Otizm Spektrum Bozukluğunun Drosophila Modelinde Davranışsal Değerlendirme Paradigmaları

Otizm Spektrum Bozukluğu (ASD), heterojen bir nörolojik bozukluk grubunu kapsar. Sosyal iletişim ve sosyal etkileşimde çok bağlamlı ve kalıcı eksiklikler ve sınırlı, tekrarlayan davranış ve aktivite kalıplarının ve ilgi alanlarının varlığı ile karakterize bir dizi karmaşık nöro-gelişimsel bozukluğu içerir¹. Dünya Sağlık Örgütü’ne (WHO) göre, dünya çapında her 100 çocuktan 1’ine erkek-kadın oranı 4.2 olan ASD teşhisi konmaktadır². Hastalık yaşamın ikinci veya üçüncü yılında belirginleşir. OSB’li çocuklar sosyal-duygusal karşılıklılık, sözsüz iletişim ve ilişki becerilerine ilgi eksikliği gösterirler. Kalıplaşmış motor hareket, esnek olmayan ve ritüelleştirilmiş rutin takip ve kısıtlı ilgi alanlarına yoğun odaklanma gibi tekrarlayan davranışlar sergilerler. Otizmli çocuklar dokunma, koku, ses ve tat almaya karşı yüksek derecede tepki gösterirken, ağrı ve sıcaklık tepkisi nispeten düşüktür¹. Bu bozukluğun penetransı, ASD’den muzdarip farklı hastalar arasında da farklıdır ve bu nedenle değişkenlik artar.

OSB’nin mevcut klinik tanısı, OSB’nin tüm formlarını kapsayan doğrulayıcı biyobelirteç tabanlı veya ortak bir genetik test olmadığı için bireylerin davranışsal değerlendirmesine dayanmaktadır³. Genetik ve nörofizyolojik temellerin deşifre edilmesi, tedavi stratejilerinin hedeflenmesinde yardımcı olacaktır. Son on yılda, geniş bir araştırma grubu, OSB hastalarında silinmiş veya mutasyona uğramış veya ekspresyon seviyeleri değiştirilmiş yüzlerce genin tanımlanmasıyla sonuçlanmıştır. Devam eden araştırmalar, bu aday genlerin katkısının fare veya meyve sineği gibi model organizmalar kullanılarak doğrulanmasını vurgulamaktadır, burada bu genler nakavt edilir veya yere serilir, ardından ASD benzeri davranışsal eksiklikler için testler yapılır ve anormalliklere neden olan altta yatan genetik ve moleküler yolakların aydınlatılması. İnsan kromozomal lokusları 16p11.2’deki Kopya Sayısı Varyasyonlarını (CNV’ler) özetleyen bir fare modeli, ASD davranış kusurlarının^{bazılarını gösterir 4,5,6}. Teratojenik bir ilaç valproik aside (VPA) doğum öncesi maruz kalma, insan ASD^7,8’e benzeyen özellikleri gösteren başka bir fare modelidir. Ek olarak, genetik sendromla ilişkili otizm sergileyen bir dizi fare modeli vardır, örneğin, Fmr1, Pten, Mecp2, Cacna1c’deki mutasyonların neden olduğu tek gen sendromik modeller ve Cntnap2, Shank, Neurexin veya Neuroligin genleri gibi genlerdeki mutasyonların neden olduğu tek genli sendromik olmayan modeller⁵.

Meyve sineği (Drosophila melanogaster), ASD de dahil olmak üzere çok sayıda insan hastalığının⁹ hücresel, moleküler ve genetik temellerini incelemek için öne çıkan bir başka model organizmadır. Drosophila ve insanlar, moleküler, hücresel ve sinaptik seviyelerde yüksek oranda korunmuş biyolojik süreçleri paylaşırlar. Meyve sinekleri, ASD’lere bağlı genleri karakterize etmek ve sinaptogenez, sinaptik fonksiyon ve plastisite, nöral devre montajı ve olgunlaşmadaki kesin rollerini deşifre etmek için ASD çalışmalarında 10,11,12 başarıyla kullanılmıştır; ASD ile ilişkili genlerin sinek homologlarının sosyal ve/veya tekrarlayan davranışların düzenlenmesinde rolleri olduğu bulunmuştur 11,13,14,15,16,17,18,19,20,21. Meyve sineği ayrıca ASD genlerinin ve varyantlarının^taranması için bir model olarak çalışmıştır 15,22,23. Sineklerde ASD araştırmalarındaki en büyük zorluk, diğer hastalık modellerinden farklı olarak, tek bir ASD sinek modelinin olmamasıdır. Mutasyonların etkisini veya belirli bir ASD geninin yıkılmasını anlamak için, bir araştırmacının davranışsal fenotiplerin ASD hastalarının semptomlarını yeterince taklit edip etmediğini doğrulaması ve daha sonra fenotiplerin moleküler veya fizyolojik temellerini anlamaya doğru ilerlemesi gerekir.

Bu nedenle, ASD benzeri fenotiplerin tespiti, sinek modelinde ASD araştırması için hayati önem taşır. Yıllar boyunca, sosyal davranış / etkileşim, iletişim, tekrarlayan davranışlar ve uyaranlara yanıt verme gibi anormallikleri tespit etmemizi sağlayan bir avuç davranışsal teknik ortaya çıkmıştır. Ek olarak, bu davranışsal tekniklerin yükseltme, tahlillerin otomasyonu, okumalar, niceleme ve karşılaştırma yöntemleri gibi belirli gereksinimlere uyacak şekilde farklı laboratuvarlarda çeşitli modifikasyonları ve yükseltmeleri yapılmıştır. Bu video makalesinde, ASD benzeri davranışsal sonuçları en kolay şekilde tespit etmek için kombinasyon halinde kullanılabilecek beş davranışsal paradigmanın en temel versiyonları gösterilmektedir.

Saldırganlık, hayatta kalma ve üremeyi etkileyen evrimsel olarak korunmuş doğuştan gelen bir davranıştır²⁴. Türdeşlere yönelik saldırgan davranış, ‘sosyalleşme ^{motivasyonu’25,26} ve ‘^{iletişim’den27} etkilenir ve her ikisi de OSB’den etkilenen bireylerde tehlikeye girer. Agresif davranış, Drosophila’da iyi tanımlanmıştır ve sağlam saldırganlık testi 28,29,30 ve iyi anlaşılmış bir genetik ve nörobiyolojik temel ³¹ yoluyla ölçülebilirliği, onu bir sinek modelinde ASD fenotipini değerlendirmek için uygun bir davranışsal paradigma³² haline getirir. Saldırganlık, sosyal bir ortamdan uzakta sosyal izolasyondan etkilenir ve bu da saldırganlığın artmasına yol açar; Aynı şey, erkek sinekler birkaç gün boyunca tecrit altında tutulduğunda da gözlenmiştir^33,34. Sineklerde sosyalliği ölçen bir başka davranışsal tahlil, küçük bir sinek grubunda en yakın komşular arasındaki mesafeleri ve sinekler arası mesafeleri ölçen Sosyal Alan Tahlili^35’tir ve bu da onu ASD gen ortologlarının sinek ^12,21,36,37 ve çevre kaynaklı ASD sinek modellerindeki rollerini test etmek için mükemmel bir şekilde uygun hale getirir ^{38, 39}.

Drosophila kur yapma testi, Otizm ile ilgili genler ^18,19,21,40 dahil olmak üzere, devre veya genetik manipülasyon üzerine sosyal ve iletişim becerilerinde değişiklik için sıklıkla kullanılan başka bir davranışsal ^{paradigmadır}. Tekrarlayan davranış kalıpları ASD hastalarında yaygındır ve bu, sineklerde tımar davranışı ile özetlenir – temizlik ve diğer amaçlar için gerçekleştirilen bir dizi farklı, kalıplaşmış eylem. Sineklerde^(21,41) ASD gen mutasyonlarının etkisinin yanı sıra kimyasallara maruz kalmanın ^38,39 test edilmesinde başarıyla kullanılmıştır. Testteki çoklu ilerlemeler ve otomasyon 16,41,42,43’ten önce tanımlanmıştır; Burada, benimsenmesi ve ölçülmesi kolay olan en temel tahlil modelini gösteriyoruz.

OSB’nin bazı hastalarda alışkanlık, öğrenme ve hafıza yeteneğini etkilediği^{bilinmektedir} 44,45,46,47,48,49,50, OSB model organizmaları ^51,52 ve ayrıca farklı koku alma davranışlarında eksikliklere neden olur⁵⁰. Drosophila ışıktan atlama alışkanlığı daha önce ASD genleri^23’ü taramak için kullanılmıştır. Alışkanlık, basit bir koku alma alışkanlığı testi yöntemi ile test edilebilir 53,54,55. Koku alma alışkanlığını indükleme yöntemini açıklıyoruz ve sonucu, ASD gen mutantı veya gen yıkımı durumundaki alışkanlık kusurlarını tespit etmek için kullanılabilecek klasik bir Y-labirent bazlı ikili koku seçimi testi⁵⁶ kullanarak test ediyoruz. Bir mutasyonun (veya gen yıkımının) veya farmakolojik bir tedavinin bir sineğin davranışı üzerindeki etkisinin ASD benzeri bir fenotipe tekabül edip etmediğini değerlendirmek için, burada açıklanan bu 5 testin bir kombinasyonu kullanılabilir.