Paradigmas para la evaluación conductual en el modelo de Drosophila del trastorno del espectro autista

El Trastorno del Espectro Autista (TEA) engloba un grupo heterogéneo de trastornos neurológicos. Incluye una serie de trastornos complejos del neurodesarrollo caracterizados por déficits multicontextuales y persistentes en la comunicación social y la interacción social y la presencia de patrones de comportamiento y actividad restringidos y repetitivos y de intereses¹. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), 1 de cada 100 niños es diagnosticado con TEA en todo el mundo, con una proporción de 4,2 2 entre hombres y^mujeres. La enfermedad se hace evidente en el segundo o tercer año de vida. Los niños con TEA muestran una falta de interés en la reciprocidad socioemocional, la comunicación no verbal y las habilidades de relación. Exhiben comportamientos repetitivos como movimientos motores estereotipados, seguimiento de rutinas inflexibles y ritualizadas, y un enfoque intenso en intereses restringidos. Los niños con TEA muestran un alto grado de respuesta al tacto, el olfato, el sonido y el gusto, mientras que la respuesta al dolor y a la temperatura es comparativamente baja¹. La penetrancia de este trastorno también es diferente entre los diferentes pacientes que padecen TEA y, por lo tanto, la variabilidad aumenta.

El diagnóstico clínico actual del TEA se basa en la evaluación conductual de los individuos, ya que no existe una prueba genética común o basada en biomarcadores confirmatorios que abarque todas las formas de TEA³. Descifrar las bases genéticas y neurofisiológicas sería útil para orientar las estrategias de tratamiento. En la última década, una gran cantidad de investigaciones han dado como resultado la identificación de cientos de genes que se eliminan o mutan o cuyos niveles de expresión están alterados en pacientes con TEA. La investigación en curso hace hincapié en la validación de la contribución de estos genes candidatos utilizando organismos modelo como el ratón o la mosca de la fruta, en los que estos genes se eliminan o derriban, seguidos de pruebas para detectar déficits de comportamiento similares a los TEA y la elucidación de las vías genéticas y moleculares subyacentes que causan las anomalías. Un modelo de ratón que recapitula las variaciones del número de copias (CNV) en los loci cromosómicos humanos 16p11.2 muestra algunos de los defectos de comportamiento del TEA ^4,5,6. La exposición prenatal a un fármaco teratogénico, el ácido valproico (VPA), es otro modelo de ratón que presenta rasgos que se asemejan al TEA humano ^7,8. Además, existe una variedad de modelos de ratón que exhiben autismo asociado al síndrome genético, por ejemplo, modelos sindrómicos de un solo gen causados por mutaciones en Fmr1, Pten, Mecp2, Cacna1c, y modelos no sindrómicos de un solo gen causados por mutaciones en genes como los genes Cntnap2, Shank, Neurexin o Neuroligin ⁵.

La mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) es otro organismo modelo prominente para estudiar las bases celulares, moleculares y genéticas de una gran cantidad de trastornos humanos⁹, incluido el TEA. Drosophila y los humanos comparten procesos biológicos altamente conservados a nivel molecular, celular y sináptico. Las moscas de la fruta se han utilizado con éxito en estudios de TEA 10,11,12 para caracterizar genes relacionados con TEA y descifrar su papel exacto en la sinaptogénesis, la función sináptica y la plasticidad, el ensamblaje de circuitos neuronales y la maduración; Se encontró que los homólogos de mosca de genes asociados a TEA tienen roles en la regulación del comportamiento social y/o repetitivo 11,13,14,15,16,17,18,19,20,21. La mosca de la fruta también ha funcionado como modelo para el cribado de genes de TEA y sus variantes 15,22,23. El mayor desafío en la investigación de los TEA en moscas es que, a diferencia de otros modelos de enfermedades, no existe un único modelo de mosca con TEA. Para comprender el impacto de las mutaciones o la eliminación de un gen específico del TEA, un investigador necesita validar si los fenotipos conductuales imitan suficientemente los síntomas de los pacientes con TEA y, a continuación, proceder a la comprensión de los fundamentos moleculares o fisiológicos de los fenotipos.

Por lo tanto, la detección de fenotipos similares al TEA es vital para la investigación del TEA en el modelo de mosca. A lo largo de los años han surgido un puñado de técnicas conductuales que nos permiten detectar anomalías como déficits en el comportamiento/interacción social, la comunicación, los comportamientos repetitivos y la capacidad de respuesta a los estímulos. Además, se han realizado varias modificaciones y actualizaciones de estas técnicas conductuales en diferentes laboratorios para adaptarse a requisitos específicos, como la ampliación, la automatización de ensayos, las lecturas, la cuantificación y los métodos de comparación. En este artículo de video, se muestran las versiones más básicas de cinco paradigmas conductuales, que, en combinación, se pueden usar para detectar resultados conductuales similares a los TEA de la manera más fácil.

La agresión es un comportamiento innato conservado evolutivamente que afecta a la supervivencia y la reproducción²⁴. El comportamiento agresivo hacia los congéneres está influenciado por la “motivación para la socialización”^25,26 así como por la “comunicación”²⁷, ambas comprometidas en los individuos afectados por el TEA. El comportamiento agresivo está bien descrito en Drosophila y su cuantificabilidad a través del robusto ensayo de agresión 28,29,30 y una base genética y neurobiológica bien conocida ³¹ lo convierte en un paradigma conductual adecuado³² para evaluar el fenotipo de TEA en un modelo de mosca. La agresión se ve afectada por el aislamiento social fuera de un entorno social, lo que conduce a una mayor agresión; Lo mismo se ha observado cuando las moscas macho se alojan en aislamiento durante unos días ^33,34. Otro ensayo conductual que cuantifica la sociabilidad en moscas es el Ensayo del Espacio Social³⁵, que mide las distancias entre los vecinos más cercanos y las distancias entre moscas en un pequeño grupo de moscas, lo que lo hace perfectamente adecuado para probar las funciones de los ortólogos del gen ASD en la mosca 12,21,36,37, así como en los modelos de moscas ASD inducidos ambientalmente ^{38, Artículo 39}.

El ensayo de cortejo de Drosophila es otro paradigma conductual utilizado con frecuencia para evaluar la alteración de las habilidades sociales y de comunicación tras la manipulación genética o de circuitos, incluidos los genes relacionados con el autismo 18,19,21,40. Los patrones repetitivos de comportamiento son prevalentes en los pacientes con TEA, que se recapitula en las moscas mediante el comportamiento de acicalamiento, una serie de acciones distintas y estereotipadas que se realizan para la limpieza y otros fines. Se ha utilizado con éxito para evaluar el impacto de las mutaciones del gen TEA en moscas^21,41, así como la exposición a productos químicos^38,39. Se han descrito múltiples avances y automatización en el ensayo antes de 16,41,42,43; Aquí, estamos demostrando el patrón de ensayo más básico, que es fácil de adoptar y cuantificar.

Se sabe que el TEA afecta la capacidad de habituación, aprendizaje y memoria en algunos pacientes 44,45,46,47,48,49,50, organismos modelo de TEA ^51,52 y también causa déficits en diferentes comportamientos olfativos⁵⁰. La habituación al salto con luz apagada de Drosophila se ha utilizado anteriormente para detectar los genes del TEA²³. La habituación puede ser ensayada por un método simple de habituación olfativa 53,54,55. Describimos el método para inducir la habituación olfativa y analizamos el resultado utilizando un ensayo clásico de elección de olor binario basado en Y-maze⁵⁶ que se puede utilizar para detectar defectos en la habituación en la condición de mutante del gen TEA o de derribo de genes. Para evaluar si el impacto de una mutación (o eliminación de genes) o de un tratamiento farmacológico en el comportamiento de una mosca equivale a un fenotipo similar al TEA, se puede utilizar una combinación de estos 5 ensayos descritos aquí.