يقيس قياس Flypub السلوكيات التي تعرضها ذبابة الفاكهة Drosophila melanogaster تحت تأثير الإيثانول. يمكن أن يتقن الفحص بسهولة من قبل المجربين على جميع المستويات وتطبيقها على مختلف المحفزات المتبخرة ، مما يسهل تعاطي المخدرات ودراسات الإدمان.
اضطراب تعاطي الكحول (AUD) لا يزال مشكلة خطيرة في مجتمعنا. لتطوير تدخلات فعالة للإدمان ، من المهم فهم الآليات العصبية البيولوجية الأساسية ، والتي تحتاج إلى نهج تجريبية متنوعة وأنظمة نموذجية. المكون الرئيسي للمشروبات الكحولية هو الإيثانول ، والذي يسبب تغييرات التكيفية في الجهاز العصبي المركزي والسلوك عند المدخول المزمن. التوعية السلوكية (أي الاستجابات المتصاعدة) على وجه الخصوص تمثل تغييرًا رئيسيًا في التكيف يقوم عليه الإدمان. وقد أجريت معظم الدراسات التوعية السلوكية الناجمة عن الإيثانول في النماذج الحيوانية على تأثير تنشيط locomotor من الإيثانول. ومن الآثار البارزة للإيثانول تثبيط السلوك. ومع ذلك، فإن التوعية السلوكية لتأثير تثبيط الإيثانول ممثلة تمثيلاً ناقصاً. لمعالجة هذه المسألة، وضعنا القول Flypub التي تسمح قياس الزيادة المتصاعدة في أنشطة المغازلة المثبطة على التعرض الإيثانول المتكررة في drosophila melanogaster. هنا ، نقوم بالإبلاغ عن القول السريع التدريجي بما في ذلك تجميع غرف التعرض للإيثانول ، وإعداد محطة القياس ، ومعايير رعاية الذبابة وجمعها ، وتسليم الإيثانول ، والتقدير الكمي لأنشطة المغازلة المثبطة ، ومعالجة البيانات والتحليل الإحصائي. كما يتم توفير كيفية استكشاف الأخطاء وإصلاحها الخطوات الحرجة، والتغلب على القيود وتوسيع فائدتها لتقييم السلوكيات الإضافية الناجمة عن الإيثانول. سوف القول Flypub في تركيبة مع أدوات وراثية قوية في drosophila melanogaster تسهيل مهمة اكتشاف آلية الكامنة وراء التوعية السلوكية الناجمة عن الإيثانول.
الكحول هي واحدة من المخدرات الأكثر سهولة والمستهلكة على نطاق واسع في العالم. لديها احتمال كبير لسوء الاستخدام والإدمان. ومع ذلك، فإن الآلية التي تقوم عليها هذه العملية لا تزال مفهومة تماما. الإيثانول يحفز تثبيط، والنشوة، وضعف الإدراك، فرط النشاط، وفقدان التحكم الحركي والرضاعة في الديدان1،ذباب الفاكهة1،2،23،3الفئران4،الفئران5 والبشر6،مما يشير إلى المكونات العصبية البيولوجية المشتركة التوسط آثار الإيثانول من اللافقاريات إلى الثدييات بما في ذلك البشر. تناول الإيثانول المزمن يسبب التكيفات العصبية والتعديلات السلوكية التي تكمن وراء AUD. واحدة من التعديلات هي التوعية السلوكية التي تعرف بأنها الاستجابة المعززة مع التجارب المتكررة من الإيثانول7،8،9 أو غيرها من المواد الإدمانية10،11،12.
على مر العقود ، ركزت الدراسات على التوعية السلوكية الناجمة عن الإيثانول (EIBS) على التأثير المحفز للمحرك ، والذي يستخدم كوكيل لاستجابة بهيجة7،8،9،13. على سبيل المثال ، الفئران أو الفئران المتكررة (كل 24 ، 48 أو 72 ح) إدارة الإيثانول عرض النشاط الحركي المعزز كما يقاس سرعة المشي8،14،1515،16،1717،18،19،20،21. وبالمثل، فإن ذباب الفاكهة يتعرض للتعرض الثاني لبخار الإيثانول 4 ساعة بعد التعرض الأول عرض استجابة locomotor المحسنة كما تقاس سرعة المشي وكذلك22. في حين لا تتوفر معلومات عن الآلية الكامنة وراء EIBS لتأثير محفز ة للمركبات في ذباب الفاكهة ، كشفت الدراسات في الفئران والجرذان عن المكونات الجزيئية والإشارات (على سبيل المثال ، الدوبامين والغلوتامات وأنظمة GABA) وكذلك الركائز العصبية والدائرة (على سبيل المثال ، منطقة tegmental البطنية ، النواة accumbens ، amygdala والقشرة الجبهية) التي تلعب أدوارًا رئيسية لـ EIBS6،9،23.
التثبيط هو تأثير رئيسي من الإيثانول ويؤدي إلى مظاهر السلوكيات التي عادة ما تكون مقيدة. يتم ممارسة تأثير تثبيط على الوظائف الحركية والعاطفية والاجتماعية والجنسية والمعرفية ، والتي قد تؤدي إلى السلوك الجنسي غير اللائق ، والعدوان اللفظي أو البدني والأفعال المتهورة في البشر والنماذج الحيوانية24،25،26،27،28،29. وقد تم التحقيق في تثبيط الإيثانول الناجم ة في النماذج الحيوانية للدراسات الميكانيكية وأنها تشمل الاندفاع الحركي والعدوان في القوارض والقرود وكذلك تثبيط الأعلاف في الديدان6,9,24,28,29,30. لقد أثبتنا أن ذباب الفاكهة يظهر السلوك الجنسي المثبط تحت تأثير الإيثانول31. على وجه التحديد، الذكور البرية من نوع الذباب نادرا ما البلاط الذكور الآخرين دون الإيثانول31 وعندما يفعلون ذلك، كورتس ترفض بنشاط مغازلة الذكور. تحت تأثير الإيثانول، ومع ذلك، الذباب الذكور تظهر المزيد من المغازلة تجاه الذكور الآخرين والمغازل تظهر أقل الرفض، مما أدى إلى تعزيز المغازلة بين الذكور عموما. وتجدر الإشارة إلى أن الذباب يطور التوعية السلوكية لتأثير تثبيط التثبيط على التعرض المتكرر للإيثانول ، والذي يعمل كنظام فريد لدراسة EIBS31،32.
في هذا التقرير، ونحن نصف كيفية إعداد وتنفيذ واستكشاف الأخطاء وإصلاحها وتحليل القول Flypub والبيانات لدراسة تثبيط الإيثانول الناجم عن والحساسية في ذبابة الفاكهة Drosophila melanogaster. لتوفير فائدته وفعاليته، اختبرنا البرية من نوع كانتون-S (CS؛التحكم في سلالة الذباب) جنبا إلى جنب مع الذباب ناقص في الثيامين α هيدروكسيلاز (tβh) التي توليف octopamine (الزراعة السبوة). OA هو المموّل العصبي الرئيسي في اللافقاريات33،34 ويلعب دورا رئيسيا في تطوير التسامح الإيثانول في الذباب22. ونحن نبلغ هنا لأول مرة أن OA مهم لـ EIBS.
في هذا التقرير، قمنا بوصف الإعداد والبروتوكول التفصيلي للوصف Flypub. طريقة جديدة لقياس كيفية التعرض المتكرر للإيثانول يؤدي إلى تثبيط المغازلة والتوعية السلوكية. على الرغم من أن القول Flypub بسيط نسبيًا ، تتطلب عدة خطوات الرعاية والاهتمام لضمان نتائج موثوقة. أولاً ، يجب أن يكون الذباب للاختبار مصطبغًا تمامًا (أي الذباب البالغ المتطور بالكامل) ، صحيًا وسليمًا. يمكن أن تؤثر التشوهات أو الأضرار خاصة في أجنحتهم أو أرجلهم على قدرة الذكر على المحكمة. ثانياً، عصر الذبابة مهم ويجب أن يكون متطابقاً بين مجموعات التحكم والتجريبية (العمر الأمثل: 3-5 أيام من العمر عند التعرض للإيثانول 1). أسبوعين وكبار السن الذباب الذكور البرية تميل إلى عرض مستويات مرتفعة من المغازلة المثبطة31. وبالتالي، فإن مطابقة العمر السليم للذباب قيد الدراسة أمر ضروري لتجنب النتائج المتغيرة. ثالثا، رقم يطير لكل حانة أمر حيوي (الأمثل: 33 لكل حانة). يمكن أن تحرف أرقام الطيران المنخفضة أو الأعلى لكل حانة درجات المغازلة بشكل كبير (لا تظهر البيانات). رابعا، غرف Flypub تحتاج إلى وحدات تخزين متطابقة كما هو موضح في الشكل 2B. وهذا يضمن أن الذباب تلقي بخار الإيثانول بشكل متزامن والسلوكيات أثار متسقة. خامسا، من الضروري تسجيل فيديو واضح وتسجيل دقيق للمغازلة. يعتمد هذا البروتوكول بشكل كبير على الملاحظات السلوكية ، لذا فإن التقيد الدقيق ببروتوكول تسجيل المغازلة الموحد أمر أساسي لتقليل النتائج غير المتسقة. وأخيراً، يوصى بشدة بأن يتم تنفيذ كل من التعرض للإيثانول وخطوات تسجيل المغازلة بشكل أعمى، حيث لا يكون المجرب على علم بالأنماط الجينية للذبابة أو العلاجات التجريبية، وبالتالي منع التحيز التجريبي.
إن ّ مُقاة Flypub لها مزايا متعددة. أولاً، يمكن اختبار مجموعات متعددة من الذباب ومقارنتها في وقت واحد. ثانياً، أنها غير مكلفة وسهلة الإعداد وسهلة التعلم، مما يجعلها قابلة للغاية للتجارب على جميع المستويات بما في ذلك الابتدائية من خلال طلاب المدارس الثانوية والجامعية والدراسات العليا، والدراسات العليا والكليات والكليات، فضلا عن تدريس المختبرات ذات المساحة المحدودة والميزانيات. ثالثا، يمكن استخدامه لقياس السلوكيات الإضافية مثل التودد تثبيط الذباب الإناث وتأثير مهدئ من الإيثانول أو المهدئات الأخرى لتقييم الحساسية الأولية وتطوير التسامح والصيانة31،32. معا، Flypub هو طريقة متعددة الاستخدامات لدراسة ميزات متنوعة من AUD.
القيد الرئيسي للاقافية Flypub هو نظام التهديف المغازلة الصارمة والشاقة. سلوك المغازلة تحت تأثير الإيثانول ديناميكي للغاية بطريقة تتراوح مدة المغازلة من أقل من ثانية إلى عدة دقائق والذباب المنخرط في المغازلة يتغير بشكل متكرر. تم تطوير نظام التسجيل المعروض هنا لدمج هذه الطبيعة الديناميكية وتوفير درجات متسقة على التعرض للإيثانول الفردية لنوع جينويوم معين31،32. وكما لوحظ في البروتوكول، فإن نشاط المغازلة يُسجل يدوياً، وهو أمر يستغرق وقتاً طويلاً. وقد تم تطوير العديد من برامج التسجيل الآلي لتسهيل الفحص السلوكي عالي الإنتاجية غير المتحيز وكلها تعتمد على حركات الذباب الفرديةومواقعها 39، 40،41،,42،43،44،45.41 كما حاولنا تطوير برنامج كمبيوتر لحساب نشاط المغازلة تلقائيًا، ولكننا لم نتمكن من الحصول على نتائج متسقة وموثوقة. يمكن أن يكون هذا يرجع إلى حقيقة أن التهديف السلوكي يتضمن خطوات مغازلة متعددة (أي ، بعد ، تمديد الجناح من جانب واحد ، الانحناء البطني وتصاعد)35،36،46 من الذباب متعددة في وقت واحد. وحتى مع هذا القيد، ينبغي أن يكون المجرب الذي يُدرَب تدريباً كافياً قادراً على قياس سلوكيات المغازلة الناجمة عن الإيثانول باتساق ودقة. ومع ذلك، سيكون من الأهمية والمساعدة الكبيرة اعتماد التعلم الآلي أو الخوارزميات المتقدمة الأخرى كمتابعة.
على غرار نماذج القوارض ، ركزت الدراسات على الإيثانول في نموذج الذبابة إلى حد كبير على تأثيرات تحفيز ومهدئ ة للإيثانول. وFlypub القول ومع ذلك, التدابير التودد تثبيط, نوع من تثبيط المعرفي الذي هو رواية31,,32. لذلك ، يمكن أن تساعد Flypub في توضيح اللاعبين الجزيئيين والمسارات الخلوية والدوائر العصبية بالإضافة إلى عوامل الخطر (مثل العمر أو النوم أو النظام الغذائي أو البيئة الاجتماعية) الحرجة للتثبيط السلوكي والتوعية. لقد أثبتنا سابقا أن إشارات الدوبامين مطلوبة لـ EIBS ، وهو ما يتماشى مع النتائج في نماذج القوارض والموضوعات البشرية6،9،31. أيضا كدليل على المفهوم، درسنا tαh متحولة تفتقر إلى OA (النظير اللافقاري من النورادرينالين) ووجدنا أن OA مهم أيضا للتوعية السلوكية لتأثير تثبيط الإيثانول على الرغم من مساهمتها صغيرة نسبيا بالمقارنة مع الدوبامين31. هذه النتيجة هي على النقيض من ملاحظة Scholz47 أن tαh الذباب متحولة تظهر أي ضعف واضح في التوعية لتأثير تنشيط locomotor الإيثانول47. وهذا يشير إلى مسارات جزيئية وخلوية وعصبية متميزة تُسْلِّط بالتوعية السلوكية للتثبيط مقابل التنشيط الحركي. وينبغي أن تزيد دراسات المتابعة من التعاون مع هذا المفهوم المحير.
باختصار، فإن Flypub هي طريقة منخفضة التكلفة ومتعددة الأوجه وفعالة للتحقيق في الاستجابات السلوكية للإيثانول، وخاصة تثبيط التثبيط والتوعية السلوكية، التي قد تساعد في تعزيز فهمنا لAUD وتوفير نظرة ثاقبة للتدخلات الفعالة لهذا الاضطراب المزمن.
The authors have nothing to disclose.
تم دعم هذا العمل من قبل NIAAA 1R15AA020996 ، NIMH R21MH109953 ، مؤسسة أبحاث الدماغ والسلوك NARSAD ، وNIMHD 2G12MD007592 المنح العنقودية NMD. كما أننا ممتنون لبرنامج RISE الممول من المعاهد القومية للصحة (NIGMS 5R25GM069621) لدعم NMD و CMS ، وبرنامج UTEP COURI-تجاوز لدعم NMD ، وبرنامج MARC الممول من المعاهد القومية للصحة (NIGMS 2T34GM008048-31) لدعم AA ، وزمالة الدكتور كيلونغ هونغ للدراسات العليا لدعم EBS. نحن نقدر كثيرا قسم الاتصالات UTEP: دارلين باراخاس، كريستيان ريفيرا، كارينا مورينو، خوسيه لويا فرنانديز وقسم الموسيقى: ستيفن أ. حداد لمساعدتهم في إنتاج الفيديو والصوت. وأخيرا، نحن ممتنون جدا للدكتور أندرياس ثوم لتقاسم tαh متحولة في خلفية كانتون-S جنبا إلى جنب مع التحكم كانتون-S الذباب; وجيسيكا Burciaga لمساهمتها القيمة في الدراسات الأولية على octopamine وأعضاء مختبر هان للمناقشة والدعم.
95 % Ethanol | VWR Chemicals | BDH1158-4LP | |
Canton-S | – | – | wild-type strain used as a control |
Copy stand with arms | Kaiser | 205411 | model RS 2-XA, with one central arm and two lateral arms; to set up a flypub station |
Cotton rounds | Swisspers | COT-027 | to deliver ethanol |
Excel | Microsoft | – | to analyze data; any worksheet or spreadsheet software can be used |
Fluorescent light bulb | Lights of America | 7108N | maximum (120 V-70 W Max.); to illuminate the flypub station |
Microsoft LifeCam software | Microsoft | – | version 3.60; to videotape flypubs |
Microsoft LifeCam Studio | Microsoft | Q2F-00013 | 1080P HD sensor; to videotape flypubs |
Minitab 17 | Minitab | – | version 17; to conduct statistical analysis; any statistical analysis software can be used |
Nylon mesh sheet | Sefar Nitex | – | model B0043D1TVY, opaque white, 200 microns mesh; to make a flypub |
Petri dishes | Falcon | 08-757-100A | 35 x 10 mm; to deliever ethanol |
Plastic funnel – mid size | Fisher scientific | 10-348A | 65 mm diameter and 67 mm height; to transfer sedated flies from a flypub into a food vial |
Plastic funnel – small | Fisher scientific | 07-202-121 | 4 mm diameter and 46 mm height; to transfer flies from a vial into a flypub |
Polycarbonate sheet | Lexan | – | 0.762 mm thickness, clear, 610 x 1220 mm Nominal; to make a flypub |
Round-bottom bottle | Fisher scientific | AS115 | polypropylene, 103 mm height, 60 mm diameter and 177 ml capacity; to make a flypub |
Soldering iron | Weller | WES51 | to make a hole in a flypub |
Time code | – | – | .smi file, a subtitle ticking timecode created in Han lab; to monitor time during courtship scoring; any time subtitles may be used |
Tyramine b hydroxylase (tbh) | – | – | mutant fly strain (nM18 null allele)deficient in tbh in the wild-type Canton-S background ; obtained from Dr. Andreas Thum (University of Leipzig, Leipzeig, Germany) |
VLC media player | VideoLAN | – | version 3.0.8; any media player can be used to score courtship |