Drosophila Comportamiento de evitación pasiva como nuevo paradigma para estudiar el aprendizaje asociativo aversivo
Summary
Este trabajo describe un paradigma conductual simple que permite el análisis del aprendizaje asociativo aversivo en moscas de la fruta adultas. El método se basa en suprimir el comportamiento geotaxis negativo innato debido a la asociación formada entre un contexto ambiental específico y una descarga eléctrica.
Abstract
Este protocolo describe un nuevo paradigma para analizar el aprendizaje asociativo aversivo en moscas adultas (Drosophila melanogaster). El paradigma es análogo al comportamiento de evitación pasiva en roedores de laboratorio en el que los animales aprenden a evitar un compartimento donde previamente han recibido una descarga eléctrica. El ensayo aprovecha la geotaxis negativa en moscas, que se manifiesta como un impulso de subir cuando se colocan en una superficie vertical. La configuración consiste en compartimentos superiores e inferiores orientados verticalmente. En la primera prueba, una mosca se coloca en un compartimento inferior desde donde generalmente sale dentro de 3-15 s, y entra en el compartimiento superior donde recibe una descarga eléctrica. Durante la segunda prueba, 24 h después, la latencia aumenta significativamente. Al mismo tiempo, el número de choques disminuye en comparación con el primer ensayo, lo que indica que las moscas formaron memoria a largo plazo sobre el compartimento superior. Las grabaciones de latencias y número de choques podrían realizarse con un contador de conteo y un cronómetro o con un dispositivo simple basado en Arduino. Para ilustrar cómo se puede utilizar el ensayo, aquí se caracterizó el comportamiento de evitación pasiva de D. melanogaster y D. simulans masculino y femenino. La comparación de latencias y el número de choques reveló que tanto D. melanogaster como D. simulans vuelan de manera eficiente aprendieron el comportamiento de evitación pasiva. No se observaron diferencias estadísticas entre las moscas macho y hembra. Sin embargo, los hombres fueron un poco más rápidos al ingresar al compartimento superior en el primer ensayo, mientras que las mujeres recibieron un número ligeramente mayor de choques en cada ensayo de retención. La dieta occidental (WD) deterioró significativamente el aprendizaje y la memoria en las moscas macho, mientras que el ejercicio de vuelo contrarrestó este efecto. En conjunto, el comportamiento de evitación pasiva en las moscas ofrece un ensayo simple y reproducible que podría usarse para estudiar los mecanismos básicos de aprendizaje y memoria.
Introduction
El aprendizaje y la memoria es un mecanismo de adaptación evolutivamente antiguo al medio ambiente, conservado desde Drosophila (D.) hasta el humano1. La mosca de la fruta es un organismo modelo robusto para estudiar los principios fundamentales del aprendizaje y la memoria, ya que ofrece una amplia gama de poderosas herramientas genéticas para diseccionar los mecanismos moleculares intrínsecos2. Los estudios pioneros de cribado genético, que identificaron los genes rutabaga3, amnesiac4 y dunce5 críticos para el aprendizaje y la memoria2, aprovecharon el condicionamiento olfativo ya que las moscas de la fruta dependen de su agudo sentido del olfato para encontrar comida, parejas potenciales y evitar depredadores6.
El condicionamiento olfativo se ha convertido en un paradigma popular para estudiar el mecanismo del aprendizaje y la memoria, gracias a la introducción del laberinto en T olfativo por Tully y Quinn7,8. Posteriormente, se han propuesto otros métodos para medir diversos tipos de aprendizaje y memoria, entre ellos el condicionamiento visual9, el acondicionamiento del cortejo10, el ensayo de supresión de fototaxis aversivo11 y el condicionamiento de exposición a avispas12. Sin embargo, la mayoría de estos ensayos tienen una configuración compleja que debe ser construida a medida en un taller universitario o comprada a través de un proveedor. El paradigma aquí descrito se basa en un simple ensayo conductual para estudiar el aprendizaje asociativo aversivo en moscas que se puede ensamblar fácilmente con unos pocos suministros disponibles.
El paradigma descrito es equivalente a la conducta de evitación pasiva (o inhibitoria) en ratones y ratas de laboratorio en la que los animales aprenden a evitar un compartimento donde previamente han recibido descarga eléctrica del pie13. En los múridos, el procedimiento se basa en su evitación innata de la luz brillante y la preferencia por las zonas más oscuras14. En el primer ensayo, el animal se coloca en el compartimento brillante, desde donde el animal sale rápidamente, entrando en un compartimento oscuro, donde se administra una descarga eléctrica para el pie. Por lo general, un solo ensayo es suficiente para formar una memoria sólida a largo plazo, lo que resulta en un aumento significativo de la latencia 24 h más tarde. La latencia se utiliza entonces como índice de la capacidad del animal para recordar la asociación entre el estímulo aversivo y el entorno específico15.
Este trabajo describe un procedimiento análogo utilizando D. como sistema modelo que ofrece varias ventajas sobre los modelos de roedores, incluyendo la rentabilidad, el mayor tamaño de la muestra, la ausencia de supervisión regulatoria y el acceso a poderosas herramientas genéticas16,17. El procedimiento se basa en el comportamiento negativo de la geotaxis, que se manifiesta en la necesidad de las moscas de subir cuando se colocan en una superficie vertical18. La configuración consta de dos cámaras verticales. En el primer ensayo, una mosca de la fruta se coloca en un compartimento inferior. Desde allí, generalmente sale dentro de 3-15 s, entrando en el compartimiento superior donde recibe una descarga eléctrica. Durante una prueba de 1 minuto, algunas moscas pueden volver a entrar ocasionalmente en el compartimento superior, lo que resulta en una descarga eléctrica adicional. Durante la fase de prueba, 24 h después, la latencia aumenta significativamente. Al mismo tiempo, el número de choques disminuye en comparación con el primer día, lo que indica que las moscas formaron memoria asociativa aversiva sobre el compartimento superior. La latencia, el número de choques y la duración y frecuencia de los combates de aseo se utilizan para analizar el comportamiento animal y la capacidad de formar y recordar la asociación entre el estímulo aversivo y el entorno específico. Los resultados representativos revelan que la exposición a la dieta occidental (WD) afecta significativamente el comportamiento de evitación pasiva en las moscas macho, lo que sugiere que el WD afecta profundamente el comportamiento y la cognición de la mosca. Por el contrario, el ejercicio de vuelo alivió el efecto negativo del WD, mejorando el comportamiento de evitación pasiva.
Protocol
Representative Results
Discussion
Evitar los estímulos amenazantes es una característica crucial del comportamiento adaptativo en varias especies, desde C. elegancia hasta humana32. Los procedimientos de aprendizaje de evitación, que generalmente implican el escape de un evento aversivo, son tareas conductuales comúnmente utilizadas para investigar los procesos de aprendizaje y memoria en roedores de laboratorio13 desde la década de 197032. En los procedimientos de evit…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue apoyado en partes por NIH R15ES029673 (AKM).
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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