression, le test d’espace social, la forme du pelage, le toilettage et le test d’habituation. Tous ces éléments peuvent être utilisés dans des modèles de mouches TSA pour caractériser et quantifier le niveau de déficiences du comportement communicatif, du comportement répétitif et du comportement social. Nous avons décrit ces cinq techniques dans leur forme la plus simple afin que chaque laboratoire disposant d’un minimum d’installations de recherche sur les mouches puisse les adopter facilement et effectuer des expériences sur des modèles de mouches de troubles du spectre autistique, et contribuer à l’avancement de notre compréhension de cette maladie.

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