En enkel måte å måle endringer i Reward-søkende atferd med<em> Drosophila melanogaster</em
Summary
Vi beskriver en protokoll for å indusere givende og nonrewarding opplevelser i fruktfluer (Drosophila melanogaster) ved hjelp av frivillig etanol forbruk som et mål for endringer i belønning stater.
Abstract
Vi beskriver en protokoll for å måle etanol egenadministrasjon i fruktfluer (Drosophila melanogaster) som en proxy for endringer i belønning stater. Vi viser en enkel måte å benytte seg av fly belønningssystem, modifisere erfaringer knyttet til naturlig belønning, og bruke frivillige etanol forbruk som et mål for endringer i belønning stater. Tilnærmingen fungerer som et relevant verktøy for å studere nevroner og gener som spiller en rolle i erfarings mediert endringer av intern tilstand. Protokollen er sammensatt av to atskilte deler: utsette fluene til givende og nonrewarding erfaringer, og analysering av frivillig etanolforbruk som et mål på motivasjon for å oppnå et medikament belønning. De to delene kan brukes uavhengig for å indusere den modulering av erfaring som et innledende trinn for videre nedstrøms analyser eller som en frittstående to-foring ad lib assay, respektivt. Protokollen krever ikke et komplisert oppsett, og kan derfor anvendes i en hvilken som helst laboratory med grunnleggende flue kultur verktøy.
Introduction
Endring av atferd som svar på erfaring gjør at dyrene å tilpasse sin atferd til endringer i deres miljø en. I løpet av denne prosessen, dyr integrere sine interne fysiologiske tilstand med endrede forhold til det ytre miljø, og deretter velge en handling over en annen for å øke sjansene for overlevelse og reproduksjon. Belønningssystemer utviklet seg til å motivere atferd som er nødvendig for overlevelsen av individer og arter ved å forsterke atferd som forbedrer umiddelbare overlevelse, slik som å spise eller drikke, eller de som sikre langsiktig overlevelse, for eksempel seksuell atferd eller omsorg for avkom to. Kunstige forbindelser som narkotiske stoffer påvirker også belønningssystemer ved co-optisk nervebaner som formidler naturlige belønninger 2.
I løpet av de siste to tiårene, bananflue Drosophila melanogaster er etablert som en lovende modell for å studere Molecular og nevrale mekanismer som er forme effekten av etanol på atferd 3,4.
Tidligere har vi identifisert en undergruppe av peptidergic nevroner i fluer (NPF / NPF reseptor (R) nevroner) som par naturlige belønninger, for eksempel seksuell erfaring, motivasjon for å skaffe narkotika belønninger 5. NPF uttrykk er følsom for både seksuelle erfaringer og narkotika belønninger, for eksempel etanol rus. Endringer i NPF uttrykk nivåer blir konvertert til endringer i etanol selvadministrering 5, der høy NPF reduserer og lav NPF øker preferanse å konsumere etanol. Aktivering NPF nevroner er givende for fluer, som de viser sterk preferanse for en lukt forbundet med aktivering, som også gjenspeiles ved redusert etanol forbruk. Enda viktigere, aktivering av NPF nevroner interfererer med evnen av fluene til å danne en positiv sammenheng mellom etanol rus og en lukt signalet. Den årsakssammenheng mellom NPF / Rsystem, belønning hukommelse, og etanolforbruk tyder på at man kan bruke etanol selvadministrering som et mål for endringer i belønnings tilstander 5.
I denne publikasjonen viser vi en helhetlig tilnærming for å hanke inn fly naturlige belønningssystem og analysering av endringer i belønning stater. Tilnærmingen består av to separate deler, en treningsprotokoll for å manipulere naturlige belønningsrelaterte opplevelser, etterfulgt av en to-valg kapillær mater assay (CAFE) for å vurdere etanol selvadministrering som et estimat for endringer i belønning stater. Kafeen analysen er analog til de to-flaske valg analyser som brukes i gnagere for narkotika egenadministrasjon og har vist seg å reflektere visse egenskaper for avhengighet-lignende oppførsel i fluer 6.
Protocol
Representative Results
Discussion
Here, we illustrate the details of an integrated approach to measure alterations in reward-seeking behavior, based on previous work described by Devineni et al.6 and Shohat-Ophir et al5. The first section of the protocol uses different types of sexual interactions as the experience input, and the second section uses a two-choice feeding assay to assess the effect of experience on the preference to consume ethanol.
As shown by Devineni et al.<sup…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker U. Heberlein og A. Devineni for langvarige diskusjoner og tekniske råd. Vi takker også Shohat-Ophir lab medlemmer, A. Benzur, L. Kazaz, og O. Shalom, for hjelpen med å demonstrere metoden. Spesial takknemlighet går til Eliezer Costi for å etablere flue systemene i laboratoriet. Dette arbeidet ble støttet av Israel Science Foundation (384/14) og Marie Curie Career Integration Grants (CIG 631 127).
Materials
| Polystyrene 25 x 95mm Vials | FlyStuff | 32-109 | |
| narrow plastic vials flugs | FlyStuff | 42-102 | |
| Disposable Sterile Needle 18G and 27G | can be acquired by any company | 1.20 X 38mm (18Gx1 1/2") , 0.40 X 13mm (27Gx1/2") | |
| 10x75mm Borosilicate Glass Disposable Culture Tubes | kimble chase | 73500-1075 | |
| calibrated pipets 5ul (microliter) | VWR | 53432-706 | color coded white to contain 5 microliters |
| Mineral Oil | Sigma-Aldrich | M5904 | |
| Sucrose, Molecular Biology Grade | CALBIOCHEM | 573113 | |
| Yeast extract Powder for microbiology | can be acquired by any company | ||
| Ethanol | Sigma-Aldrich | 32221 | |
| standard pipette Tips (micro-pipets) | ThermScientific | T114R-Q | volume- 0.1-20 ul Ultra micro |
| IDENTI-PLUGS (Foam Tube Plugs) | Jaece | L800-A | fits opening 6 to 13mm |
| IDENTI-PLUGS (Foam Tube Plugs) | Jaece | L800-D | fits opening 35 to 45mm |
| virginator fly stock | bloomington drosophila stock center | #24638 | |
| Narrow Vials, Tray Pack (PS) | Genesee Scientific Corporation | # 32-109BR | |
| Drosophila Media Recipes and Methods | Bloomington Drosophila Stock Center | http://flystocks.bio.indiana.edu/Fly_Work/media-recipes/molassesfood.htm | |
| propionic acid | Sigma-Aldrich | P5561 | |
| phosphoric acid | Sigma-Aldrich | W290017 | |
| Methl 4-Hydroxybenzoate | Sigma-Aldrich | H3647 | |
| Agar Agar | can be acquired by any company | ||
| corn meal | can be acquired by any company | ||
| Grandma's molasses | B&G Foods, Inc | not indicated | |
| instant dry yeast | can be acquired by any company | ||
Riferimenti
- Robinson, G. E., Fernald, R. D., Clayton, D. F. Genes and social behavior. Science. 322, 896-900 (2008).
- Koob, G. F. Neurobiological substrates for the dark side of compulsivity in addiction. Neuropharmacol. 56, 18-31 (2009).
- Kaun, K. R., Devineni, A. V., Heberlein, U. Drosophila melanogaster as a model to study drug addiction. Hum Genet. 131, 959-975 (2012).
- Devineni, A. V., Heberlein, U. Addiction-like behavior in Drosophila. Commun Integr Biol. 3, 357-359 (2010).
- Shohat-Ophir, G., Kaun, K. R., Azanchi, R., Mohammed, H., Heberlein, U. Sexual deprivation increases ethanol intake in Drosophila. Science. 335, 1351-1355 (2012).
- Devineni, A. V., Heberlein, U. Preferential ethanol consumption in Drosophila models features of addiction. Curr Biol : CB. 19, 2126-2132 (2009).
- McBride, S. M., et al. Mushroom body ablation impairs short-term memory and long-term memory of courtship conditioning in Drosophila melanogaster. Neuron. 24, 967-977 (1999).
- Ejima, A., Smith, B. P., Lucas, C., Levine, J. D., Griffith, L. C. Sequential learning of pheromonal cues modulates memory consolidation in trainer-specific associative courtship conditioning. Curr Biol. 15, 194-206 (2005).
- Ejima, A., et al. Generalization of courtship learning in Drosophila is mediated by cis-vaccenyl acetate. Curr Biol. 17, 599-605 (2007).
- Keleman, K., Kruttner, S., Alenius, M., Dickson, B. J. Function of the Drosophila CPEB protein Orb2 in long-term courtship memory. Nat Neurosci. 10, 1587-1593 (2007).
- Kaun, K. R., Azanchi, R., Maung, Z., Hirsh, J., Heberlein, U. A Drosophila model for alcohol reward. Nat Neurosci. 14, 612-619 (2011).
- Xu, S., et al. The propensity for consuming ethanol in Drosophila requires rutabaga adenylyl cyclase expression within mushroom body neurons. Genes Brain Behav. 11, 727-739 (2012).
- Devineni, A. V., Heberlein, U. The evolution of Drosophila melanogaster as a model for alcohol research. Annu Rev Neurosci. 36, 121-138 (2013).
- Ro, J., Harvanek, Z. M., Pletcher, S. D. FLIC: high-throughput, continuous analysis of feeding behaviors in Drosophila. PloS one. 9, 101107 (2014).
- Itskov, P. M., et al. Automated monitoring and quantitative analysis of feeding behaviour in Drosophila. Nat Commun. 5, 4560 (2014).
- Yapici, N., Cohn, R., Schusterreiter, C., Ruta, V., Vosshall, L. B. A Taste Circuit that Regulates Ingestion by Integrating Food and Hunger Signals. Cell. 165, 715-729 (2016).
- Peru, Y. C., et al. Long-lasting, experience-dependent alcohol preference in Drosophila. Addict Biol. 19, 392-401 (2014).
- Dus, M., et al. Nutrient Sensor in the Brain Directs the Action of the Brain-Gut Axis in Drosophila. Neuron. 87, 139-151 (2015).
- Anderson, D. J., Adolphs, R. A framework for studying emotions across species. Cell. 157, 187-200 (2014).
- Gibson, W. T., et al. Behavioral responses to a repetitive visual threat stimulus express a persistent state of defensive arousal in Drosophila. Curr Biol. 25, 1401-1415 (2015).
