ショウジョウバエ 連想回避学習を研究する新たなパラダイムとしての受動的回避行動
Summary
この研究は、成体果実ハエにおける回避的な連想学習の分析を可能にする単純な行動パラダイムを記述する。この方法は、特定の環境コンテキストと感電との間に形成された関連付けによる自然負のジオタキシス行動を抑制することに基づいています。
Abstract
このプロトコルは、成体ハエ(ショウジョウバエメラノガスター)における回避的な連想学習を分析するための新しいパラダイムを記述する。パラダイムは、動物が以前に感電を受けたコンパートメントを避けることを学ぶ実験室げっ歯類の受動的回避行動に似ています。このアッセイは、ハエの負のジオタキシスを利用しており、垂直表面に置かれたときに登りたいという衝動として現れます。セットアップは縦方向の上下のコンパートメントから成っている。最初の試験では、ハエは通常3〜15 s以内に出る下のコンパートメントに置かれ、電気ショックを受ける上部コンパートメントに足を踏み入れます。2 回目の試行の 24 時間後に、待機時間が大幅に増加します。同時に、衝撃の数は、最初の試験と比較して減少し、ハエが上部コンパートメントに関する長期記憶を形成したことを示す。待ち時間とショックの数の記録は、タリーカウンターとストップウォッチ、またはArduinoベースのシンプルなデバイスで行うことができます。アッセイがどのように使用できるかを説明するために、 D.メラノガスターとD . シミュランの 受動的回避挙動をここで特徴付けた。待ち時間とショック数の比較により、 D.メラノガスターとD . シミュランの 両方がパッシブ回避行動を効率的に学んだことが明らかになった。オスとメスのハエの間に統計的な違いは認められなかった。しかし、男性は最初の試験で上部コンパートメントに入っている間に少し速かったが、女性はすべての保持試験でわずかに多くのショックを受けた。西洋の食事(WD)は、飛行運動がこの効果を相殺しながら、男性のハエの学習と記憶を著しく損なった。ハエの受動的回避行動は、学習と記憶の基本的なメカニズムを研究するために使用できるシンプルで再現可能なアッセイを提供します。
Introduction
学習と記憶は、ショウジョウバエ(D.)からヒト1に保存された、環境への進化的に古代の適応メカニズムである。フルーツフライは、本質的な分子メカニズムを解剖するための強力な遺伝的ツールの広い範囲を提供しているので、学習と記憶の基本的な原則を研究するための堅牢なモデル生物です2。学習と記憶に不可欠なrutabaga3、健忘4、dunce5遺伝子を同定した先駆的な遺伝子スクリーニング研究は、フルーツハエが食べ物、潜在的な仲間を見つけ、捕食者を避けるために鋭い嗅覚に依存しているので、嗅覚コンディショニングを利用しました6。
学びと記憶のメカニズムを研究する嗅覚コンディショニングは、タリーとQuinn7,8による嗅覚T迷路の導入のおかげで、人気のパラダイムとなっています。続いて、視覚調節9、求愛コンディショニング10、回避光タクシー抑制アッセイ11、およびスズバチ露光調節12を含む様々なタイプの学習および記憶を測定する他の方法が提案されている。しかし、これらのアッセイのほとんどは、大学のワークショップでカスタム構築するか、ベンダーを通じて購入しなければならない複雑なセットアップを持っています。ここで説明するパラダイムは、いくつかの利用可能な供給で簡単に組み立てることができるハエの回避的な連想学習を研究するための単純な行動アッセイに基づいています。
説明されたパラダイムは、動物が以前に電気足の衝撃を受けたコンパートメントを避けることを学ぶ実験室のマウスおよびラットにおける受動的(または抑制的)回避行動に相当する。ムリドでは、手順は、明るい光の生来の回避と暗い領域14の好みに基づいています。最初の試験では、動物は明るいコンパートメントに入れられ、そこから動物はすぐに出て行き、暗いコンパートメントに足を踏み入れ、そこで電気足のショックが送達されます。通常、単一の試験は、固体長期記憶を形成するのに十分であり、その結果、24時間後に大幅に増加した待ち時間をもたらす。遅延は、その後、回避刺激と特定の環境15との間の関連を記憶する動物の能力の指標として使用されます。
この研究は、費用対効果、より大きなサンプルサイズ、規制監督の欠如、強力な遺伝的ツールへのアクセスを含むげっ歯類モデルよりもいくつかの利点を提供するモデルシステムとしてD.を使用して同様の手順を記述します16,17。この手順は、垂直表面に置かれたときに上昇したいというハエの衝動に現れる負のジオタキシスの挙動に基づいています18。セットアップは2つの縦の部屋から成っている。最初の試験では、フルーツフライは、より低いコンパートメントに配置されます。そこから、通常は3〜15s以内に出て、電気ショックを受ける上部コンパートメントに足を踏み入れます。1分の試験中に、いくつかのハエが時折上部コンパートメントに再入り、追加の感電をもたらす可能性があります。テストフェーズでは、24時間後、遅延が大幅に増加します。同時に、衝撃の数は、ハエが上部コンパートメントに関する回避的な連想記憶を形成したことを示す最初の日に比べて減少する。待ち時間、衝撃の数、およびグルーミングバウトの持続時間と頻度は、動物の行動と、回避刺激と特定の環境との関連を形成し、記憶する能力を分析するために使用されます。代表的な結果は、西洋の食事(WD)への暴露が雄のハエの受動的回避行動を著しく損なうことを明らかにし、WDがハエの行動および認知に大きな影響を与えることを示唆している。逆に、飛行運動はWDの悪影響を緩和し、受動回避行動を改善した。
Protocol
Representative Results
Discussion
C.エレガンスからヒト32までの様々な種における適応行動の重要な特徴である、 脅迫的な刺激の回避。回避学習手順は、通常、回避イベントのエスケープを伴う、一般的に1970年代の32以来、実験室げっ歯類13の学習と記憶プロセスを調査するために行動タスクを使用されます。アクティブな回避手順では、無関心な刺激または条件付…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、NIH R15ES029673(AKM)によって部分的にサポートされました。
Materials
| Bloomington Formulation diet | Nutri-Fly | 66-112 | Available from Genesee Scientific Inc., San Diego, CA |
| 1000 µL Blue tip | Fisher | NC9546243 | |
| 17 x 100 mm 14 mL polypropylene culture tube | VWR | 60818-689 | |
| Aduino-based Automatic Kontrol Module | In-house | AKM-007 | This unit is optional. Complete description, schematics, wiring diagram and a code are provided at the ECU Digital Market – https://digitalmarket.ecu.edu/akmmodule |
| Dual-Display 2-Channel Digital Clock/Timer | Digi-Sense | AO-94440-10 | https://www.amazon.com/Cole-Parmer-AO-94440-10-Dual-Display-2-Channel-Jumbo-Digit/dp/B00PR0809G/ref=sr_1_5?dchild=1&keywords=Dual-Display+timer+jumbo&qid=1627660660&sr= 8-5#customerReviews |
| Electronic Finger Counter | N/A | N/A | https://www.amazon.com/gp/product/B01M8IRK6F/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1 |
| Fisherbrand Sparkleen 1 Detergent | Fisher Scientific | 04-320-4 | |
| Fly mouth aspirator | In-house | Prepared as described in reference 19. | |
| Grass S88 stimulator | N/A | N/A | Could be replaced with any stimulator which can provide described parameters |
| Kim-wipes | Fisher Scientific | 06-666 | Kimberly-Clark Professional 34120 |
| Metal block for fly immobilization | In-house | 4 x 13 x 23.5cm aluminum block | |
| Nutiva USDA Certified Organic, non-GMO, Red Palm Oil | Nutiva | N/A | https://www.amazon.com/Nutiva-Certified-Cold-Filtered-Unrefined-Ecuadorian/dp/B00JJ1E83G/ref=sxts_rp_s1_0?cv_ct_cx=Nutiva+USDA+Certified+Organic%2C+non-GMO%2C+Red+Palm+Oil&dchild=1&keywords=Nutiva+USDA+Certified+Organic%2C+non-GMO%2C+Red+Palm+Oil&pd_rd_i=B00JJ1E83G&pd_ rd_r=f35e9d2f-afe4-44b6-afc2-1c9cd705be18&pd_rd_w= R3Zb4&pd_rd_wg=eUv1m&pf_rd_ p=c6bde456-f877-4246-800f-44405f638777&pf _rd_r=M94N11RC7NH333EMJ66Y &psc=1&qid=1627661533&sr=1-1-f0029781-b79b-4b60-9cb0-eeda4dea34d6 |
| Shock tube | CelExplorer | TMA-201 | https://www.celexplorer.com/product_detail.asp?id=217&MainType=110&SubType=8 |
| Stopwatch | Accusplit | A601XLN | https://www.amazon.com/gp/product/B0007ZGZYI/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1 |
| Transparent vinyl tubing (3/4” OD, 5/8” ID) | Lowes | Avaiable from Lowes |
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