השיטת Flypub מודדת את ההתנהגויות שבהן מציג הפרי את מלאנוזופילה מלוגסטר תחת השפעת האתנול. ניתן לשלוט בקלות על ידי הניסויים בכל הרמות וליישם גירויים שונים, הקלה על שימוש בסמים ולימודי התמכרות.
הפרעת אלכוהול בשימוש (AUD) נותרה בעיה רצינית בחברה שלנו. כדי לפתח התערבויות אפקטיביות להתמכרות, חשוב להבין את המנגנונים הנוירויולוגיים הבסיסיים, שעבורם יש צורך בגישות נסיוניות ומערכות מודל מגוונות. המרכיב העיקרי של משקאות אלכוהוליים הוא אתנול, אשר גורם שינויים גמישים במערכת העצבים המרכזית והתנהגות על צריכת כרונית. רגישות התנהגותית (כלומר, הסלמה תגובות) במיוחד מייצגת שינוי מפתח אדפטיבית התמכרות. רוב האתנול המושרה לימודי התנהגותיות במודלים בעלי חיים נערכו על ההשפעה locomotor הפעלה של אתנול. השפעה בולטת של אתנול היא ביטול עכבה התנהגותית. לעומת זאת, רגישות התנהגותית להשפעה של אתנול, עם זאת, אינה מיוצגת. כדי לטפל בבעיה זו, פיתחנו את הטיפול של Flypub המאפשר למדוד את העלייה הסלמה בפעילויות חיזור disinhibited על חשיפת אתנול חוזר ב Drosophila ילה melanogaster. כאן, אנו מדווחים על שיטת הפעולה צעד אחר צעד Flypub כולל הרכבה של תאי חשיפה האתנול, ההתקנה של תחנת הטיפול, קריטריונים עבור לטוס לטפל ואיסוף, אתנול משלוח, קוונפיקציה של פעילויות חיזור disinhibited, עיבוד נתונים וניתוח סטטיסטי. כמו כן מסופק כיצד לפתור שלבים קריטיים, להתגבר על מגבלות ולהרחיב את כלי השירות שלה כדי להעריך התנהגויות נוספות המושרה אתנול. שיטת Flypub בשילוב עם כלים גנטיים רבי-עוצמה ב- Drosophila ילה melanogaster יקל על המשימה של גילוי המנגנון הבסיסי המושרה אתנול התנהגותי רגישות.
אלכוהול הוא אחד התרופות הזמינות והנפוצות ביותר בעולם. יש לו פוטנציאל גבוה לשימוש לרעה והתמכרות; עם זאת, המנגנון שבבסיס תהליך זה נשאר ברור לחלוטין. אתנול מעורר ביטול עכבה, אופוריה, ליקוי קוגניטיבי, היפראקטיביות, אובדן שליטה מוטורית והרגעה בתולעים1, פירות זבובים1,2,3, עכברים4, חולדות5 ובני אדם6, המציין רכיבים נוירוביולוגי נפוצות תיווך ההשפעות של אתנול מיצורים חסרי חוליות ליונקים כולל בני אדם. צריכת אתנול כרונית גורמת לעיבודים עצביים ושינויים התנהגותיים שאינם משקרים AUD. אחד העיבודים הוא רגישות התנהגותית המוגדרים כתגובה מורחבת עם חוויות חוזרות של אתנול7,8,9 או חומרים ממכרים אחרים10,11,12.
במהלך העשורים, המחקרים על השפעות ההתנהגות המושרה אתנול (eibs) התמקדו השפעה locomotor מגרה, אשר משמש כפרוקסי לתגובה אופוריה7,8,9,13. לדוגמה, חולדות או עכברים על חוזר (כל 24, 48 או 72 h) מינהל אתנול להציג את פעילות locomotor מורחבת כפי שנמדד על ידי מהירות הליכה8,14,15,16,17,18,19,20,21. באופן דומה, זבובים הפרי חשופים החשיפה השנייה אדי אתנול 4 h לאחר החשיפה הראשונה את התגובה locomotor משופרת כפי שנמדד על ידי מהירות הליכה כמו גם22. בעוד מידע לא זמין על המנגנון הבסיסי eibs לאפקט מגרה locomotor בזבובי פירות, המחקרים בחולדות ועכברים חשפו את הרכיבים המולקולריים והאותות (לדוגמה, הדופמין, גלוטמט ומערכות הנגבה), כמו גם מצעים עצביים ומעגל (לדוגמה, האזור tegmental הגחוני, הגרעין accumbens, אמיגדלה וקליפת המוח) המשחק תפקידים עיקריים עבור eibs6,9,23.
ביטול העכבה הוא השפעה גדולה של אתנול ומובילה לביטוי של התנהגויות שבדרך כלל מוגבלות. האפקט הבלתי מעורער מופעל על פונקציות מוטוריות, רגשיות, חברתיות, מיניות וקוגניטיביות, שעלולות לגרום להתנהגות מינית בלתי הולמת, תוקפנות מילולית או פיזית ומעשים אימפולסיבית בבני אדם ובדגמי בעלי חיים24,25,26,27,28,29. ביטול ביטול האתנול המושרה נחקר בדגמי בעלי חיים למחקרים מכניסטיים והם כוללים אימפולסיביות מוטוריים ותוקפנות אצל מכרסמים וקופים וכן ביטול ביטול מזון בתולעים6,9,24,28,29,30. הדגמנו כי זבובי פירות להראות disinhibited התנהגות מינית תחת השפעת אתנול31. במיוחד, זכרים מסוג פראי זבובים מבית המשפט לעתים רחוקות גברים אחרים ללא אתנול31 וכאשר הם עושים, האדיבות לדחות גברים החיזור. תחת השפעת האתנול, עם זאת, זבובים זכרים להראות חיזור יותר לקראת זכרים אחרים התערוכה דחייה פחות, וכתוצאה מכך חיזור הכוללת משופרת הבין גברים. בעיקר, זבובים לפתח רגישות התנהגותית לאפקט ביטול על השפעת אתנול חוזר, אשר משמש מערכת ייחודית ללמוד eibs31,32.
בדוח זה, אנו מתארים כיצד להגדיר, לבצע, לפתור ולנתח את שיטת Flypub ונתונים כדי ללמוד אתנול המושרה והרגישות של הפרי זבוב Drosophila ילה melanogaster. כדי לספק את השירות ואת האפקטיביות שלה, בדקנו את מסוג פראי -S קנטון (CS; בקרת לעוף להתאמץ) יחד עם זבובים לקויה tyramine β הידרוקסילז (tβh) כי בגדלים שונים אוקטואמין (OA). OA הוא כינוי עצבי מרכזי בחסרי חוליות33,34 ומשחק תפקיד מרכזי בהתפתחות של סובלנות אתנול בזבובים22. אנו מדווחים כאן בפעם הראשונה כי OA חשוב EIBS.
בדוח זה, תיארנו את ההתקנה ואת הפרוטוקול המפורט של הגדרת הארגון של Flypub; שיטה הרומן למדוד כיצד חשיפה אתנול חוזר מעורר disinhibited חיזור ורגישות התנהגותית. למרות השיטת Flypub היא פשוטה יחסית, מספר צעדים דורשים טיפול ותשומת לב כדי להבטיח תוצאות אמינות. ראשית, זבובים לבדיקה חייב להיות פיגמנט מלא (כלומר, מפותח לגמרי זבובים), בריא ושלמים. עיוותים או נזק במיוחד בכנפיים או ברגליים יכולים להשפיע על יכולתו של הזכר לבית המשפט. שנית, גיל לטוס הוא חשוב ויש להתאים בין קבוצות שליטה וניסיוני (גיל אופטימלי: 3-5 ימים בחשיפה לאתנול 1). שבועיים ומעלה פראי סוג זבובים הזכרים נוטים להציג את רמות גבוהות של חיזור disinhibited31. כך, הגיל המתאים התאמה של זבובים במחקר חיוני כדי למנוע תוצאות משתנה. שלישית, מספר הטיסה לכל פאב חיוני (אופטימלי: 33 לכל פאב). מספרי הטיסה הנמוכים או הגבוהים ביותר לכל פאב יכולים להטות באופן משמעותי את ציוני החיזור (נתונים לא מוצגים). רביעית, מלון Flypub צ’יימברס צריך להיות בעלי כרכים זהים כפי שמודגם באיור 2B. הדבר מבטיח כי זבובים יקבלו אדי אתנול באופן סינכרוני והתנהגויות המועלות עקביות. חמישית, הקלטת וידאו ברורה וניקוד מדויק של חיזור הם חיוניים. פרוטוקול זה תלוי במידה רבה על תצפיות התנהגותיות, כל כך מוקפד הקפדה על פרוטוקול הניקוד הסטנדרטי מהווה בסיסי כדי למזער תוצאות לא עקביות. לבסוף, מומלץ מאוד לבצע את החשיפה של האתנול ואת צעדי החיזור באופן עיוור, כאשר ניסוי ניסיוני אינו מודע לזבובים או לטיפולים ניסיוניים, ובכך מונע הטיה ניסיונית.
לשיטת Flypub יש יתרונות רבים. ראשית, ניתן לבדוק קבוצות מרובות של זבובים ולהשוותו בו. שנית, זה זול, פשוט להתקנה וקל ללמוד, מה שהופך אותו נוח מאוד לניסויים בכל הרמות כולל יסודי באמצעות התיכון, סטודנטים לתואר ראשון ולתארים מוסמכים, פוסט-דוקטורנטים והוראה, כמו גם מעבדות ההוראה עם מרחב מוגבל תקציבים. שלישית, זה יכול להיות מנוצל כדי למדוד התנהגויות נוספות כגון disinhibited חיזור של זבובים נקבה ואת השפעת הרגעה של אתנול או הרגעה אחרים כדי להעריך רגישות ראשונית ופיתוח עמידות ותחזוקה31,32. ביחד, Flypub הוא שיטה רב-תכליתית ללמוד תכונות מגוונות של AUD.
המגבלה העיקרית של שיטת Flypub הוא משטר הניקוד קפדני ומפרך. התנהגות החיזור תחת השפעת האתנול הוא דינמי מאוד באופן שמשך החיזור נע בין פחות משנייה אחת לכמה דקות והזבובים העוסקים בחיזור משתנים לעתים קרובות למדי. המשטר הבקיע הציג כאן פותחה כדי לשלב את הטבע הדינמי הזה כדי לספק ציונים עקביים על חשיפות אתנול בודדים עבור גנוטיפ נתון31,32. כפי שצוין בפרוטוקול, פעילות החיזור הוא הבקיע באופן ידני, וזה זמן רב. מספר תוכניות הניקוד האוטומטי פותחו כדי להקל על ההקרנה משוחדת התנהגותי גבוהה תפוקה וכולם אשר להסתמך על בודדים זבובים ‘ תנועות ומיקומים39,40,41,42,43,44,45. ניסינו גם לפתח תוכנת מחשב כדי לספור באופן אוטומטי את פעילות החיזור אך לא היתה אפשרות להשיג תוצאות עקביות ואמינות. זה יכול להיות בגלל העובדה שניקוד התנהגותי כולל שלבי חיזור מרובים (כלומר, בעקבות, הארכה כנף חד צדדית, כיפוף בטן והרכבה)35,36,46 של זבובים מרובים בבת אחת. גם עם מגבלה זו, הניסויים עם הכשרה נאותה צריך להיות מסוגל לכמת את התנהגויות חיזור המושרה האתנול עם עקביות ודיוק. עם זאת, זה יהיה לעזר רב וחשיבות לאמץ למידה ממוחשבת או אלגוריתמים מתקדמים אחרים כטיפול.
בדומה מודלים מכרסם, המחקרים על אתנול במודל לטוס יש התמקדו במידה רבה על הlocomotor של אתנול השפעות הרגעה. שיטת flypub עם זאת, מדדים disinhibited חיזור, סוג של היפוביטול קוגניטיבית שהוא הרומן31,32. לכן, Flypub יכול לסייע להבהיר את השחקנים המולקולריים, מסלולים סלולריים ומעגלים עצביים, כמו גם גורמי הסיכון (למשל, גיל, לישון, דיאטה או סביבה חברתית) קריטי עבור ביטול התנהגות התנהגותי ורגישות. יש לנו בעבר הפגינו כי דופמין איתות נדרש עבור eibs, אשר בקנה אחד עם הממצאים של דגמי מכרסמים ונושאים אנושיים6,9,31. גם כהוכחה של המושג, בדקנו את מוטציה tβh חסר OA (המקבילה חסרי חוליות של norepinephrine) ומצא oa הוא גם חשוב לרגישות התנהגותית להשפעה של האתנול למרות התרומה שלה הוא קטן יחסית לעומת זה של דופמין31. ממצא זה הוא בניגוד להתבוננות על ידי שסץ47 כי tβh מוטציה זבובים התערוכה אין ליקויים ברורים ברגישות locomotor ההפעלה של אתנול אפקט47. זה מציע ברורים מולקולרית, מסלולים סלולריים ועצביים למדיזציה התנהגותית לעומת הlocomotor הפעלה. מחקרים מעקב צריכים לשתף פעולה ברעיון מפתה זה.
לסיכום, Flypub הוא שיטה בעלות נמוכה, רבת פנים ויעילה כדי לחקור את התגובות התנהגותיות לאתנול, במיוחד ביטול ורגישות התנהגותית, זה עשוי לעזור לקדם את ההבנה שלנו של AUD ולספק תובנה התערבויות יעיל עבור הפרעה כרונית זו.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכת על ידי NIAAA 1R15AA020996, NIMH R21MH109953, המוח & התנהגות קרן מחקר NARSAD, ו NIMH 2G12MD007592 מענקים אשכול NMD. אנחנו גם אסירי תודה על תוכנית העלייה NIH במימון (כלומר 5R25GM069621) עבור תמיכה NMD ו-CMS, התוכנית UTEP קורא-לעלות תמיכה NMD, ממומן במימון התוכנית מארק (2T34GM008048-31) עבור תמיכה AA, ואת ד ר. Keelung הונג בוגר מלגת תמיכה בס. אנו מעריכים מאוד את מחלקת התקשורת UTEP: דרלין בראחס, כריסטיאן ריברה, קארינה מורנו, חוסה לויה פרננדז והחוג למוסיקה: סטפן חדד על עזרתם בהפקה וידאו וקול. לבסוף, אנו מודים מאוד לד ר אנדריאס Thum על שיתוף מוטציה tβh ב קנטון-s הרקע יחד עם השליטה של קנטון-s זבובים; ו ג’סיקה Burciaga על תרומתו היקר שלה למחקרים הראשונית על אוקטואמין וחברי המעבדה האן לדיון ותמיכה.
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 |