Summary

Ongecompliceerd Assay voor de kwantificering van Sociale Avoidance in<em> Drosophila melanogaster</em

Published: December 13, 2014
doi:

Summary

Here, we present a protocol to quantify the avoidance of stressed individuals. This paradigm is powerful yet user-friendly and can be used to assess the influence of genes and environment on one kind of social interaction in Drosophila melanogaster.

Abstract

Drosophila melanogaster is an emerging model to study different aspects of social interactions. For example, flies avoid areas previously occupied by stressed conspecifics due to an odorant released during stress known as the Drosophila stress odorant (dSO). Through the use of the T-maze apparatus, one can quantify the avoidance of the dSO by responder flies in a very affordable and robust assay. Conditions necessary to obtain a strong performance are presented here. A stressful experience is necessary for the flies to emit dSO, as well as enough emitter flies to cause a robust avoidance response to the presence of dSO. Genetic background, but not their group size, strongly altered the avoidance of the dSO by the responder flies. Canton-S and Elwood display a higher performance in avoiding the dSO than Oregon and Samarkand strains. This behavioral assay will allow identification of mechanisms underlying this social behavior, and the assessment of the influence of genes and environmental conditions on both emission and avoidance of the dSO. Such an assay can be included in batteries of simple diagnostic tests used to identify social deficiencies of mutants or environmental conditions of interest.

Introduction

Het doel van deze methode is om gemakkelijk te kwantificeren een nieuw aspect van eenvoudige sociaal gedrag in Drosophila melanogaster, onafhankelijk van verkering en agressie.

Sociale interacties zijn cruciaal voor de goede ontwikkeling en gezondheid van individuen binnen een samenleving, evenals de functionaliteit van een sociale groep als geheel. De hoge complexiteit van deze interacties noodzakelijk grote aantallen individuen en een systeem waarmee vereenvoudiging van het gedrag als de genetische en neurale grondslagen van sociaal gedrag zijn nog slecht begrepen. Drosophila melanogaster is een krachtige genetisch model dat kan worden gebruikt om de genetische identificatie en neurale grondslagen van sociale interacties. Inderdaad, D. melanogaster heeft een repertoire van complex sociaal gedrag en een aantal directe metingen van socialisatie zijn al gedaan 1-7. De meeste van deze pogingen zijn gericht op relatief complex sociaal gedrag, zoals agressive interacties 3,6, diverse aspecten van de hofmakerij 3,8-12, en hoe sociale ervaring beïnvloedt andere gedragingen zoals leren, of circadiane ritme 13-17. Bovendien zijn veel van deze assays afhankelijk analyseren van complexe interactiepatronen groepen van vliegen, met videotracking en software om de resulterende overvloed data te analyseren. Dergelijke analyses zijn van onschatbare waarde, en leiden tot belangrijke nieuwe inzichten, zoals de dynamiek van de fly-fly interacties in groep 7. Een beperking is echter de ontoegankelijkheid van deze testen aan de gemeenschap in het algemeen, en de beperkte kennis van de mechanismen die ten grondslag liggen aan erkenning van anderen. Met andere woorden, is de basis van de emissie van een signaal van een individu en de erkenning ervan door een ander nog steeds slecht begrepen 18.

Het D.: In tegenstelling, vliegen ook een eenvoudige gedrag, sociale vermijding, waar individuen te stappen van een signaal uitgezonden door benadrukte vliegen vertonen Melanogaster Stress Odorant of DSO 19. In een high-throughput assay kan dit gedrag worden gekwantificeerd als het vermijden van een spanning signaal uitgezonden door andere vliegen of sociale vermijden 19. Vliegen is in een T-doolhof apparaat geplaatst en de keuze om een ​​flesje dat DSO voorkomen. Met dit assay, CO 2 bleek een component van de DSO en een deel van de neurale circuits noodzakelijk is om aan CO 2 werd ontleed 19 zijn.

De sociale vermijding test hier gepresenteerde is vergelijkbaar conceptueel de eenvoudige gedrags assays ontwikkeld in Seymour Benzer het laboratorium dat generaties onderzoekers nodig om complexe gedragingen 20 ontleden. Analyse van sociale vermijding kan worden uitgevoerd kosteneffectief behulp van de T-doolhof test, waardoor bredere studie van sociaal gedrag. Bijvoorbeeld met behulp van deze test we onlangs aangetoond dat verschillende genetische risico voor autisme contrasterende effecten in sociale behavior assays. Mutanten voor een kandidaat voor autisme – neurobeachin 21,22 – heden tekortkomingen zowel in de sociale ruimte (elders 23 beschreven) en sociale vermijding 24. Abnormale dopaminerge signalering wordt voorgesteld een rol spelen bij de etiologie van autisme bij mensen 25,26. In tegenstelling tot de resultaten verkregen met neurobeachin, vonden we dat sociale vermijden prestatie was niet beïnvloed door verhoogde of verlaagde niveaus van de Drosophila vesiculaire monoamine transporter (VMAT) in dopaminerge cellen, hoewel sociale ruimte rechtstreeks gecorreleerd met deze niveaus van VMAT 27. De contrasterende resultaten verkregen met neurobeachin en VMAT onderstrepen de mogelijkheid tot identificatie van verschillende vormen van asociaal gedrag en daarmee de verschillende onderliggende neurale circuits moduleren van de respons op anderen.

Protocol

1. apparatuur en reagentia Gemaakt In-house (zie lijst van materiaal voor anderen) Bereid een Drosophila koude anesthesietoestel om vlieg werk uit te voeren. Snijd een poreus polyethyleen blad aan een klein plastic doosje (12,7 cm lang, 10,2 cm breed), meestal de bovenklep van een doos pipetuiteinden (12,7 cm lang, 10,2 cm breed, 3,8 cm diep) te dekken. Vul de doos met crushed ijs, dek af met de poreuze polyethyleen blad. Bereid een T-doolhof apparaat; de inrichting eerd…

Representative Results

De sociale vermijding test is een robuustere kwantificeren het vermogen van Drosophila melanogaster met een stress-signaal herkennen (DSO) uitgezonden door andere vliegen en dus beoordelen één aspect van de sociale interacties. De test wordt uitgevoerd met een inrichting gewoonlijk in verschillende gedrag assays bekend als een T-doolhof, waarbij de vliegen presenteren met een keuze tussen twee mogelijkheden – links of rechts 19,28-31. In dit geval wordt de efficiëntie waarmee de vliegen voorkomen …

Discussion

Dit protocol beschrijft een gedetailleerde procedure voor de sociale vermijding test. Canton-S zal alleen voorkomen dat een flacon waarin vliegt eerder mechanisch geweest benadrukt, en dat seks en het aantal responders heeft geen invloed op dat sociale vermijding prestaties. Echter, de genetische achtergrond van de respondenten heeft een grote invloed.

De volgende zijn een aantal cruciale stappen voor het uitvoeren van dit experiment met succes: 1) altijd de vliegen te dragen 2 uur voor het …

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We thank Rachelle Kanippayoor for her help in identifying the new wild-type strain as being of the melanogaster species. R.W.F, O.F. and A.F.S were responsible for research design; R.W.F, M.N. and O.F. performed the experiments. R.W.F, M.N., O.F. and A.F.S. analyzed the data; R.W.F., I.S.M. and A.F.S. wrote the manuscript.

This work was supported by PSC-CUNY research awards, jointly funded by The Professional Staff Congress and The City University of New York to A.F.S.; by internal funding from Western University to A.F.S. and I.S.M.; by a training support from the National Alliance for Hispanic Health’s Alliance/Merck Ciencia (Science) Hispanic Scholars Program and a University Fellowship from the Yale Graduate School of Arts and Sciences to R.W.F.

Materials

Stereo Zoom Microscope  Nikon   SMZ-645 Any other standard scope for fly handling would work
Small paint brushes  for pushing flies
Porous Polyethylene, 12" x 12" Sheet Flystuff – Genesee 46-100 http://www.flystuff.com/ProductInfo.php?productID=46-100
Porous Plastic sheet for the cold anesthesia box
Mini-Alarm Timer/Stopwatch
 Sharpie pens
Adhesive Tape
Mini vortex Fisher 14-955-151  http://www.fishersci.com/ecomm/servlet/itemdetail
For mechanical agitation of the flies – any vortex would work.
Corning Life Sciences DL No.:352017, Falcon test tube; round bottom; disposable; no closure, 14mL;  17 x 100mm Fisher 14-959-8    http://www.fishersci.com/ecomm/servlet/itemdetail?storeId=10652&langId=-1&catalogId=29104&productId=2771811&distype=0&highlightProductsItemsFlag=Y&fromSearch=1&searchType=PROD&hasPromo=0
These snap in place in the in-house made T-maze and counter-current apparatus (see text)
cotton balls to close the vials after the experiment.
trifold board and white bench cover to provide a white background, and a homogeneous light.
white bench cover
pounding pad any mouse pad works.
large black cloth to cover the counter-current apparatus in phototaxis response.
cool-white light  Home Depot 1000516563 http://www.homedepot.ca/product/illume-26-fluorescent-plug-in-linear/911423
any similar linear light with fluorescent light bulb cool-white at 13-15W would work

Riferimenti

  1. Fry, S. N., Rohrseitz, N., Straw, A. D., Dickinson, M. H. TrackFly: virtual reality for a behavioral system analysis in free-flying fruit flies. J Neurosci Methods. 171, 110-117 (2008).
  2. Slawson, J. B., Kim, E. Z., Griffith, L. C. High-resolution video tracking of locomotion in adult Drosophila melanogaster. J Vis Exp. 24, 1096 (2009).
  3. Dankert, H., Wang, L., Hoopfer, E. D., Anderson, D. J., Perona, P. Automated monitoring and analysis of social behavior in Drosophila. Nat Methods. 6, 297-303 (2009).
  4. Branson, K., Robie, A. A., Bender, J., Perona, P., Dickinson, M. H. High-throughput ethomics in large groups of Drosophila. Nat Methods. 6, 451-457 (2009).
  5. Simon, J. C., Dickinson, M. H. A new chamber for studying the behavior of Drosophila. PLoS One. 5, 8793 (2010).
  6. Wang, L., Dankert, H., Perona, P., Anderson, D. J. Inaugural Article: A common genetic target for environmental and heritable influences on aggressiveness. in Drosophila. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105, 5657-5663 (2008).
  7. Schneider, J., Dickinson, M. H., Levine, J. D. Social structures depend on innate determinants and chemosensory processing in Drosophila. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2, 17174-17179 (2012).
  8. Miyamoto, T., Amrein, H. Suppression of male courtship by a Drosophila pheromone receptor. Nat Neurosci. 11, 874-876 (2008).
  9. Villella, A., Hall, J. C., Jeffrey, C. H. Chapter 3 Neurogenetics of Courtship and Mating in Drosophila. . Advances in Genetics. 62, 67-184 (2008).
  10. Ejima, A., Griffith, L. C. Courtship Initiation Is Stimulated by Acoustic Signals in Drosophila melanogaster. PLoS ONE. 3, 3246 (2008).
  11. Mery, F., et al. Public Versus Personal Information for Mate Copying in an Invertebrate. Current Biology. 19, 730-734 (2009).
  12. Montell, C. A taste of the Drosophila gustatory receptors. Curr. Opin. Neurobiol. 19, 345-353 (2009).
  13. Billeter, J. -. C., Atallah, J., Krupp, J. J., Millar, J. G., Levine, J. D. Specialized cells tag sexual and species identity in Drosophila melanogaster. Nature. 461, 987-991 (2009).
  14. Krupp, J. J., et al. Social experience modifies pheromone expression and mating behavior in male Drosophila melanogaster. Curr Biol. 18, 1373-1383 (2008).
  15. Kent, C., Azanchi, R., Smith, B., Formosa, A., Levine, J. D. Social context influences chemical communication in D. melanogaster males. Curr Biol. 18, 1384-1389 (2008).
  16. Levine, J. D., Funes, P., Dowse, H. B., Hall, J. C. Resetting the Circadian Clock by Social Experience in Drosophila melanogaster. Science. 298, 2010-2012 (2002).
  17. Ganguly-Fitzgerald, I., Donlea, J., Shaw, P. J. Waking Experience Affects Sleep Need in Drosophila. Science. 313, 1775-1781 (2006).
  18. Billeter, J. -. C., Levine, J. D. Who is he and what is he to you? Recognition in Drosophila melanogaster. Curr. Opin. Neurobiol. 23, 17-23 (2013).
  19. Suh, G. S., et al. A single population of olfactory sensory neurons mediates an innate avoidance behaviour in Drosophila. Nature. 431, 854-859 (2004).
  20. Bonini, N. A Tribute to Seymour Benzer 1921-2007. 180, 1265-1273 (2008).
  21. Castermans, D., et al. The neurobeachin gene is disrupted by a translocation in a patient with idiopathic autism. Journal of Medical Genetics. 40, 352-356 (2003).
  22. Medrihan, L., et al. Neurobeachin, a protein implicated in membrane protein traffic and autism, is required for the formation and functioning of central synapses. J Physiol. 587, 5095-5106 (2009).
  23. 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, 243-252 (2012).
  24. Venkatesh, T., et al. . Cold Spring Harbor Meeting: From Molecules to Circuit Behavior. , (2013).
  25. Hamilton, P. J., et al. De novo mutation in the dopamine transporter gene associates dopamine dysfunction with autism spectrum disorder. Mol Psychiatry. 18, 1315-1323 (2013).
  26. Gadow, K. D., et al. Association of dopamine gene variants, emotion dysregulation and ADHD in autism spectrum disorder. Research in Developmental Disabilities. 35, 1658-1665 (2014).
  27. Fernandez, R. W., Akinleye, A. A., Nurilov, M., Rouzyi, Z., Simon, A. F. . , (2014).
  28. Ali, Y. O., Escala, W., Ruan, K., Zhai, R. G. Assaying Locomotor, Learning, and Memory Deficits in Drosophila Models of Neurodegeneration. J Vis Exp. , 2504 (2011).
  29. Connolly, J. B., Tully, T., Roberts, D. B. . Drosophila: A Practical Approach. 1, 265-317 (1998).
  30. Tully, T., Quinn, W. G. Classical-conditioning and retention in normal and mutant Drosophila melanogaster. J Comp Physiol [A]. 157, 263-277 (1985).
  31. Krashes, M. J., Waddell, S. Drosophila Aversive Olfactory Conditioning. Cold Spring Harbor Protocols. 2011, (2011).
  32. Ejima, A., Griffith, L. C., Zhang, B., Freeman, M. R., Waddell, S. Ch. 30. Drosophila Neurobiology, A Laboratory Manual. , 475-481 (2010).
  33. Benzer, S. Behavioral mutants of Drosophila melanogaster isolated by countercurrent distribution. PNAS. 58, 1112-1119 (1967).
  34. Simon, A. F., Shih, C., Mack, A., Benzer, S. Steroid control of longevity in Drosophila melanogaster. Science. 299, 1407-1410 (2003).
  35. Vaux, D. L. Research methods: Know when your numbers are significant. Nature. 492, 180-181 (2012).
  36. Stowers, L., Logan, D. W. Sexual dimorphism in olfactory signaling. Curr. Opin. Neurobiol. 20, 770-775 (2010).
  37. Simon, A. F., Liang, D. T., Krantz, D. E. Differential decline in behavioral performance of Drosophila melanogaster with age. Mechanisms of Ageing and Development. , 127-647 (2006).
check_url/it/52011?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Fernandez, R. W., Nurilov, M., Feliciano, O., McDonald, I. S., Simon, A. F. Straightforward Assay for Quantification of Social Avoidance in Drosophila melanogaster. J. Vis. Exp. (94), e52011, doi:10.3791/52011 (2014).

View Video