Ett enkelt sätt att mäta förändringar i belöning sökande beteende genom<em> Drosophila melanogaster</em
Summary
Vi beskriver ett protokoll för att framkalla givande och nonrewarding erfarenheter i fruktflugor (Drosophila melanogaster) med frivilliga etanolkonsumtion som ett mått på förändringar i belöning tillstånd.
Abstract
Vi beskriver ett protokoll för mätning av etanolsjälvadministration i fruktflugor (Drosophila melanogaster) som ett mått på förändringar i belöning tillstånd. Vi visar ett enkelt sätt att utnyttja farten belöningssystem, ändra erfarenheter i samband med naturlig belöning, och använda frivilliga etanolkonsumtion som ett mått på förändringar i belöning tillstånd. Tillvägagångssättet fungerar som ett relevant verktyg för att studera nervceller och gener som spelar en roll i erfarenhets medierad förändringar av inre tillstånd. Protokollet består av två separata delar: utsätta flugor till givande och nonrewarding erfarenheter och analysera frivilliga etanolkonsumtion som ett mått på motivation att erhålla en läkemedels belöning. De två delarna kan användas oberoende för att inducera moduleringen av erfarenhet som ett första steg för ytterligare analyser nedströms eller som en fristående två valsmatningsanalys, respektive. Protokollet kräver inte en komplicerad installation och kan därför tillämpas i alla laboratory med grundläggande flyga kultur verktyg.
Introduction
Ändring av beteende som svar på erfarenhet tillåter djur att anpassa sitt beteende till förändringar i sin omgivning ett. Under denna process, djur integrera sina interna fysiologiska tillstånd med varierande förhållanden i den yttre miljön och därefter välja en åtgärd över varandra för att öka deras chanser att överleva och reproduktion. Belöningssystem utvecklats för att motivera beteenden som krävs för överlevnaden av individer och arter genom att förstärka beteenden som förbättrar omedelbar överlevnad, som att äta eller dricka, eller de som säkerställa långsiktig överlevnad, såsom sexuellt beteende eller ta hand om avkomman 2. Artificiella föreningar såsom droger påverkar också belöningssystem genom adjungerar nervbanor som förmedlar naturliga belöningar 2.
Under de senaste två decennierna, bananflugan Drosophila melanogaster har etablerats som en lovande modell för att studera Molecular och neuronala mekanismer som formar effekterna av etanol på beteendet 3,4.
Tidigare har vi identifierat en delmängd av peptiderga neuroner i flugor (NPF / NPF receptor (R) nervceller) som kopplar naturliga belöningar, såsom sexuell erfarenhet, motivation att erhålla läkemedels belöningar 5. NPF uttryck är känslig för både sexuella erfarenheter och drog belöningar, såsom etanol förgiftning. Förändringar i NPF uttrycksnivåer omvandlas till förändringar i etanol egen administration 5, där hög NPF minskar och låg NPF ökar föredrar att konsumera etanol. Aktivera NPF neuroner är givande för flugor, eftersom de visar stark preferens för en lukt parat med aktivering, vilket också återspeglas av minskad konsumtion etanol. Ännu viktigare, aktivering av NPF neuroner stör förmågan av flugor för att bilda ett positivt samband mellan etanol berusning och en lukt cue. Orsakssambandet mellan NPF / Rsystemet, belöning minne, och etanolkonsumtion tyder på att man kan använda etanol egen administration som ett mått på förändringar i belöning tillstånd 5.
I denna publikation visar vi en integrerad strategi för att utnyttja farten naturliga belöningssystemet och analysera förändringar i belöning stater. Tillvägagångssättet består av två separata delar, en utbildning protokoll för att manipulera naturliga belöningsrelaterade upplevelser, följt av en två-val kapillär feeder-analys (CAFE) för att bedöma etanolsjälvadministration som en uppskattning för förändringar i belöning tillstånd. CAFE-analysen är analogt med de två flask val analyser som används i studier på gnagare för läkemedelssjälvadministrering och har visat att återspegla vissa egenskaper hos beroendeliknande beteende i flugor 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…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi tackar U. Heberlein och A. Devineni för långvariga diskussioner och teknisk rådgivning. Vi tackar också Shohat-Ophir lab medlemmar, A. Benzur, L. Kazaz och O. Shalom, för hjälpen med att demonstrera metoden. Särskild uppskattning går till Eliezer Costi för fastställande av flugan systemen i labbet. Detta arbete stöddes av Israel Science Foundation (384/14) och Marie Curie Karriär 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 | ||
References
- 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).
