方法論記事

自閉症スペクトラム障害の ショウジョ ウバエモデルにおける行動評価のパラダイム

3.2K 回視聴

⸱

DOI:

10.3791/66649

⸱

2024年9月6日

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Bioscience and Biotechnology, Indian Institute of Technology Kharagpur

* These authors contributed equally

この記事について

サマリー

自閉症スペクトラム障害(ASD)は、社会的およびコミュニケーション的行動の障害と反復行動の出現に関連しています。 ショウジョウバエ モデルにおけるASD遺伝子と行動障害との相互関係を研究するために、この論文では、社会的間隔、攻撃性、求愛、グルーミング、および慣れ行動を分析するための5つの行動パラダイムについて説明します。

要約

自閉症スペクトラム障害(ASD)は、社会的相互作用やコミュニケーション能力の欠損、制限された行動や反復的な行動の強化、場合によっては学習障害や運動障害などの一般的な行動症状を伴う神経発達障害の異質なグループを包含しています。 ショウジョウバエ は、多くのヒトの疾患をモデル化するための比類のないモデル生物としての役割を果たしてきました。ASDには多くの遺伝子が関与しているため、ショウジョウバエは、障害に関与していると推定される遺伝子をテストする強力で効率的な方法として浮上しています。ASDには、さまざまな機能的役割を持つ何百もの遺伝子が関与しているため、ASDの単一の遺伝的ハエモデルは実現不可能です。代わりに、個々の遺伝子変異体、遺伝子ノックダウン、またはASD関連遺伝子のハエホモログの過剰発現ベースの研究が、これらの遺伝子産物の根底にある分子経路に関する洞察を得るための一般的な手段です。 ショウジョウバエ では、特定の行動要素の欠損を簡単に読み取ることができる多くの行動手法が利用可能です。ソーシャルスペースアッセイ、およびハエの攻撃性および求愛アッセイは、社会的相互作用またはコミュニケーションの欠陥を評価するのに有用であることが示されています。ハエのグルーミング行動は、反復行動の優れた読み出しです。ハエのアハエでは、一部のASD患者で影響を受けることがわかっているアハエの学習能力を推定するために使用されます。これらの行動パラダイムの組み合わせを利用して、ハエのヒトASD様疾患状態を徹底的に評価することができます。 Fmr1 変異型ハエ、ヒトにおけるFragile-X症候群の再現、およびハエニューロンにおけるPOGZ-ホモログ 行 ノックダウンを用いて、社会的間隔、攻撃性、求愛行動、グルーミング行動、および慣れにおける定量化可能な欠損を示しました。これらの行動パラダイムは、ハエモデルにおけるASDやその他の神経発達障害の研究に広く使用されることを前提として、ここでは最も単純でわかりやすい形で示されています。

概要

自閉症スペクトラム障害(ASD)は、神経障害の異質なグループを包含しています。これには、社会的コミュニケーションと社会的相互作用における多文脈的で持続的な欠損、および制限された反復的な行動および活動パターンと関心の存在を特徴とする、さまざまな複雑な神経発達障害が含まれます1。世界保健機関(WHO)によると、世界中で100人に1人の子供がASDと診断されており、男女比は4.22です。この病気は生後2年目または3年目に明らかになります。ASDの子供は、社会的感情的な互恵性、非言語的コミュニケーション、および関係スキルに関心がないことを示しています。彼らは、型にはまった運動、柔軟性に欠ける儀式化されたルーチンのフォロー、制限された興味への集中など、反復的な行動を示します。ASDの子供は、触覚、嗅覚、音、味覚に対して高い反応を示しますが、痛みと温度の反応は比較的低いです1。この障害の浸透度は、ASDに苦しむ患者によっても異なるため、変動性が増加します。

ASDの現在の臨床診断は、ASDのすべての形態をカバーする確認的なバイオマーカーベースまたは一般的な遺伝子検査がないため、個人の行動評価に基づいています3。遺伝的および神経生理学的基盤を解読することは、治療戦略を標的にするのに役立ちます。過去10年間で、大規模な研究により、ASD患者で欠失または変異した、または発現レベルが変化する数百の遺伝子が特定されました。現在進行中の研究では、マウスやショウジョウバエなどのモデル生物を用いて、これらの候補遺伝子の寄与を検証することを強調しており、これらの遺伝子をノックアウトまたはノックダウンした後、ASD様の行動障害の検査を行い、異常を引き起こす根本的な遺伝的および分子的経路を解明しています。ヒト染色体遺伝子座16p11.2でコピー数多型(CNV)を再現したマウスモデルは、ASDの行動上の欠陥4,5,6の一部を示しています。催奇形性薬物バルプロ酸(VPA)への出生前曝露は、ヒトASD7,8に似た形質を示す別のマウスモデルです。さらに、遺伝的症候群に関連する自閉症を示すマウスモデル、例えば、Fmr1、Pten、Mecp2、Cacna1cの突然変異によって引き起こされる単一遺伝子症候群モデル、およびCntnap2、Shank、Neurexin、またはNeuroligin遺伝子5のような遺伝子の突然変異によって引き起こされる単一遺伝子非症候群モデルが存在する。

ショウジョウバエ(Drosophila melanogaster)は、ASDを含む多数のヒト疾患の細胞、分子、および遺伝的基盤を研究するためのもう1つの著名なモデル生物です9。ショウジョウバエとヒトは、分子レベル、細胞レベル、シナプスレベルで高度に保存された生物学的プロセスを共有しています。ショウジョウバエは、ASDに関連する遺伝子を特徴付け、シナプス形成、シナプス機能と可塑性、神経回路の組み立て、および成熟におけるそれらの正確な役割を解読するために、ASD研究10,11,12で成功裏に使用されています。ASD関連遺伝子のハエ相同体は、社会的および/または反復行動の調節に役割を果たしていることがわかった11,13,14,15,16,17,18,19,20,21。ショウジョウバエは、ASD遺伝子とその変異体15,22,23のスクリーニングのモデルとしても機能しています。ハエのASD研究における最大の課題は、他の疾患モデルとは異なり、単一のASDハエモデルがないことです。特定のASD遺伝子の突然変異やノックダウンの影響を理解するためには、研究者は行動表現型がASD患者の症状を十分に模倣しているかどうかを検証し、表現型の分子的または生理学的基盤の理解に進む必要があります。

したがって、ASD様表現型の検出は、ハエモデルでのASD研究に不可欠です。社会的行動/相互作用、コミュニケーション、反復行動、刺激に対する反応性の欠損などの異常を検出することを可能にする、いくつかの行動技術が長年にわたって登場してきました。さらに、これらの行動手法のいくつかの修正とアップグレードは、アップスケーリング、アッセイの自動化、読み出し、定量、比較方法などの特定の要件に合わせて、さまざまなラボで行われています。このビデオ記事では、5つの行動パラダイムの最も基本的なバージョンが示されており、それらを組み合わせることで、ASDのような行動結果を最も簡単な方法で検出できます。

攻撃性は、生存と生殖に影響を与える進化的に保存された生来の行動です24。同種に対する攻撃的な行動は、「社会化の動機」25,26および「コミュニケーション」27の影響を受け、どちらもASDの影響を受けた個人では損なわれます。攻撃的な行動はショウジョウバエによく記載されており、堅牢な攻撃性アッセイ28,29,30およびよく理解された遺伝的および神経生物学的基礎31を通じてその定量化可能性は、ハエモデルにおけるASD表現型を評価するための適切な行動パラダイム32となる。攻撃性は、社会環境から離れた社会的孤立の影響を受け、それが攻撃性の強化につながります。オスのハエが数日間隔離されて飼育されている場合も同じことが観察されています33,34。ハエの社会性を定量化する別の行動アッセイは、ハエの小グループにおける最も近い隣人とハエ間の距離を測定するソーシャルスペースアッセイ35であり、ハエ12,21,36,37および環境的に誘発されたASDハエモデル38におけるASD遺伝子オルソログの役割をテストするのに最適である。39.

ショウジョウバエの求愛アッセイは、自閉症関連遺伝子18,19,21,40を含む、回路または遺伝子操作による社会的およびコミュニケーションスキルの変化をアッセイするために頻繁に使用される別の行動パラダイムです。ASD患者には反復的な行動パターンが一般的であり、ハエではグルーミング行動(清掃やその他の目的で行われる一連の明確なステレオタイプな行動)によって再現されます。これは、ハエ21,41のASD遺伝子変異の影響、および化学物質38,39への曝露の影響をアッセイするために成功裏に使用されています。アッセイの複数の進歩と自動化は、16,41,42,43以前に説明されています。ここでは、最も基本的なアッセイパターンを示しており、これは採用と定量が容易です。

ASDは、一部の患者44,45,46,47,48,49,50、ASDモデル生物51,52の慣れ、学習、および記憶の能力に影響を与えることが知られており、また、さまざまな嗅覚行動50の欠損を引き起こします。ショウジョウバエのライトオフジャンプ慣れは、ASD遺伝子のスクリーニングに以前に使用されてきました23。馴化は、嗅覚馴化アッセイ53,54,55の簡単な方法によってアッセイすることができる。我々は、嗅覚の慣れを誘導する方法を説明し、ASD遺伝子変異体または遺伝子ノックダウン状態における馴化の欠陥を検出するために使用できる古典的なY迷路ベースのバイナリ匂い選択アッセイ56を使用して結果をアッセイする。突然変異(または遺伝子ノックダウン)または薬理学的治療がハエの行動に及ぼす影響がASD様表現型に相当するかどうかを評価するために、ここで説明するこれらの5つのアッセイを組み合わせて使用できます。

プロトコル

このプロトコルで使用されるすべての材料および試薬に関連する詳細については、 材料の表 を参照してください。

1. アグレッションアッセイ

  1. アグレッションアッセイアリーナの準備
    1. 標準的な24ウェルプレート(図1A)を取り、プレートの各ウェルをフライアグレッションのための単一の「アリーナ」(図1B)として使用します。各ウェルの半分を通常のフライフードで満たし、一晩乾燥させます。
      注:オプションで、イーストペーストのドットや男性の攻撃性を確保するために斬首された女性など、攻撃性の焦点をアリーナに含めることができます。
    2. 透明なプラスチック/アクリルシートは、約3〜4個のウェルの表面を覆うのに十分な量です。シートに穴を開けて、個々のハエをウェルに挿入するための直径~2.5mmの小さな開口部を作ります。
  2. ハエ吸引器の準備
    1. 長さ30〜50cmのゴム/シリコンチューブを用意します(図1C1)。
    2. 200 μL (または 1,000 μL) のピペットチップを取り、細いチップから ~1 cm を切り落とします。ゴムチューブの一方の端にカットエンドを挿入します。この先端は、口からの吸引に使用される「口の端」になります。
    3. 別のピペットチップを取り、このチップの狭い方の端を切って、ハエが入るのに十分な開口部を作ります。このピペットチップのベースをチューブのテールエンドに挿入します。これがアスピレーターの「フライエンド」になり、そこからフライが吸引されます(図1C2)。
    4. メッシュクロスまたは綿の薄い層をチューブの「フライエンド」、つまりチューブと先端の接合部に挿入します。ピペットチップに吸引されたフライがメッシュの前のチップに引っかかったままであることを確認してください。
    5. パイプとピペットチップの間の接合部をパラフィルムでシールします。
  3. シングルハウジングチューブとグループハウジングバイアルの調製
    1. シングルハウジングチューブの調製
      1. 調製したばかりのフライフード約500 μLを2 mLのマイクロチューブに加えます(図1D)。ミニ遠心分離機を使用して、食品をチューブの底部分に引き下げます。
      2. 蓋を開けたまま一晩にして、食品を室温で固めるようにセットします。チューブを細かい布で覆い、迷子のハエがチューブに入るのを防ぎます。
      3. マイクロチューブの蓋に空気循環用の針を通し、食品が固まったら蓋を閉めます。
    2. グループハウジングバイアルの調製
      1. 通常のフライバイアルを取り、バイアルの最低限に作りたての食品を入れます(図1D)。
  4. 実験前のハエの準備
    1. インキュベーター内の標準的なフライフードを含む通常のガラス/プラスチックボトルに、目的の遺伝子型のフライラインをインキュベーターに入れ、12時間の明暗サイクルで25°Cに維持します。
    2. 所望の遺伝子型の新たに閉じた(0〜24時間)ハエを収集し、実体顕微鏡を使用して二酸化炭素麻酔下でそれらを性分離する。
    3. オスのフライの半分を個別に「シングルハウジングチューブ」に挿入します。オスのハエの残りの半分を10匹のグループに入れ、メスのハエを通常の「グループハウジングバイアル」に入れて社会的な状態を作り出します。すべてのチューブとバイアルを25°Cで5日間保存します。
      注意: ビヘイビアルームの温度を24〜25°C、湿度~50%に維持します。使用したハエ系統は、w1118 およびFMRトランスヘテロ接合体変異体ハエ(Fmr1Δ50M/Fmr1Δ113M)57であった。 Fmr1 ハエを5日間隔離したところ、別のオスに対する攻撃性が有意に減少しました(図1E)。
  5. 攻撃行動実験の実施
    1. ZT0-ZT3の時間枠内で攻撃性実験を行い、ハエはこの時間帯に活動のピークを示します。
      注:ZT=Zeitgeberの標準的な12時間の明暗サイクルの時間。ZT0= 点灯、つまり光の位相の開始、ZT3= 光の位相の開始から 3 時間後、というようになります。ZT12 =消灯します。
    2. 2匹のオスのハエを、口内吸引法により、単一またはグループハウジングチャンバーのいずれかから、蓋の穴を通して攻撃アリーナに移します。ハエが逃げないように、すぐに穴を離してください。
    3. ハエがアリーナ内に1〜2分間順応するのを待ちます。タイマーを20分間開始します。スタンドを使用してアリーナの真上にカメラまたは携帯電話を垂直に配置することにより、20分間全体のハエをビデオに記録します。アグレッシブな試合の種類がビデオに表示されていることを確認します。
      注意: アリーナの明確な照明を確保し、蓋からのまぶしさ/反射がカメラのレンズに直接当たらないようにしてください。
    4. 各遺伝子型およびすべてのタイプの住居条件について、15〜20組のハエについて実験を繰り返します。
      注:無意識の偏見は、対照バエとテストハエ、および複数の遺伝子型に属するビデオファイルの二重盲検化によって打ち消すことができます。
  6. アグレッションアッセイデータの解析
    1. ビデオファイルを十分に大きな画面のコンピューターに転送して、攻撃的な試合が見えるようにします。
    2. ビデオを再生し、20分58,59の時間内にアグレッシブな試合の総数を数えます。
    3. 各遺伝子型と各住宅パターンのデータをスプレッドシートにまとめて整理し、任意の統計ソフトウェアを使用してデータ分析を実行します。両側 の t 検定を実行し、データを箱ひげとしてプロットします。

2. ソーシャルスペースアッセイ

注:ここで述べるアッセイプロトコル、アリーナ、および分析は、以前に説明されている60,61。

  1. ソーシャルスペースアッセイ(SSA)アリーナの準備
    1. 長方形のガラス板(13.5 cm x 10.4 cm、厚さ0.3 cm)の上に、アクリルスペーサーの直角がガラス板の角に合うように、三角形のアクリルスペーサー(高さ= 8.9 cm、ベース= 6.7 cm、厚さ= 0.3 cm)を平らに置きます(図2A)。
    2. 長方形のアクリルスペーサー2個(6.7cm×1.5cm、厚さ=0.3cm)をガラス板に平らに置き、2つの三角形のスペーサーの底面に合わせます。この配置の後、4つのアクリルスペーサーが、スペーサーで覆われていない長方形のガラス板上の三角形のアリーナ(~2.16平方cm61)を囲んでいることを確認します(図2A、B)。定規のステッカー(図2C)を三角形のスペーサーの1つに貼り、上から見えることを確認します。
    3. 次に、アクリルスペーサーの上に2番目の長方形のガラス板(13.5 cm x 10.4 cm、厚さ0.3 cm)を配置し、下部のガラス板と揃うようにします。アクリルスペーサーはガラススペースの間に挟まれ、2つのガラス板の間の中央に三角形のスペースが残ります。4つの小さなバインダークリップを使用して、ペインとスペーサーを保持します。
  2. SSAのためのフライの準備
    1. 所望の遺伝子型の新たに閉じた(0〜24時間)ハエを収集し、実体顕微鏡を使用して冷間麻酔下でそれらを性分離します。
      注:冷間麻酔装置(ペトリ皿を使用できます)を-20°Cのインキュベーターで冷やします。ハエを空のバイアルに入れ、ハエが動かなくなるまでこれらのバイアルを氷(氷のバケツ)に浸し、冷たいシャーレに置き、選別を開始します。
    2. オスとメスのハエを別々に24時間、25°Cのインキュベーターに入れ、12時間の明暗サイクルで保存します。
      注:ここで示した実験では、使用したハエ株は w1118 および FMR トランスヘテロ接合体変異体ハエ(Fmr1Δ50M / Fmr1Δ113M)でした。
  3. SSA 実験の実行
    1. アグレッションアッセイと同じ実験条件(温度:24-25°C、湿度~50%)を維持し、ZT0-ZT3の時間枠で実験を行います。
    2. 右下のバインダークリップを取り外し、その長方形のスペーサーを少し外側にずらして、2つの長方形のスペーサーの間に隙間(~0.5 cm)ができるようにします。
    3. 食品バイアルから空のバイアルに(前日に収集された)ハエを移します。それらを、長方形のスペーサーの間に作られた空間を穏やかに吸引することにより、ソーシャルスペースアリーナ(三角形の領域)に移します。長方形のスペーサーとバインダークリップを元の位置にスライドさせてすぐにスペースを閉じ、ハエが逃げるスペースが残っていないことを確認します。
    4. チャンバーを直立位置に保持することにより、実験の開始時にすべてのハエがチャンバーの基部にあることを確認するために、チャンバーをソフトパッドに3回静かに叩きます。
    5. cl SSAチャンバーを直立位置にし、タイマーを開始します。ハエがアリーナ内の位置に落ち着き、最小限の動きを示す20分後にアリーナの鮮明な写真を撮ります。まぶしさや不規則な照明は避けてください。
    6. ハエを叩き、ステップ 2.3.5 から 2.3.7 までのステップを繰り返す (内部反復) ことにより、同じハエの集団に対して実験を 3 回繰り返します。同じ遺伝子型/条件の異なるハエの集団で3回繰り返します(独立した繰り返し)。
      注:アッセイチャンバーを凍結して、チャンバーからハエを捨てます。ハエのグループで1ラウンドの実験を行った後、ガラスとプラスチックの表面をエタノールで拭いてすべての臭いを取り除きます。
  4. ソーシャルスペースアッセイデータの解析
    1. ImageJ62 ソフトウェアで画像を分析し、前述の61のようにフライ間の最近傍距離をリストアップする。
    2. 統計ソフトウェアを使用して統計分析を実行し、グラフをプロットします。
      注:ここに記載されているSSAアッセイに使用されたハエ株は、w1118 および Fmr1 トランスヘテロ接合体変異体ハエ(Fmr1Δ50M / Fmr1Δ113M)57であった。 Fmr1 ハエは、最も近いハエからの距離が大幅に増加していることを示しています(図2D)。

3.求愛アッセイ

  1. 求愛室
    1. 求愛室(図3A)の4つのピースすべてを 、図3Bに示す順序で組み立てます。中央のディスクの各ミシン目は、蓋とベースピースの間に挟まれ、「求愛室」として機能します(図3C)。
  2. 交配済みのメスの入手
    1. CS(Canton S、野生型)の複数の培養ボトルを開始および維持し、各フードボトルに~60〜100匹のオスとメスのハエがいます。
    2. 成虫が出てきたら、すべての成虫のハエを捨て、2〜3時間ごとにこれらのボトルから出てきたハエを少量の酵母ペーストを補給した新しいフードバイアルに移します。
      注意: バイアルの過密を避けてください。古いハエ、幼虫、または蛹を交配バイアルに移さないように注意してください。
    3. これらの「交配バイアル」を4日間インキュベートして、すべての雌が交配したことを確認します。
  3. オス用シングルハウジングチューブの調製
    1. 約500 μLのフライフードを各2 mLマイクロチューブに加えます。ミニ遠心分離機を使用して、食品をチューブの底部分に引き下げます。
    2. 食品を一晩固化させ、マイクロフュージチューブの蓋を切断し、パラフィルムで覆い、パラフィルムに針で穴を開けて空気循環させます。
  4. 処女男性の収集と隔離
    1. 目的の遺伝子型の10〜15人の男性と20〜30人の処女女性との交配を別々の食品バイアルにセットアップします。
    2. 子孫から目的の遺伝子型の処女男性を収集し、吸引器を使用して「シングルハウジングチューブ」に個別に保管します。新しく閉じたオスを5〜6時間ごとに収集し続け(遺伝子型ごとに最大40〜50人のオス)、個々のシングルハウジングチューブに隔離します。
    3. チューブの蓋をパラフィルムで再度密封します。
  5. 求愛アッセイ実験の実施
    1. 試験雄の隔離から5日後、ZT0-ZT3の時間枠で求愛アッセイを実施します。
    2. ビデオ録画装置は、アッセイのワークスペースに重点を置いて、事前に十分にセットアップしてください。
    3. 吸引器の助けを借りて、交配バイアルから1匹の予交雌(生後6〜10日)を採取し、求愛室に挿入します。
    4. アスピレーターを使用して、オス(コントロール/テスト)フライをシングルハウジングチューブから、トランスファーホールを通じてシングルプレメイテッドメスを含む求愛チャンバーに静かに移します。蓋をすばやく回転させてチャンバーを閉じます。
    5. ハエの行動を15分間ビデオで記録します。
  6. ビデオデータの解析と統計
    1. ビデオファイルをコンピューターに転送します。男性が15分間の求愛に費やした時間の長さは、手動でビデオを見て確認します。
    2. オスのハエごとに求愛指数(CI)を計算し、これはオスが15分間にメスに求愛するのに費やした時間の割合(またはパーセンテージ)です。
    3. 15分間の 交尾試行 の総数を数えます。
    4. オスが最初に求愛を試みる前に示したタイムラグの長さを、 求愛潜時(CL)として注目してください。
      注:統計的な検出力を達成し、CI結果の一貫性を判断するために、状態/遺伝子型ごとに40〜60人の男性を分析することをお勧めします。

4. グルーミング行動アッセイ

  1. グルーミング行動アッセイアリーナ
    1. 容積が ~0.4 cm3 の小さな円形チャンバーを、グルーミング行動を記録するためのアリーナとして使用します。
      注:セクション3に記載されているのと同じ求愛アリーナをグルーミング行動アッセイに使用できます。
    2. グルーミング行動には、脚などの細かい臓器の動きを記録する必要があるため、高解像度または高コントラストのビデオ録画を使用してください。このプロトコルに従うには、20 cm x 20 cmの寸法の均一に照らされた表面として、拡散ガラスで覆われたLEDパネルを使用します。求愛室をパネルの上に置き、光が下から部屋を通過するようにします。
  2. 実験前のハエの準備
    1. 実験用遺伝子型は、食品ボトル内のハエを25°Cで、12時間の明暗サイクルで維持します。
    2. 所望の遺伝子型の新たに閉じた(0〜24時間)ハエを収集し、ソーシャルスペースアッセイに記載されているように、実体顕微鏡を使用して冷間麻酔下でそれらを性分離します。
    3. オスのハエをシングルハウジングチューブ(アグレッションアッセイで使用)に24時間分離します。
      注:ここで示した実験では、使用したハエ株は 、W1118 および FMR トランスヘテロ接合体変異体ハエ(Fmr1Δ50M / Fmr1Δ113M)でした。
  3. グルーミング行動アッセイの実施
    1. 温度を24〜25°C、湿度を~50%に保ちます。ZT0〜ZT3の時間枠16の間に実験を行う。
    2. アスピレーターを使用して、シングルハウジングチューブからグルーミングアリーナにシングルハウジングのオスフライを移します。ハエが逃げないように、すぐに蓋の穴をスライドさせて外します。
    3. グルーミングアリーナを拡散LEDパネルに置き、ハエがアリーナ内に1分間順応するのを待ちます。スタンドに取り付けられたアリーナの真上にカメラを垂直に配置することにより、フライを10分間ビデオで記録します。グルーミングの発作の種類がビデオで表示され、定量化できることを確認してください。
      注:グルーミング行動には、頭、目、触角、吻、腹部、生殖器、および脚のある翼(最初のペア:T1、2番目のペア:T2、または3番目の脚のペア:T3)のこすりが含まれます。この研究で考慮されたグルーミング行動パラメータは、Andrew et al. 41 に記載され、 図4に示されている通りです。
    4. 遺伝子型ごとに実験を繰り返します。
    5. グルーミング行動データの分析
      1. ビデオを分析し、次の4つのパラメーターを計算します: グルーミングインデックス (グルーミングに費やされた時間の割合)。 グルーミングレイテンシー (最初のグルーミング試合までの時間)。 グルーミング試合番号; 平均グルーミング-試合時間 (合計試合時間/試合回数)。
      2. フライがパラメータの表示を停止して2秒間動かないか、試合を停止して少なくとも4歩歩いた場合、1回のグルーミング試合は終了としてマークされます。

5. 嗅覚馴染のアッセイ

注:図5に示すように、最終的な組み立てはY-迷路アッセイ54,56の日に行う必要があります。

  1. ハエの慣れの準備
    1. インキュベーター内のすべての実験について、周囲温度25 °C、湿度70%、標準12時間光:12時間暗サイクル(LD)で目的の遺伝子型のハエを飼育します。
    2. 0〜12時間前の新しく閉じたハエを収集し、綿のストッパーを締めた新しいミディアムボトルに~30〜40のハエを移します。
    3. 各ボトルにコードを割り当てて、実験者が実験対象の遺伝子型について盲目になるようにします。
  2. 嗅覚馴染の誘導
    1. パラフィン液(光)で希釈した好ましい匂い物質1 mLを1.5 mLのマイクロチューブに入れます。コントロールには、1.5 mLのマイクロフュージチューブに1 mLのパラフィン液体ライトを使用します。チューブ内の内容物を10分間ボルテックスして均一に混合し、均等に穴の開いたプラスチックラップで覆います。
      注:ビデオでは、20%の酪酸エチルが使用されます。
    2. ワイヤーを使用して、希釈した臭気物質を含むチューブまたは希釈液のみをハエを含む別のメディアボトルに吊るします。
    3. ボトルを綿でしっかりと覆い、次にクラフト紙で包んで、臭気物質の蒸気の拡散を防ぎます。コントロールボトルと臭気含有ボトルにそれぞれナイーブと臭いにさらされている(慣れている)ラベルを付けます。これらの誘導ボトルを上記の条件でインキュベーター内で3日間維持します。
  3. ハエとY迷路装置の準備
    1. ハエを誘導ボトルから水に浸した濾紙のみが入ったバイアルに移します。
    2. 実験前に室温で約16〜18時間飢餓状態にして、モチベーションを高めます。
    3. Y迷路装置のコンポーネントが清潔で無臭であることを確認してください。4つのパーツを縦に組み立てます。クライミングチャンバーをY迷路に取り付け、Y迷路をアダプターの上部に接続します。 図5に示すように、Y迷路の底部を、下部の中央ステムとして機能するエントリーバイアルにしっかりと取り付けます。
    4. 各クライミングチャンバーの先細りの端を、臭気のないシリコンチューブを使用して、臭気物質(蒸留水で10-3 希釈)を含む試薬ボトルに接続します。
    5. 真空ポンプを使用して、ガスボトルからYの2つのアームに等流量(~120 mL/分)で臭気物質をポンプで送り込み、一貫性を保つために15分間飽和させます。
  4. 古典的なY迷路アッセイの実行
    1. 各バイアルの飢餓状態のハエをY迷路セットアップのエントリーバイアルにそっと導入します。
    2. 彼らが短期間順応するのを許してください。エントリーバイアルをY迷路アダプターに接続して、テストを開始します。そして、ハエがY迷路の腕を登り、2つの収集室に閉じ込められるようにします。各テストの所要時間を 1 分に設定します。
    3. 完了したら、フライをエントリーバイアルの底にタップバックし、Y迷路のアームの位置を切り替えてサイドバイアスを回避します。同じハエのセットに対して4回の読み取りを行います。
    4. 時間内にY迷路の2つのアームをそれぞれ登るハエの数を記録します。
    5. アッセイを少なくとも8バッチ繰り返して、代表的なデータセットを取得します。
  5. 収集したデータの分析と解釈
    1. パフォーマンスインデックス(PI)を計算して結果を定量化します。これは、エアアームを選択したハエの数(A)と臭気アームを選択したハエの数(O)の数の差を、参加者のハエの総数の割合として表すことができます。
    2. 統計的検定(対応のないスチューデント のt検定)を使用して、ナイーブフライと臭気にさらされたハエのPIが有意であるかどうかを確認します。

結果

アグレッションアッセイ
ハエASDモデルとして、Fmr1変異型ハエが用いられている63,64。w1118匹の雄を対照として用い、Fmr1トランスヘテロ接合体Fmr1Δ113M/Fmr1Δ50M57匹の雄を実験用ハエとして使用した。成人男性は、隔離チューブに5日間収容されました。同型男性(同じ遺伝子型、同じ住居条件)が攻撃性アリーナに導入され、彼らの行動が20分間記録されました。20分間の攻撃的な発作の総数を遺伝子型ごとにカウントしました。20分間の攻撃的な発作の数は、変異した雄の場合、対照雄よりも有意に減少することがわかりました(図1E)。Fmr1のハエにおけるこの攻撃性の低下は、他のハエとの社会的相互作用への関心の低下によるものかもしれない。対照的に、グループ/社会的に飼育されたFmr1変異体のオスのハエは、社会的に飼育されたw1118のハエと同等の攻撃性数を示し(データは示さず)、おそらく社会的行動の誘導における社会環境の積極的な役割を示しています。

ソーシャルスペースアッセイ
ソーシャルスペースアッセイは 、w1118 およびASDモデル(Fmr1Δ113M / Fmr1Δ50M) のハエで行いました。最も近い隣人までの距離は、各ハエについて計算され、各遺伝子型に対して10回の生物学的複製が行われました。突然変異型のハエは、対照のハエよりも有意に高い近傍距離を示し(図2D)、他のハエからの距離を長くすることを好むことを示しています。

求愛アッセイ
シングルハウスのオスのハエの求愛アッセイは、2つの別々のASDモデルハエの生来の求愛行動を定量化するために行われました。まず、Fmr1トランスヘテロ接合ハエの求愛行動をw1118のそれと比較しました。Fmr1ハエは、交尾の試みが減少しただけでなく、求愛指数が有意に低いことを示しました(図3E1)。第2の実験では、ヒトPOGZ遺伝子(ASDリスク遺伝子20が広く分布している)のショウジョウバエオルソログであるrowを、MB247-GAL4ドライバーラインを用いてキノコ体ニューロンの列に対してショートヘアピンマイクロRNAを発現させることによりノックダウンした。これらのローノックダウンASDモデルフライは、生来の求愛パターンに欠陥がないかテストされました。求愛指数と交尾未遂数は、15分間のビデオから計算されました。列ノックダウンハエは、求愛指数と交尾の試みの数が大幅に減少したことを示し(図3E2)、女性に対するコミュニケーションに欠陥があることを示しました。

グルーミング行動
グルーミング行動は、ショウジョウバエ16,42,43の反復行動の読み出しとして使用されます。グルーミング行動は、Fmr1トランスヘテロ接合体ハエで定量化され、w1118のそれと比較されました。Fmr1ハエでは最初のグルーミングまでの潜伏時間が有意に減少しているのに対し、Fmr1フライでは平均グルーミング時間およびグルーミング指数が有意に増加しており(図4C)、ASDモデルハエのグルーミング(または反復)行動が進んでいることを示しています。対照的に、突然変異型ハエのグルーミング発作の総数は、対照のハエのそれと比較して有意に変化していないことがわかった。

嗅覚馴染アッセイ
慣れは、自閉症の個人の多数の欠陥があることがわかっており、 それはショウジョウバエ23で同じためのアッセイとして使用することができます。ここでは、LN1-GAL4によって駆動される嗅局所介在ニューロンの 列 をノックダウンすることにより、ASDモデルで嗅覚の慣れをテストしました。これらの実験では、嫌悪臭物質である20%酪酸エチルが、これらのハエの慣れを誘発するために使用されています。結果は、 ローノックダウンハエが3日間の匂い物質曝露後に慣れなかったことを示しています( 図5E のグラフの最後の2つのバーは、ナイーブハエと慣れハエの間に有意差を示していません)野生型と比較して、酪酸エチルに3日間曝露した後に典型的な慣れを示すハエ(曝露されたハエはナイーブハエと比較してパフォーマンス指数の有意な低下を示します)。これは、 ローノックダウンハエが酪酸エチルに3日間さらされた後、慣れず、反発臭剤によって反発されることを示しており、これらのASDフライが慣れ不足であることを証明しています。

figure-results-1
図1:アグレッションアリーナと代表的な行動パターン (A)フライエントリー用の穴あき蓋を備えた24ウェルプレートのアグレッションアリーナのセットアップ。挿入図: フライフードが入った 1 つのアリーナの寸法。(B)単一の孤立したオスのハエを含む単一ハウジングチューブと、オスとメスのハエを含むグループハウジングバイアルの写真は、社会環境を再現しています。(C)ハエの口内吸引ベースの移植用の吸引器。フライエントリー用のチューブの側面(フライエンド)と口に挿入される側面(口エンド)(C1)を示すフライアスピレーターと、組み立てられたフライアスピレーター(C2)を組み立てるために必要なアイテム。(D)代表的な男性-男性の攻撃的な行動パターン:アプローチ、ウィングスレット、フェンシング、ホールディング、突進、ボクシング、および取っ組み合い。 (E)Fmr1 変異体の雄のハエは、対照と比較して他の雄に対する攻撃的な行動が減少している。 w1118 (対照)と Fmr1 トランスヘテロ接合ハエ(Fmr1Δ113M / Fmr1Δ50M)の社会的に孤立したオスの攻撃的な発作の数を示す箱ひげ図。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

figure-results-2
図2:ソーシャルスペースアッセイアリーナのセットアップ(A)ガラス板とアクリルスペーサーの寸法と配置を示す図。(B)アクリルスペーサーがガラス片の間に挟まれ、下部にフライエントリー用の小さな隙間が残されているアリーナコンポーネントの最終的な配置。ガラス片とスペーサーの間に作られた三角形の空間は、ハエのSSAアリーナであり、ここではハエは2次元でしか動くことができません。(C)チャンバー内にハエがいる最終的なSSAアリーナのセットアップの写真。略語: SSA = ソーシャル スペース配列。(D)ASDモデル(Fmr1トランスヘテロ接合性)のハエは、w1118と比較して、ソーシャルスペースアッセイにおいて互いに距離が増加していることを示している。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

figure-results-3
図3:求愛アリーナと代表的な行動パターン。 (A)求愛アッセイアリーナにおけるディスクの設計と(B)配置を示す図。(C)最終手配後の求愛アリーナの写真。(D)交尾した女性に対する素朴な男性の求愛行動パターンを示す代表的な画像:追いかける、向きを変える、翼のちらつき、舐める、交尾の試み、および交尾。(E)2つのASDモデルにおける求愛指数と交尾の試み数を示すプロット:(E1)w1118対照と比較して、求愛指数と交尾の試みの有意な減少を示すFmr1変異体ハエ。(E2)row knockdown flysは、row-shRNAがmushroom bodyニューロン(MB247-GAL4)で発現する別のASDモデルとして使用されました。列ノックダウン時に求愛行動の大幅な減少が観察されました。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

figure-results-4
(A)円盤または車輪型のアリーナ(図3に示されているのと同じ求愛アリーナ)は、下から均一に照らし出すためのディフューザーを備えたLEDパネルに設置され、ビデオは上からキャプチャされました。これにより、グルーミング中の付属肢の微細な動きを識別するために必要なコントラストが向上します。(B)成体のオスのハエで観察されたグルーミング行動パターンの写真。T1 =1 番目の脚のペア、T2 = 2番目の脚のペア、T3 = 3 番目の脚のペア。直感的な省略された命名法は、Bのグルーミングパターンに使用されます:T1-head =最初の足でこすった頭。T1-T1 = 最初の脚のペアをこすり合わせた、など。略語:LED =発光ダイオード。(C)Fmr1トランスヘテロ接合型ハエで実施されたグルーミングアッセイの結果を示し、w1118と比較したグラフ。Fmr1変異体ハエは、最初のグルーミング試合で有意に遅延が短縮され、対照群と比較してグルーミングが早期に開始されたことを示している。さらに、平均グルーミング試合時間とグルーミング指数はFmr1変異体で有意に増加し、ASDモデルハエの反復行動が強化されたことを示しています。対照的に、グルーミング発作の総数は、対照群と比較して突然変異したハエでは有意に変化しませんでした。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

figure-results-5
図5:嗅覚馴染化とアッセイ後の代表的な結果のための誘導およびアッセイセットアップ (A)バイナリー臭気選択アッセイセットアップの構成要素:(A1)Y迷路、(A2)アダプター、(A3)これら2つの配置、(A4)Y迷路アームの上部に取り付けるための一対のコレクションチューブ、(A5)Y迷路に進む前に空気が泡立つ臭気溶液または水を保持するためのガラス瓶とガラス管。(B)嗅覚慣れの誘導のためのフライフードボトルのセットアップ。漫画の図(B1)は、臭気物質を含むマイクロフュージチューブがボトル内の中央に銅線から吊り下げられている様子を示しています。(B2)最後に、ボトルの開口部を綿で覆い、茶色の紙の封筒で密封します。(C)Y迷路のセットアップ全体の配置の写真。(D)実験終了後の収集室内のハエの分布を示す写真。(D1)ナイーブなハエ(無臭のパラフィンのみに曝露、制御)は嫌悪臭物質(この研究では慣れの誘導に使用される20%エチル酪酸)に対して反発を示し、通常の空気で満たされたY迷路のアームを選択しますが、(D2)露出した(慣れた)ハエは両方のアームに均等に分布します。略語:ID =内径。(E) 列ノックダウンハエの嗅覚順化アッセイの結果は、順応欠陥を示した。野生型(カントンS)のハエは、酪酸エチルに3日間さらされた後、ナイーブなハエと比較してパフォーマンス指数の大幅な低下を示し、慣れを示しています。 LN1-GAL4 x row-shRNAフライの子孫を3日間ばく露した場合、パフォーマンス指数はナイーブフライのそれと有意に異なることは認められませんでした。これは、これらの列ノックダウンハエが匂い物質に3日間さらされても慣れなかったことを示しており、ヒトのASD様症状を再現しています。略語:ASD =自閉症スペクトラム障害;shRNA = ショートヘアピンRNA。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

ディスカッション

ショウジョウバエ は、ハエとヒトの疾患遺伝子との間の遺伝子配列の高度な保存により、ヒトの神経障害の研究のための優れたモデル生物として使用されています9。数多くの堅牢な行動パラダイムにより、ヒトの疾患を再現する突然変異体に現れる表現型を研究するための魅力的なモデルとなっています。自閉症スペクトラム障害(ASD)には何百もの遺伝子が関与しているため、どのモデル生物にも共通のASDモデルは存在しません。したがって、各変異体について、研究者はまずハエのASD様表現型を確立する必要があります。この論文では、そのような評価のために5つのハエ行動パラダイムを協調して使用することを提案することにより、プロセスを合理化することを試みました。これらのパラダイムは、ヒトASD患者の主要かつ一般的に発生する行動障害(社会的およびコミュニケーション障害、反復行動の強化、および慣れ障害)を評価するためにハエで採用されています。ハエの遺伝子変異がこれら5つのパラダイムのすべてまたはほとんどに欠陥を示している場合、それはASDのようなシナリオを強く示している可能性があります。

ここで説明した行動パラダイムのほとんどは、さまざまな研究課題を解決するために以前の文献で複数回使用されてきました。異なる研究間で技術にばらつきが見られることは珍しくありません。手法の微調整は、研究のニーズに一致し、解決される特定の問題の要求に合うように行われました。例えば、求愛アッセイでは、未熟なオス65、処女メス66,67、予め交配されたメス68,69,70、凍結殺された処女メス65、または斬首されたメス19であってもよいテスターフライに向けて、先天的および学習的な求愛行動を定量化することができる.この論文で説明した方法では、野生型の事前交配メスをテスターとして使用して、オスのASDモデルフライの求愛パターンを確認しました。妊娠した女性のsexual受容性は、処女のハエ71のそれよりも比較的低いです。その結果、男性の求愛試合の数とその期間は、処女よりも交尾した女性に向かっています。同様に、交尾までの潜伏期間も処女テスターの女性よりも長く、その場合、早期の交尾は求愛指数の低下につながり、遺伝子型間の効果的な比較の範囲が狭まります。したがって、テスターとしてプレメイトメスを使用すると、ASDフライと野生型フライの求愛行動の比較分析が向上します。一方、処女の雌の使用は、交配された雌が使用されるときに隠される可能性のある追加情報を提供する可能性があります。交尾した女性の使用も、男性の求愛行動に影響を与え、変化させる可能性があります。要するに、研究者は特定の実験の必要性に応じて実験戦略と詳細を選択することが提案されます。

ASD遺伝子の一部またはすべてのハエの相同体にこの技術を適用する前に、ここで注意する必要があります。これらすべての行動パラダイムは、特定の少数のニューロンによって調節されています。特定の遺伝子の発現は、特定の行動パラダイムに進む前に、まず確立されなければなりません。例えば、ASD関連遺伝子のハエ相同体がキノコ体ニューロンまたはグルタミン酸作動性ニューロンで発現していない場合、その変異体では求愛行動およびグルーミング行動は影響を受けない可能性がある。

研究者が注意しなければならないもう一つの点は、欠陥がないからといって、必ずしも突然変異に役割がないわけではないということです。例えば、 Fmr1 変異体を用いたグルーミング行動実験では、グルーミング総試合回数は変異体の方が対照群よりも有意に低くないが、グルーミング指数などの他のパラメータはグルーミング行動に欠陥があることを示している。これは、 Fmr1 変異体における各グルーミング試合の延長によって説明できる可能性があり、その結果、総試合時間がはるかに長いにもかかわらず、総試合数の数が少なくなっています。これは、各行動パターンの複数のパラメーターを定量化する必要性を強調しています。さらに、ASDという用語は、数百の遺伝子のいずれかの変動によって引き起こされる広範な疾患をカバーし、その結果、罹患した個人の間でさまざまな程度の浸透度を持つ不均一な表現型が生じることを覚えておく必要があります。たとえば、慣れ不足は一部の患者で観察されますが、すべての患者で観察されるわけではありません。同じことが、この病気のハエモデルでも予想されます。

攻撃的行動の分析のために、この研究では、突進、翼の脅威、取っ組み合いなど、さまざまなタイプの攻撃的パラメータが考慮されました(図1)30。各試合は、個々の試合タイプまたは合計試合数として識別され、カウントされる必要があります。まず、オスのハエの攻撃性パターン(59,72に記載され、図1に示されている)について理解することが重要です。アグレッシブな試合数を数える際には、1つのアグレッションイベントのスタートポイントとエンドポイントを明確に特定する必要があります。1回の試合で複数のタイプの攻撃パターンが表示され、その後に試合が終了することもあります。攻撃性の試合は、ハエが攻撃的な行動や動きを2秒間示さなくなったり、試合を止めて歩き始めたときに終了したと見なされます。

これらの行動パラダイムのほとんどは、複数の研究所によって説明されている複数のバリエーションと進歩を持っています。それぞれの特定の変更は、特定の目的のニーズを満たすために作成されていました。同様に、自動化されたアルゴリズムベースの定量化または分析技術により、これらの技術は手動エラーの可能性から解放されました。この論文では、最も基本的な手法を最小限の材料要件で実証し、これらの手法を最大数の研究者が簡単に採用して使用できることを願っています。

開示事項

著者には、開示すべき利益相反はありません。

謝辞

慣れと匂い選択アッセイのセットアップを提供してくれたMani Ramaswami氏(NCBS、バンガロール)とBaskar Bakthavachalu氏(IIT Mandi)、アグレッションアッセイに関する貴重な提案をしてくれたPavan Agrawal氏(MAHE)、求愛アッセイチャンバーのプロトタイプとFmr1変異フライラインを共有してくれたAmitava Majumdar氏(NCCS、プネー)、MB247-GAL4ラインを共有してくれたGaurav Das氏(NCCS、プネー)に大変感謝しています。ショウジョウバエ株については、Bloomington Drosophila Stock Center(BDSC、米国インディアナ州)、国立遺伝学研究所(国立遺伝研、京都)、バナーラスヒンドゥー大学(BHU、バラナシ、インド)、国立生物科学センター(NCBS、バンガロール、インド)に感謝します。研究室での研究は、SERB-DST(ECR/2017/002963)からADへの助成金、ADに授与されたDBT Ramalingaswamiフェローシップ(BT/RLF/Re-entry/2016年11月)、およびインドのIITカラグプルからの機関支援によって支援されました。SDとSMは博士号を受け取りますCSIR-Senior Research Fellowshipからフェローシップ。PMは、インドのMHRDから博士号を取得しました。

材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
アグレッションアリーナ:
透明なポリスチレン12 cm x 8 cm x 2 cm. 1つのウェルの直径= 18 cm. Sigma-aldrich #Z707791; 深さ= 1 cm
透明なプラスチック/アクリルシート代替:細胞培養プレートの穴あき蓋
Social Space Assay:
バインダークリップ19 mm
カスタマイズされたサイズの厚さ= 5 mm
求愛アッセイ:
ナットとボルト、カスタマイズされた
のねじ切りパースペックスシートi)蓋:カスタムメイドの丸い透明なパースペックスディスク(厚さ2〜3 mm、直径70 mm)で、周辺領域に1つのローディング穴と中央に別のネジ穴(それぞれ直径~3 mm)があります。ii)中心から等距離にある直径15mmの6〜8個のミシン目を持つ、2番目の透明で厚いパースペックスディスク(厚さ3〜4mm、直径70mm)。iii)ベース:ローディングホールなしを除いて蓋と同じです
グルーミングアッセイ:
拡散ガラスで覆われたLEDパネル10–15ワットの天井に取り付け可能なLEDパネル
HabituationおよびY迷路アッセイ
クライミングチャンバーx2
に接続するための、カスタムメイド、Figure 5A
>Clear試薬ボトルBorosil#1500017
ガス洗浄ストッパーボロシル #1761021
ガラスバイアルOD= 25 mm x 高さ= 85 mm;ホウケイ酸ガラス
臭気物質(酪酸エチル)メルク #E15701
パラフィンワックス(液体)ライトSRL #18211
ローラークランプPolymed #14098
シリコーンチューブOD = 0.6 cm, ID = 0.3 cm; 流量制御用ローラークランプ
真空ポンプ花 #HN-648 (流れ方向の任意の水槽ポンプ手動で反転)
Y迷路ホウケイ酸ガラス
Y字型ガラス管(ホウケイ酸ガラス)カスタムメイド、Figure 5A
での測定一般的なアイテム:
ビデオ再生用の任意のソフトウェア(VLCメディアプレーヤーなど)https://www.videolan.org/vlc/
ビデオデータ分析
フライボトルOD= 60 mm x 高さ= 140 mm; ガラス/ポリプロピレン
フライバイアルOD= 25 mm x 高さ= 85 mm;ホウケイ酸ガラス
グラフパッド プリズムソフトhttps://www.graphpad.com/scientific-software/prism/www.graphpad.com/scientific-software/prism/
ImageJ ソフト
https://imagej.net/downloads タイマー
ビデオカメラ ビデオ録画機能ビデオカメラ ビデオカメラ または携帯電話のカメラが動作します
フライアスピレーター用:
綿吸収剤、オートクレーブパラ
フィルムシグマアルドリッチ #P7793
ピペットチップ200µLまたは1000µL、シリコンチューブの外径にdepedingを選択します
シリコン/ゴムチューブの長さ= 30-50 cm。チューブは無臭
<強くなければなりません>フライフードの組成:
成分(食品1Lの量)
寒天(8 g)SRL #19661(CAS:9002-18-0)
コーンスターチ(80 g)有機、地元調達D
-グルコース(20 g)SRL#51758(CAS:50-99-7)
プロピオン酸 (4 g)SRL # 43883 (CAS: 79-09-4)
ショ糖 (40 g)SRL # 90701 (CAS: 57-50-1)
Tego (メチルパラヒドロキシ安息香酸) (1.25 g)SRL # 60905 (CAS: 5026-62-0)
酵母粉末 (10 g)HIMEDIA # RM027
この研究の実験で使用したフライライン:
野生型(カントンSまたはCS)BDSC #64349
w1118BDSC #3605
w [1118];Fmr1[&デルタ;50M]/TM6B, Tb[+]BDSC # 6930
w[*];Fmr1[&デルタ;113M]/TM6B, Tb[1]BDSC # 67403
MB247-GAL4 (Gaurav Das, NCCS Pune, India)BDSC # 50742
LN1-GAL4NP1227, NPコンソーシアム, Japan
row-shRNABDSC # 25971
製の標準的な24ウェルプレート ガラスシートとアクリルシート形状、Y迷路をエントリーバイアルPerspexホウケイ酸ガラスアダプターでの測定用コンピュータ付き

参考文献

  1. American Psychiatric Association. American Psychiatric Association DSM-5 Task Force Diagnostic and statistical manual of mental disorders: DSM-5TM, 5th ed. , Am. Psychiatr. Publ. Inc. (2013).
  2. Zeidan, J., et al. Global prevalence of autism: A systematic review update. Autism Res. 15 (5), 778(2022).
  3. Lordan, R., Storni, C., De Benedictis, C. A. Autism spectrum disorders: diagnosis and treatment. Autism Spectr Disord. , Exon Publications. (2021).
  4. Horev, G., et al. Dosage-dependent phenotypes in models of 16p11.2 lesions found in autism. Proc Natl Acad Sci USA. 108 (41), 17076-17081 (2011).
  5. Bey, A. L., Jiang, Y. Overview of mouse models of autism spectrum disorders. Curr Protoc Pharmacol. 66 (1), 1(2014).
  6. Fetit, R., Price, D. J., Lawrie, S. M., Johnstone, M. Understanding the clinical manifestations of 16p11.2 deletion syndrome: a series of developmental case reports in children. Psychiatr Genet. 30 (5), 136-140 (2020).
  7. Nicolini, C., Fahnestock, M. The valproic acid-induced rodent model of autism. Exp Neurol. 299, 217-227 (2018).
  8. Tartaglione, A. M., Schiavi, S., Calamandrei, G., Trezza, V. Prenatal valproate in rodents as a tool to understand the neural underpinnings of social dysfunctions in autism spectrum disorder. Neuropharmacology. 159, 107477(2019).
  9. Reiter, L. T., Potocki, L., Chien, S., Gribskov, M., Bier, E. A systematic analysis of human disease-associated gene sequences in Drosophilamelanogaster. Genome Res. 11 (6), 1114-1125 (2001).
  10. Coll-Tane, M., Krebbers, A., Castells-Nobau, A., Zweier, C., Schenck, A. Intellectual disability and autism spectrum disorders "on the fly": Insights from Drosophila. DMM Dis Model Mech. 12 (5), 1-16 (2019).
  11. Tian, Y., Zhang, Z. C., Han, J. Drosophila studies on autism spectrum disorders. Neurosci Bull. 33 (6), 737-746 (2017).
  12. Ueoka, I., Pham, H. T. N., Matsumoto, K., Yamaguchi, M. Autism spectrum disorder-related syndromes: Modeling with Drosophila and rodents. Int J Mol Sci. 20 (17), 1-24 (2019).
  13. Yost, R. T., et al. Abnormal social interactions in a Drosophila mutant of an autism candidate gene: Neuroligin 3. Int J Mol Sci. 21 (13), 1-20 (2020).
  14. Wise, A., et al. Drosophila mutants of the autism candidate gene neurobeachin (rugose) exhibit neuro-developmental disorders, aberrant synaptic properties, altered locomotion, impaired adult social behavior and activity patterns. J Neurogenet. 29 (2-3), 135-143 (2015).
  15. Koemans, T. S., et al. Functional convergence of histone methyltransferases EHMT1 and KMT2C involved in intellectual disability and autism spectrum disorder. PLoS Genet. 13 (10), e1006864(2017).
  16. Tauber, J. M., Vanlandingham, P. A., Zhang, B. Elevated levels of the vesicular monoamine transporter and a novel repetitive behavior in the Drosophila model of fragile X syndrome. PLoS One. 6 (11), e27100(2011).
  17. Iyer, J., et al. Pervasive genetic interactions modulate neurodevelopmental defects of the autism-associated 16p11.2 deletion in Drosophilamelanogaster. Nat Commun. 9 (1), 1-19 (2018).
  18. Palacios-Muñoz, A., et al. Mutations in trpγ, the homologue of TRPC6 autism candidate gene, causes autism-like behavioral deficits in Drosophila. Mol Psychiatry. 27 (8), 3328-3342 (2022).
  19. Hahn, N., et al. Monogenic heritable autism gene neuroligin impacts Drosophila social behaviour. Behav Brain Res. 252, 450-457 (2013).
  20. Stessman, H. A. F., et al. Disruption of POGZ is associated with intellectual disability and autism spectrum disorders. Am J Hum Genet. 98 (3), 541-552 (2016).
  21. Hope, K. A., et al. The Drosophila gene sulfateless modulates autism-like behaviors. Front Genet. 10, 574(2019).
  22. Stessman, H. A. F., et al. Targeted sequencing identifies 91 neurodevelopmental-disorder risk genes with autism and developmental-disability biases. Nat Genet. 49 (4), 515-526 (2017).
  23. Fenckova, M., et al. Habituation learning is a widely affected mechanism in Drosophila models of intellectual disability and autism spectrum disorders. Biol Psychiatry. 86 (4), 294-305 (2019).
  24. Trannoy, S., Chowdhury, B., Kravitz, E. A. Handling alters aggression and "loser" effect formation in Drosophilamelanogaster. Learn Mem. 22 (2), 64-68 (2015).
  25. Anderson, D. J. Circuit modules linking internal states and social behaviour in flies and mice. Nat Rev Neurosci. 17 (11), 692-704 (2016).
  26. Flanigan, M. E., Russo, S. J. Recent advances in the study of aggression. Neuropsychopharmacology. 44 (2), 241-244 (2018).
  27. Sun, Y., et al. Social attraction in Drosophila is regulated by the mushroom body and serotonergic system. Nat Commun. 11 (1), 1-14 (2020).
  28. Nilsen, S. P., Chan, Y. B., Huber, R., Kravitz, E. A. Gender-selective patterns of aggressive behavior in Drosophilamelanogaster. Proc Natl Acad Sci USA. 101 (33), 12342-12347 (2004).
  29. Kravitz, E. A., Fernandez, M. delaP. Aggression in Drosophila. Behav Neurosci. 129 (5), 549-563 (2015).
  30. Chen, S., Lee, A. Y., Bowens, N. M., Huber, R., Kravitz, E. A. Fighting fruit flies: a model system for the study of aggression. Proc Natl Acad Sci USA. 99 (8), 5664-5668 (2002).
  31. Zwarts, L., Versteven, M., Callaerts, P. Genetics and neurobiology of aggression in Drosophila. Fly (Austin). 6 (1), 35-48 (2012).
  32. Mundiyanapurath, S., Certel, S., Kravitz, E. A. Studying aggression in Drosophila (fruit flies). J Vis Exp. (2), e155(2007).
  33. Agrawal, P., Kao, D., Chung, P., Looger, L. L. The neuropeptide Drosulfakinin regulates social isolation-induced aggression in Drosophila. J Exp Biol. 223 (2), 207407(2020).
  34. Wang, L., Dankert, H., Perona, P., Anderson, D. J. A common genetic target for environmental and heritable influences on aggressiveness in Drosophila. Proc Natl Acad Sci USA. 105 (15), 5657-5663 (2008).
  35. Simon, A. F., et al. A simple assay to study social behavior in Drosophila: Measurement of social space within a group. Genes Brain Behav. 11 (2), 243-252 (2012).
  36. Corthals, K., et al. Neuroligins Nlg2 and Nlg4 affect social behavior in Drosophilamelanogaster. Front Psychiatry. 8, 113(2017).
  37. Cao, H., Tang, J., Liu, Q., Huang, J., Xu, R. Autism-like behaviors regulated by the serotonin receptor 5-HT2B in the dorsal fan-shaped body neurons of Drosophilamelanogaster. Eur J Med Res. 27 (1), 1-15 (2022).
  38. Kaur, K., Simon, A. F., Chauhan, V., Chauhan, A. Effect of bisphenol A on Drosophilamelanogaster behavior - A new model for the studies on neurodevelopmental disorders. Behav Brain Res. 284, 77-84 (2015).
  39. Shilpa, O., Anupama, K. P., Antony, A., Gurushankara, H. P. Lead (Pb)-induced oxidative stress mediates sex-specific autistic-like behaviour in Drosophilamelanogaster. Mol Neurobiol. 58 (12), 6378-6393 (2021).
  40. Dockendorff, T. C., et al. Drosophila lacking dfmr1 activity show defects in crcadian output and fail to maintain courtship interest. Neuron. 34 (6), 973-984 (2002).
  41. Andrew, D. R., et al. Spontaneous motor-behavior abnormalities in two Drosophila models of neurodevelopmental disorders. J Neurogenet. 35 (1), 1-22 (2021).
  42. Barradale, F., Sinha, K., Lebestky, T. Quantification of Drosophila grooming behavior. J Vis Exp. (125), e55231(2017).
  43. Qiao, B., Li, C., Allen, V. W., Shirasu-Hiza, M., Syed, S. Automated analysis of long-term grooming behavior in Drosophila using a k-nearest neighbors classifier. Elife. 7, e34497(2018).
  44. Webb, S. J., et al. Toddlers with elevated autism symptoms show slowed habituation to faces. Child Neuropsychol. 16 (3), 255-278 (2010).
  45. Kleinhans, N. M., et al. Reduced neural habituation in the amygdala and social impairments in autism spectrum disorders. Am J Psychiatry. 166 (4), 467-475 (2009).
  46. Ethridge, L. E., et al. Reduced habituation of auditory evoked potentials indicate cortical hyper-excitability in Fragile X Syndrome. Transl Psychiatry. 6 (4), e787-e787 (2016).
  47. McDiarmid, T. A., Bernardos, A. C., Rankin, C. H. Habituation is altered in neuropsychiatric disorders-A comprehensive review with recommendations for experimental design and analysis. Neurosci Biobehav Rev. 80, 286-305 (2017).
  48. Kuiper, M. W. M., Verhoeven, E. W. M., Geurts, H. M. Stop making noise! Auditory sensitivity in adults with an autism spectrum disorder diagnosis: physiological habituation and subjective detection thresholds. J Autism Dev Disord. 49 (5), 2116-2128 (2019).
  49. McDiarmid, T. A., et al. Systematic phenomics analysis of autism-associated genes reveals parallel networks underlying reversible impairments in habituation. Proc Natl Acad Sci USA. 117 (1), 656-667 (2020).
  50. Lyons-Warren, A. M., Herman, I., Hunt, P. J., Arenkiel, B. A systematic-review of olfactory deficits in neurodevelopmental disorders: From mouse to human. Neurosci Biobehav Rev. 125, 110-121 (2021).
  51. Kepler, L. D., McDiarmid, T. A., Rankin, C. H. Habituation in high-throughput genetic model organisms as a tool to investigate the mechanisms of neurodevelopmental disorders. Neurobiol Learn Mem. 171, 107208(2020).
  52. Huang, T. N., Yen, T. L., Qiu, L. R., Chuang, H. C., Lerch, J. P., Hsueh, Y. P. Haploinsufficiency of autism causative gene Tbr1 impairs olfactory discrimination and neuronal activation of the olfactory system in mice. Mol Autism. 10 (1), 1-16 (2019).
  53. Twick, I., Lee, J. A., Ramaswami, M. Chapter 1 - Olfactory habituation in Drosophila-odor encoding and its plasticity in the antennal lobe. Prog Brain Res. 208, 3-38 (2014).
  54. Das, S., et al. Plasticity of local GABAergic interneurons drives olfactory habituation. Proc Natl Acad Sci USA. 108 (36), E646-E654 (2011).
  55. Devaud, J. M., Acebes, A., Ferrús, A. Odor exposure causes central adaptation and morphological changes in selected olfactory glomeruli in Drosophila. J Neurosci. 21 (16), 6274-6282 (2001).
  56. Ayyub, C., Paranjape, J., Rodrigues, V., Siddiqi, O. Genetics of olfactory behavior in Drosophilamelanogaster. J Neurogenet. 6 (4), 243-262 (1990).
  57. Michel, C. I., Kraft, R., Restifo, L. L. Defective neuronal development in the mushroom bodies of Drosophila fragile X mental retardation 1 mutants. J Neurosci. 24 (25), 5798-5809 (2004).
  58. Fernandez, M. P., Trannoy, S., Certel, S. J. Fighting flies: quantifying and analyzing Drosophila aggression. Cold Spring Harb Protoc. 2023 (9), 107985(2023).
  59. Dankert, H., Wang, L., Hoopfer, E. D., Anderson, D. J., Perona, P. Automated monitoring and analysis of social behavior in Drosophila. Nat Methods. 6 (4), 297-303 (2009).
  60. Simon, A. F., et al. Drosophila vesicular monoamine transporter mutants can adapt to reduced or eliminated vesicular stores of dopamine and serotonin. Genetics. 181 (2), 525-541 (2008).
  61. McNeil, A. R., et al. Conditions affecting social space in Drosophilamelanogaster. J Vis Exp. (105), e53242(2015).
  62. Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nat Methods. 9 (7), 671-675 (2012).
  63. Drozd, M., Bardoni, B., Capovilla, M. Modeling Fragile X Syndrome in Drosophila. Front Mol Neurosci. 11, 124(2018).
  64. Trajković, J., et al. Drosophilamelanogaster as a model to study Fragile X-associated disorders. Genes (Basel). 14 (1), 87(2022).
  65. Gailey, D. A., Jackson, F. R., Siegel, R. W. Male courtship in Drosophila: the conditioned response to immature males and its genetic control. Genetics. 102 (4), 771-782 (1982).
  66. Cannon, R. J. C. Drosophila courtship behaviour. Courtship and Mate-finding Insects. , 1-13 (2023).
  67. von Philipsborn, A. C., Shohat-Ophir, G., Rezaval, C. Single-pair courtship and competition assays in Drosophila. Cold Spring Harb Protoc. 2023 (7), 450-459 (2023).
  68. Keleman, K., Krüttner, S., Alenius, M., Dickson, B. J. Function of the Drosophila CPEB protein Orb2 in long-term courtship memory. Nat Neurosci. 10 (12), 1587-1593 (2007).
  69. Koemans, T. S., et al. Drosophila courtship conditioning as a measure of learning and memory. J Vis Exp. (124), e55808(2017).
  70. Fitzsimons, H. L., Scott, M. J. Genetic modulation of Rpd3 expression impairs long-term courtship memory in Drosophila. PLoS One. 6 (12), e29171(2011).
  71. Kubli, E. My favorite molecule. The sex-peptide. BioEssays. 14 (11), 779-784 (1992).
  72. Dierick, H. A. A method for quantifying aggression in male Drosophilamelanogaster. Nat Protoc. 2 (11), 2712-2718 (2007).

再版と許可

タグ

ショウジョウバエ自閉症モデル行動パラダイム社会的空間アッセイ攻撃性アッセイ求愛行動グルーミング行動慣化アッセイ神経発達障害遺伝子ノックダウン反復行動
自閉症スペクトラム障害の ショウジョ ウバエモデルにおける行動評価のパラダイム
お問い合わせ
図書館に推薦する

プライバシー

利用規約

ポリシー

著作権 © 2026 MyJoVE Corporation. 無断転載を禁じます。