文摘
帕金森病是一种常见的神经退行性疾病的病理α-核蛋白聚集在路易小体。目前还没有可用的治疗,逮捕疾病的进展。因此,动物模型的需要α-核蛋白聚集是至关重要的。黑腹果蝇已经过了广泛的研究作为一个好疾病,遗传模型的认知表型缺陷攀爬能力。攀爬能力的试验已经证明是一个有效的工具,筛选治疗帕金森病的新代理。然而,由于分析的许多限制,有明确需要开发一个更好的行为测试。求爱,刻板的仪式化的行为果蝇,包括复杂的运动和感觉功能在两种性别中,由大量神经元控制;因此,在求爱期间所观察到的行为应该是敏感的神经系统的疾病过程。我们使用一系列的特征通常在求偶和额外的行为trait-nonsexual,分析使用数据挖掘工具。我们发现有缺陷的帕金森病模型的行为测试与处女雌雄性苍蝇,可见在更年轻的时候比爬的缺陷。我们认为这是一个改进的行为分析帕金森模型苍蝇。
1。介绍
帕金森病(PD)是一种常见的进行性神经退行性疾病,特点是淀粉样原纤维沉积的路易小体(磅)黑质致密部,导致多巴胺(DA)神经元的损失和严重的运动症状(1- - - - - -4]。α-核蛋白(αsyn) 140 -氨基酸蛋白质,是主要的组件的磅5,6]。自聚合蛋白在大脑中已经涉及PD的开发至关重要的一步,一个当前搜索路径的药物是专注于逮捕或修改的模式αsyn沉积在大脑中(7]。
目前没有药物,逮捕或减缓疾病的进展,治疗治疗的运动功能障碍,其有效性下降随着疾病进展(8]。因此,动物模型的发展和特征可能对新药的筛选和测试,保证目标PD的致病过程本身,而不是症状(9]。
果蝇黑腹果蝇是一个有用的生物为研究人类神经退行性疾病的机制,包括PD (10]。尽管明显的差异果蝇和人类一样,它们之间的许多基因和信号通路是守恒的(11]。Feany和本德12)报告果蝇PD模型表达正常的人类αsyn以及每个两个突变菌株表达蛋白质(A30P和A53T)与家族性帕金森病相关果蝇神经元;的果蝇基因组不包含一个明确的αsyn同族体(12]。转基因果蝇表达αsyn panneurally显示聚集,DA神经元的遭受损失,表现出运动缺陷(12]。他们是有价值的药物筛选和测试(13)对于识别基因和细胞过程相关PD发病机理,其中许多是进化保守(11]。
发现一些表型在PD飞模型(11),但只有三个常见的表型表达αsyn [12]。前两个是(我)的积累αsyn骨料,与反检测αsyn抗体,和(2)损失的DA神经元在大脑中,与anti-TH抗体检测,特别是认识到这些神经元在石蜡包埋或段落的大脑12,14- - - - - -16]。第三个表型是神经系统功能障碍的行为结果,年龄相关性缺陷运动。后者显然是使用一个简单的分析推导出:在正常的果蝇爬垂直管(趋地性),α-syn-expressing苍蝇倾向于保持底部(12,13]。与野生型果蝇相比,转基因果蝇panneural表达αsyn开发运动功能障碍在相对年轻的年龄。这种行为表现已经证明在过去我们组和其他作为筛选的新疗法的有效工具PD (12,13,17,18]。
求爱的果蝇刻板,仪式化的行为,这就需要男性运动和反应迅速和适当的女性。这个活动占大多数成年个体之间的交互和内容丰富,复杂的结构,和强有力的执行19]。雄蝇可以执行整个求爱仪式后立即遇到处女女,即使他在完全的隔离从鸡蛋到长大成人(20.]。在这些复杂的动作,男性和女性的神经系统功能产生性行为。男性求偶由视觉、化学感应的,听觉,mechanosensory信号(21]。的求爱仪式包括男性对女性的定位,为女性特有的情歌(翼振动),舔女性的生殖器,试图交配(21,22]。
因为求爱涉及很多神经和运动元素(23),这可能是受到的表达的影响αsyn。这里我们将演示一个整体下降的男性表达A30P转基因果蝇的行为反应αsyn大脑中(12),当这些男性与处女女性。这可能作为小说,更敏感的试验研究运动赤字果蝇。
2。方法
2.1。品种和饲养
我们使用三个菌株果蝇:elav-Gal4,无人机αsyn A30P, Oregon-R(野生型)。苍蝇被饲养在标准cornmeal-molasses介质25°C。跨越进行了使用收集的处女女性不超过8个小时羽化后25°C或羽化后18小时18°C。在29°C交叉进行。成年子女()穿过收集后9天的开始他们的羽化25°C,以避免从下一代后代()。
2.2。十字架
母苍蝇携带司机elav-Gal4在他们的X染色体交叉男性携带“无人飞行系统”监管αsyn A30P转基因位于染色体2(由梅尔·Feany教授请提供)。所有后代表达αsyn A30P在神经系统中,给我们一个PD模型。
2.3。运动(爬)测定
5瓶,每个都包含10飞表达αsyn A30P或10 Oregon-R苍蝇对运动行为进行了分析。瓶是利用轻轻放在桌上,离开站18秒。苍蝇的数量上涨至少一厘米被记录。总之,我们使用100苍蝇,表达的一半α俄勒冈州syn A30P半野生型果蝇。
2.4。求爱化验
果蝇用于求爱化验是保存在一个不透明的盒子。考虑到一昼夜的周期性果蝇求偶行为(24)之间的求偶试验进行了9:00和15:00。6-day-old处女男(Oregon-R或αsyn A30P)被6-day-old Oregon-R处女女在一个圆柱形透明室(厘米,厘米)10分钟或直到发生交配。之间的交互通过数码显微镜和苍蝇被记录后分析使用新开发的软件称为“性活动果蝇分析”,允许计算的次数一只苍蝇从事每个元素和记录的时间花在每一轮的行为。我们记录了求爱的56夫妇;28αsyn A30P 28 Oregon-R男性和男性。以下基本特征的男性求偶测量:(i)方向,(ii)翼振动,(iii)舔,及(iv)试图交配;我们也记录了发生交配的25]。此外,我们记录了一个新颖的行为参数,无性的遭遇(ns),遇到雄性和雌性果蝇之间并没有导致性活动。分析了无是通用的测量活动。衡量女性更直接的反应,我们计算一个“性集中指数”(SFI): SFI = 1 /(了无+ 1)。
2.5。攀登化验
目前,只有行为分析的PD模型苍蝇爬测试。因此,我们进行这个测试。转基因果蝇表达的变异αsyn A30P在他们的神经系统被用于实验。苍蝇的攀爬能力监测两次,6天(当苍蝇6天),在21天。
2.6。统计分析
数据被分为9每个飞行参数包括“健康状况”作为一个布尔参数(26]。我们使用关联规则学习算法,揭示了“如果”规则,满足所有用户预定的阈值,来确定“健康状况”字段的值(因变量)是受其他字段的值。分析了使用数据挖掘工具WizWhy [27)来识别潜在的规则解释依赖)的健康状况。WizWhy揭示所有积极和消极的“如果”规则的数据和一组充要条件(“当且仅当”规则)。此外算法识别,基于提取的规则,意想不到的情况下偏离规则和发布预测新病例。规则总结如表所示1。
3所示。结果
3.1。求爱化验
性行为规范化的考虑Oregon-R果蝇行为是理想性活动(100%)。因为几个夫妇交媾在不到10分钟,我们归一化后的4测量参数为每个夫妇,除以总时间,强调快速的雄性交配。定位时间显示Oregon-R平均56.6%和41.3%αsyn A30P呈现73%的变异果蝇定向活动相对于Oregon-R (41.3/56.6 * 100)。同样,Oregon-R振动时间为21.5%,αsyn A30P振实的总时间的17.2%与80%的正常活动。舔和“交配”未遂(乘以100,除以总时间)为Oregon-R值分别为3.4和0.4,变异果蝇,分别。因此,αsyn A30P苍蝇舔活动59%和50.7%尝试交配(atc)活动相对于Oregon-R苍蝇。由于交配是二进制文件,我们没有计算每个实验的平均交配但总结总交配发生在28 Oregon-R飞而至28日αsyn A30P苍蝇。交配的总和Oregon-R 11交配的苍蝇和8的交配αsyn A30P,导致减少27.3%在PD果蝇交配。有趣的是,这两组不同的无性的遭遇(ns)。在A30Pαsyn苍蝇,33岁的意思是了无Oregon-R苍蝇,意思是了无21。这里我们注意到发生了无主要开始之前任何性活动;因此我们没有测量值除以总时间。性集中指数、SFI Oregon-R-males比A30P 36%执行αsyn男性(图1(一))。从结果可以看出,αsyn A30P男性执行更少的性活动(相对于Oregon-R活动减少50%)在所有性参数(图1(一))。
(一)
(b)
为进一步比较,所有参数的六个特征总结和规范化为每个组。虽然每个参数是足以区分两组,我们发现,总体差异的批准(图的结果1 (b))。六个行为活动不严格独立以来,总结分数更好的代表总体的性行为,结果表明A30Pαsyn男性在性受损的重点,按照女性的能力,和协调(图1 (b))。
3.2。攀登化验
运动(爬)测定,通常用于评估苍蝇amyloidogenic蛋白质表达的行为在他们的大脑28- - - - - -30.),被用来评估神经功能障碍引起的苍蝇由于突变A30P表达式αsyn的神经系统。我们监控的攀爬能力6天的苍蝇时,果蝇求偶的测试试验的年龄。我们可以看到在图2,检测中没有发现区别Oregon-R苍蝇(控制)和A30P之间αsyn苍蝇果然在这个模型。额外的测量进行了21岁的时候天显示显著的运动功能障碍的PD苍蝇,反映在攀爬能力减少28%(图2)。我们的结果没有说明两组之间的显著差异前21天(数据未显示),也被报道之前(12,13]。
3.3。统计分析
基于求爱的结果分析,我们使用了一个数据挖掘软件开发一组规则(“如果”规则和“当且仅当”规则)作为诊断工具。因为每个男性飞代表一组数字,描述8参数对于6性活动,我们建立了一个二维矩阵。选择健康状况作为因变量,我们使用WizWhy 4.02的分析(i)使数据集分析相结合,(ii)与整个组数据没有数据修改或无视,(3)不太敏感的过度拟合(在较小的数据集),和(iv)证明显示全部“如果”,和一组的必要和充分条件(“当且仅当”规则)以其显著性水平(31日]。软件使用关联规则学习算法来计算一个独立变量之间的相关性持有,或组合的几个参数,目标函数(因变量),也就是说,量化每个8的贡献参数决定是否A30P给定的飞行αsyn(生病)或WT(健康)。“当且仅当”规则列表7个条件(见表1)。我们的分析显示,如果至少一个的七个条件适用于一个给定的飞行,这是健康的概率为82.1%。然而,如果所有的七个条件成立,有82.1%概率飞αsyn A30P变异(表1)。因此我们能够预测82.1%的健康状况(46 56夫妇)的苍蝇。10苍蝇(17.9%)没有遵循这一套规则,导致改善系数为2.8(0.5/0.179)相比,随机预测(表1)。
4所示。讨论
果蝇已经被广泛使用作为一个模型对人类大脑疾病,主要是由于实验的简单性与人类相似。果蝇有一个中枢神经系统神经元和神经胶质细胞包含数量级少于在脊椎动物中枢神经系统中,但是他们共享相同的类型的神经递质系统如伽马氨基丁酸、谷氨酸、多巴胺、5 -羟色胺、乙酰胆碱,和他们能够执行复杂的行为,包括性显示,社会行为,和学习32]。
在这个报告中,我们提出一个替代行为分析,采用吸引对,监控行为赤字αsyn A30P飞模型和比较完善的化验攀升。求爱的果蝇进行了研究和详细描述20.,33- - - - - -36),但我们所知,这是第一次,它的特点是在一个PD模型飞行。我们检查了5个基本组件的男性的求爱仪式和建议一个新的活动,分析了无,和它的逆,你以后。在所有特征,PD雄性苍蝇表现更糟。令人惊讶的是,分析了无当且仅当规则是最有利的特点,组成4 7派生的条件。这表明,αsyn A30P突变雄性雌性比雄性Oregon-R减少响应。需要进一步的研究来探索恋爱和性的关系集中在男性PD模型苍蝇。
行之有效的攀登试验相比,全面报道作为一种方便的行为措施确定神经损伤和衰老果蝇苍蝇(12,13),求爱是一个更复杂的行为分析。在求爱,男性必须密切关注女性,从事一些协调的行为,这是身体的要求比简单的攀升,吸引所有的感官,如previosly所述。此外,求爱异常明显比缺爬在更早的时候。在PD雄性苍蝇法院最大年龄5 - 10天,这需要大约三个星期的出现严重爬表型(图2)。另一方面,登山分析产生一个二进制得分,通过或失败,而必须评估定量求爱。我们的结果立即显示一个后续实验,评估与求偶行为分析在不同年龄羽化。
总的来说,这个行为分析提供了一个更好的评估PD病理功能障碍,并可能允许评估多巴胺功能障碍的多巴胺能神经元的损失之前,虽然确切的潜在神经赤字这行为表型需要在后续研究决定。有趣的是,在脆性X的情况下,另一个大脑紊乱中建模果蝇麦克布莱德et al。37)表明,锂或mGluR拮抗剂可以挽救包括求偶行为障碍的几个方面。其次是研究在小鼠模型和现在困扰患者的临床研究38,39]。因此,在求偶行为缺陷疾病模型苍蝇可以是一个重要的和相关的药物筛选试验。
作者的贡献
r . Shaltiel-Karyo和d . Davidi同样这项工作。
承认
这项工作是支持的部分资金来自帕金森氏病的基础。