Integration of sleep and social behavior in drosophila melanogaster

Abstract

É ainda pouco claro como o cérebro decide entre necessidades incompatíveis. Uma possível abordagem a esta questão, considerando que o sono é incompatível com virtualmente qualquer outro comportamento, passa por explorar a tomada de decisão que leva um animal a dormir ou a responder a outras necessidades críticas. Neste trabalho investigamos como é que dois comportamentos fundamentais, o sono e o cortejamento, são integrados numa resposta coordenada. Demonstramos que os machos Drosophila suprimem o sono em favor do cortejamento quando o seu drive sexual é elevado e uma fêmea está presente, indicando que o balanço entre o drive do sono e o drive sexual determina o comportamento do macho. Descrevemos os neurónios MS1 (Male Specific 1), que estão envolvidos especificamente na regulação do sono do macho: a ativação dos neurónios MS1 induz uma redução significativa do sono especificamente nos machos, enquanto que o seu silenciamento bloqueia a supressão do sono induzida pela fêmea. Demonstramos ainda que a supressão do sono induzida pelos neurónios MS1 é mediada pela octopamina, um ortólogo da noradrenalina dos mamíferos. Interessantemente, apesar da sua regulação dimórfica do sono, descobrimos que os neurónios MS1 não expressam o fator de transcrição FruitlessM (FRUM), específico dos machos e que é necessário ao seu comportamento de cortejamento. Em vez disso, os neurónios MS1 formam um circuito sexualmente dimórfico com os neurónios FRU. Os nossos resultados sugerem que os neurónios MS1 e FRU estabelecem um circuito bidirecional em que os neurónios MS1 recebem inputs de neurónios FRU e, por sua vez, estimulam a atividade de vários grupos FRU de forma a promoverem um estado de alerta que permite ao macho suprimir o sono para cortejar a fêmea. Recentemente, descobrimos um segundo driver, MS2-Gal4, também associado com a regulação do sono do macho. A ativação dos neurónios MS2 suprime o sono nos machos, enquanto que a sua inibição impede a supressão do sono induzida pela fêmea. Descobrimos que um pequeno grupo de neurónios MS2 expressa o gene fru e se localiza na região mAL, uma região do cérebro envolvida na regulação dos neurónios P1. A ativação de uma subpopulação dos neurónios mAL suprime o sono em machos, enquanto que o seu bloqueio previne a redução do sono observada na presença de fêmeas. A investigação sobre o papel dos neurónios MS2 no sono dos machos e sobre a sua interação com os neurónios MS1 e P1 seria relevante para detalhar o nosso conhecimento sobre os mecanismos neuronais que coordenam o conflito entre sono e cortejamento.

The question of how the brain decides between conflicting needs is still poorly understood. A possible approach to the problem, considering that sleep is incompatible with virtually all other behaviors, is to explore the decision-making process that leads an animal either to sleep or to engage in other pressing behaviors. In this work, we investigate how two essential behaviors, sleep and courtship, are integrated in a coordinated manner. We show that Drosophila males suppress sleep to engage in courtship when females are present and sex drive is high, indicating that the balance between sleep drive and sex drive determine the behavior of the male. We describe the MS1 (Male Specific 1) neurons involved in malespecific regulation of sleep; activation of MS1 neurons leads to markedly reduced sleep specifically in males and silencing of MS1 neurons block female-induced male sleep suppression. We also show that male sleep suppression induced by MS1 requires octopamine, an ortholog of mammalian norepinephrine. Interestingly, despite their sexually dimorphic role in sleep regulation, we found that MS1 neurons do not express the male-specific transcription factor FruitlessM (FRUM), which is required for male courtship behavior. Instead MS1 neurons form a sexually dimorphic circuit with the FRUexpressing neurons. Our data suggest that the MS1 and FRU neurons establish a bidirectional circuit, in which MS1 receive input from certain FRU neurons and in turn induce the activity of several FRU neuronal clusters to promote a state of heightened sexual arousal that allows the male to stay awake and court females. Recently we found a second driver, MS2-Gal4 associated with male-specific sleep regulation; activation of MS2 neurons suppresses sleep in males and inactivation of MS2 neurons block female-induced sleep suppression. We found that a small number of MS2 neurons are fru-positive and are located in the mAL, a region previously described to modulate the activity of P1 neurons. We found that activation of a broader set of mAL neurons suppresses sleep in males, and blocking them prevents sleep reduction in male-female pairs. Further investigation of the role of MS2 neurons in male sleep regulation and their interaction wtih MS1 and P1 neurons will advance our understanding of the neural mechanisms underlying the coordination between sleep and courtship.