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

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 jours^33,34. 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 mouches^21,41 ainsi que l’exposition aux produits chimiques^38,39. 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 gènes^{TSA 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.