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果蠅攀爬試驗(Climbing Assay)和運動能力檢測

更新時間:2024-12-21點擊次數:1399

果蠅的壽命短,加上強大的遺傳操作和全基因組篩選工具,使其成為研究人類神經退行性疾病(neurodegenerative disorders)的一個理想的模型系統。果蠅模型尤其被廣泛應用于癡呆癥(包括阿爾茨海默氏癥Alzheimer disease和額顳葉癡呆癥frontotemporal dementia)和各種運動障礙(包括帕金森病Parkinson和肌weisuo側索硬化癥amyotrophic lateral sclerosis)的研究。

 

在許多研究中,需要測量與疾病相關的神經輸出的逐漸衰退(progressive decline)。雖然神經退行性疾病相關表型(如記憶測試晝夜節律行為變化)可以用果蠅來量化,但這些檢測方法很復雜,不適合大規模篩選。因此,運動功能的逐漸衰退通常被用來衡量神經輸出。

 

Z常用于測量運動輸出的方法是利用果蠅受驚(startled)時表現出的先天負地心引力反應negative geotaxis response)。

 

當敲擊小瓶底部時,成蠅會向后上方爬向頂部。這種逃避反射已被果蠅研究人員使用了30多年,也是攀爬試驗的基礎。在這種檢測方法中,先將一組蒼蠅轉移到空瓶中,然后輕拍空瓶,使果蠅落到瓶底。用照相機記錄果蠅向后上方爬行,并記錄在限定時間內爬到瓶底以上設定距離的果蠅數量,從而得出一個簡單的百分比。另外,還可以計算表現指數(performance index)。

 

常規果蠅攀爬試驗的主要缺點:

大多數實驗室進行的攀爬檢測操作簡單,但有一些明顯的缺點。該試驗需要相對較多的蠅類(每種基因型或每種處理僅使用 100 只蠅類), 而且相同蠅類的小瓶之間存在相當大的表現差異。造成這種差異的原因可能有多種,但對樣品瓶施加的 “敲擊"力和二進制評分系統的差異可能是其中兩個更重要的原因。這項檢測還需要大量的 “動手"時間,尤其是在采用人工計分的情況下,而且簡單的計分方法也會忽略更細微的行為指標,尤其是運動速度。目前已有多種簡化攀爬測定并提高其可重復性的解決方案(Kohlhoff 等人,2011 年;Liu 等人,2015 年;Podratz 等人,2013 年;Willenbrink 等人,2016 年)。每種方法都需要定制的儀器和軟件來跟蹤果蠅的運動,而且不是為長時間跟蹤運動而設計的,因為在此期間可能會出現不同的刺激事件。

 

英國BFK公司的基于視頻追蹤DART系統可用于果蠅運動能力計算和測量。相對與攀爬實驗(climbing assay),DART的要求的樣本量更少,測定的靈敏度更高。且可以用來高通量篩選神經退行性變的遺傳和藥理調節因子。

 

基于 MATLAB 的開源果蠅反應追蹤(DART)系統最初是為研究長期晝夜節律行為而開發的。同樣,我們可以用DART持續監測果蠅在驚嚇反應之前、期間和之后的水平運動。使用DART軟件套件在 1 小時內多次使用振動刺激事件,以誘發果蠅重復的 “驚嚇"反射(startle response)。 果蠅的基線運動和刺激后立即增加的運動都可以量化。

 

使用成年果蠅阿爾茨海默病模型(在該模型中神經元會分泌出聚集性1-42肽),可以證明 DART 系統與攀登試驗相比具有更好的性能。還可以利用 DART系統測試化合物或進行基因篩選,以確定Aβ1-42誘導表型的調節因子。

 

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參考文獻:

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

Matthew J. Taylor & Richard I. Tuxworth 


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