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果蝇攀爬试验(Climbing Assay)和运动能力检测

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2024/12/21 22:38:41

果蝇的寿命短,加上强大的遗传操作和全基因组筛选工具,使其成为研究人类神经退行性疾病(neurodegenerative disorders)的一个理想的模型系统。果蝇模型尤其被广泛应用于痴呆症(包括阿尔茨海默氏症Alzheimer disease和额颞叶痴呆症frontotemporal dementia)和各种运动障碍(包括帕金森病Parkinson和肌weisuo侧索硬化症amyotrophic lateral sclerosis)的研究。

 

在许多研究中,需要测量与疾病相关的神经输出的逐渐衰退(progressive decline)。虽然神经退行性疾病相关表型(如记忆测试昼夜节律行为变化)可以用果蝇来量化,但这些检测方法很复杂,不适合大规模筛选。因此,运动功能的逐渐衰退通常被用来衡量神经输出

 

Z常用于测量运动输出的方法是利用果蝇受惊(startled)时表现出的先天负地心引力反应negative geotaxis response)。

 

当敲击小瓶底部时,成蝇会向后上方爬向顶部。这种逃避反射已被果蝇研究人员使用了30多年,也是攀爬试验的基础。在这种检测方法中,先将一组苍蝇转移到空瓶中,然后轻拍空瓶,使果蝇落到瓶底。用照相机记录果蝇向后上方爬行,并记录在限定时间内爬到瓶底以上设定距离的果蝇数量,从而得出一个简单的百分比。另外,还可以计算表现指数(performance index)。

 

常规果蝇攀爬试验的主要缺点:

大多数实验室进行的攀爬检测操作简单,但有一些明显的缺点。该试验需要相对较多的蝇类(每种基因型或每种处理仅使用 100 只蝇类), 而且相同蝇类的小瓶之间存在相当大的表现差异。造成这种差异的原因可能有多种,但对样品瓶施加的 “敲击”力和二进制评分系统的差异可能是其中两个更重要的原因。这项检测还需要大量的 “动手”时间,尤其是在采用人工计分的情况下,而且简单的计分方法也会忽略更细微的行为指标,尤其是运动速度。目前已有多种简化攀爬测定并提高其可重复性的解决方案(Kohlhoff 等人,2011 年;Liu 等人,2015 年;Podratz 等人,2013 年;Willenbrink 等人,2016 年)。每种方法都需要定制的仪器和软件来跟踪果蝇的运动,而且不是为长时间跟踪运动而设计的,因为在此期间可能会出现不同的刺激事件。

 

英国BFK公司的基于视频追踪DART系统可用于果蝇运动能力计算和测量。相对与攀爬实验(climbing assay),DART的要求的样本量更少,测定的灵敏度更高。且可以用来高通量筛选神经退行性变的遗传和药理调节因子。

 

基于 MATLAB 的开源果蝇反应追踪(DART)系统最初是为研究长期昼夜节律行为而开发的。同样,我们可以用DART持续监测果蝇在惊吓反应之前、期间和之后的水平运动。使用DART软件套件在 1 小时内多次使用振动刺激事件,以诱发果蝇重复的 “惊吓”反射(startle response)。 果蝇的基线运动和刺激后立即增加的运动都可以量化。

 

使用成年果蝇阿尔茨海默病模型(在该模型中神经元会分泌出聚集性1-42肽),可以证明 DART 系统与攀登试验相比具有更好的性能。还可以利用 DART系统测试化合物或进行基因筛选,以确定Aβ1-42诱导表型的调节因子。

 

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参考文献:

Continuous tracking of startled Drosophila as an alternative to the negative geotaxis climbing assay.

Matthew J. Taylor & Richard I. Tuxworth 


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