Zebrafish, medaka ir turquoise killfish, skirtas suprasti žmogaus neurodegeneracinius / neurodegeneracinius sutrikimus, 4 dalis

Zebrafish atveju ZFIN (Zebrafish Information Network, https://zfin.org/; pasiekiama 2021 m. lapkričio 30 d.) turi zebrafish genų, sukurtų transgeninių linijų ir mutantinių linijų duomenų bazę.

Nuolat tobulėjant mokslui ir technologijoms, genetiškai modifikuota technologija tapo vienu iš svarbių šiuolaikinės žemės ūkio gamybos įrankių. Pakeitus augalų ar gyvūnų genetinę medžiagą, žmonėms galima sukurti daugiau įgyjamų pranašesnių veislių, taip išsprendžiant tokias problemas kaip maisto trūkumas ir netinkama mityba. Tačiau visuomenėje ginčai dėl šios technologijos vis dar egzistuoja. Kai kurie žmonės abejoja, ar genetiškai modifikuotos veislės turės neigiamą poveikį žmonių sveikatai, tačiau nėra jokių mokslinių įrodymų, patvirtinančių šią nuomonę.

Pastaraisiais metais mokslininkai atrado ryšį tarp genetiškai modifikuotų padermių ir atminties. Kai kuriais atvejais genetinė modifikacija gali pagerinti gyvūno atmintį. Pavyzdžiui, mokslininkai panaudojo transgeninę technologiją tam, kad pakoreguotų specifinius genus tam tikrų organizmų ląstelėse, kad šie organizmai geriau veiktų atliekant atminties užduotis.

Be to, mokslininkai taip pat bando modifikuoti smegenis, kad pagerintų žmogaus intelektą ir mokymosi gebėjimus. Manoma, kad kai kurie genai veikia žmogaus intelektą ir mokymosi gebėjimus, todėl redaguojant šiuos genus galima sukurti optimizuotą smegenų sistemą, kuri skatina geresnę atmintį ir mokymosi gebėjimus.

Žinoma, nors genetiškai modifikuotos technologijos gali pagerinti organizmų atmintį ir intelektą, tyrimai vis dar tik pradiniame etape ir reikia daugiau eksperimentinių duomenų bei mokslinio patikrinimo. Kartu turime suvokti, kad žmogaus intelektą ir atmintį taip pat veikia daugelis veiksnių, tokių kaip aplinka, išsilavinimas ir genetika. Todėl genetiškai modifikuotos technologijos nėra vienintelis būdas spręsti ugdymo ir pažinimo problemas.

Trumpai tariant, genetiškai modifikuotų technologijų kūrimas ir taikymas turi didelę reikšmę gerinant organizmų kokybę ir didinant gamybos efektyvumą. Neturėtume aklai atmesti šios technologijos, o racionaliai ir objektyviai, remiantis moksliniais įrodymais, pažvelgti į šios technologijos privalumus ir trūkumus bei panaudoti ją žemės ūkio, medicinos ir aplinkosaugos plėtrai skatinti. Matyti, kad turime gerinti atmintį, o Cistanche deserticola gali žymiai pagerinti atmintį, nes Cistanche deserticola turi antioksidacinį, priešuždegiminį ir senėjimą stabdantį poveikį, kuris gali padėti sumažinti oksidaciją ir uždegimines reakcijas smegenyse ir taip apsaugoti nervų sistemos sveikata. Be to, Cistanche deserticola taip pat gali skatinti nervų ląstelių augimą ir taisymą, taip pagerindama neuroninių tinklų ryšį ir funkciją. Šis poveikis gali padėti pagerinti atmintį, mokymąsi ir mąstymo greitį, taip pat gali užkirsti kelią pažinimo sutrikimų ir neurodegeneracinių ligų vystymuisi.

Spustelėkite Žinoti, kad pagerintumėte trumpalaikę atmintį

Daugelį linijų, įskaitant ENU mutagenezės produktus arba transgenines reporterių linijas, galima įsigyti ir jas valdo ZIRC (tarptautinis Zebrafish išteklių centras) arba EZRC (Europos Zebrafish išteklių centras).

Norėdami sužinoti apie medaką, apsilankykite NBRP medaka svetainėje (https://shigen.nig.ac.jp/medaka/top/top.jsp; pasiekiama 2021 m. lapkričio 30 d.), kad surastumėte įvairių mutantų ir transgeninių linijų.

Be to, NFIN (The Nothobranchius furzeriInformation Network, https://www.nothobranchius.info/; pasiekiama 2021 m. lapkričio 30 d.) teikia informaciją apie laboratorines procedūras ir turkio žuvies genų duomenų bazę.

4. Lengvas laboratorijos valdymas ir eksperimentavimas su zebrafish, medaka ir turquoise killfish

Neurodegeneracija yra reiškinys, kuriam būdingas laipsniškas neuronų nykimas ir Alzheimerio liga, Parkinsono liga ir amiotrofinė šoninė sklerozė yra pagrindinės žmonių neurodegeneracinės ligos.

Tai progresuojančios ligos, kurių lėtinė klinikinė eiga yra gana lėta, o smegenyse pastebimas nenormalus baltymų nusėdimas. Kiekviena neurodegeneracinė liga pasižymi santykinai selektyviu neuronų praradimu; Pavyzdžiui, dopaminerginiai neuronai ir autonominė nervų sistema yra pažeidžiami sergant Parkinsono liga, o motorinių neuronų sistema selektyviai prarandama sergant amiotrofine lateraline skleroze [67].

Pastaruoju metu buvo atlikta daug neurodegeneracinių ligų tyrimų, naudojant mažų žuvų pranašumus. Norint sukurti ir analizuoti ligų modelius, gali būti naudojamas gydymas neurotoksinėmis cheminėmis medžiagomis, tiesioginė nenormalių baltymų mikroinjekcija, su liga susijusių genų pašalinimas ir mutavusių genų įtraukimas.

Alzheimerio ligos tyrimų metu buvo pranešta apie tau transgeninius zebražuvius [68, 69] ir zebrafinius žuvis su tiesiogine A mikroinjekcija [70, 71].

Atliekant amiotrofinės šoninės sklerozės tyrimus, su TDP-43-, SOD1- arba C9orf72- susiję zebrafinių žuvų modeliai buvo naudojami patogenezei analizuoti ir naujų vaistų paieškai [30, 72–76]. Čia aptariame Parkinsono ligą; Daugiau informacijos apie kitas neurodegeneracines ligas rasite kitose apžvalgose [77,78].

4.1. Zebrafish ir Medaka Parkinsono ligos modeliai
Parkinsono liga yra paplitusi vyresnio amžiaus žmonėms ir jai būdingas progresuojantis motorikos sutrikimas, dopaminerginių neuronų nykimas juodojoje substantoje, andalfa-sinukleino teigiami inkliuziniai kūnai, vadinami Lewy kūnais.

Parkinsono ligos patogenezei tirti mes ir kiti naudojome įvairias mažas žuveles. Toksinai, tokie kaip 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridinas (MPTP), 6-hidroksidopaminas (6-OHDA) ir Yra žinoma, kad rotenonas yra toksiškas dopaminerginiams neuronams įvairiuose gyvūnų modeliuose.

MPTP yra neurotoksinas, sukeliantis į Parkinsono ligą panašius simptomus įvairiems gyvūnams, įskaitant žmones. Jis glijos ląstelėse metabolizuojamas į 1-metil-4-fenilpiridiną (MPP+), o vėliau per dopamino transporterius įtraukiamas į dopaminerginius neuronus ir slopina mitochondrijų kvėpavimo grandinės aktyvumą. Dėl šio metabolizmo kelio selektyviai pažeidžiami dopaminerginiai neuronai [79,80].

MPTP taip pat sukelia į Parkinsono ligą panašius simptomus medakoje. Medakos lervų laikymas vandenyje, kuriame yra MPTP, greitai sumažina spontanišką plaukimo judėjimą ir dopaminerginių neuronų praradimą diencephalone [81].

MPTP ekspozicija taip pat buvo atlikta naudojant zebrafinių lervų ir suaugusiųjų. Šie tyrimai parodė MPTP poveikį judėjimui ir dopaminerginiams neuronams [82–87].

6-OHDA gali perimti dopamino pernešėjas, todėl gali atsirasti oksidacinis stresas ir selektyviai pažeisti dopaminerginius neuronus. 6-OHDA, švirkščiamas tiesiai į smegenų skystį, taip pat sukelia dopamino neuronų praradimą ir spontaniškų plaukimo judesių sumažėjimą [88].

6-OHDA injekcija į suaugusio zebrafišoro ventralinį diencephaloną, laikant zebražuvės lervas vandenyje, kuriame yra 6-OHDA, gali sumažinti indopaminerginių neuronų skaičių ir sutrikdyti plaukimo judesius [89–92].

Zebrafish lervas laikant vandenyje, kuriame yra rotenono, taip pat sumažėja dopamino kiekis ir sutrinka plaukimo judesiai [93, 94]. Kitos cheminės medžiagos, įskaitant proteasomų inhibitorius [88], amonio chloridą arba tunikamiciną [95], mažose žuvelėse gali sukelti į Parkinsono ligą panašius fenotipus. Šie toksinų sukelti modeliai gali būti naudingi Parkinsono ligos tyrimams ir vaistų patikrai.

Toliau mes pristatysime genetinius Parkinsono ligos modelius, naudodami zebrafish dataaka. Stebėtinai sunku imituoti žmogaus Parkinsono ligą atliekant genetines manipuliacijas pelėms, kurios yra vienas iš reprezentatyviausių gyvūnų modelių.

Pavyzdžiui, net trigubai išmuštoms pelėms, turinčioms Parkin, PINK1 ir DJ-1, genų produktus, atsakingus už autosominę recesyvinę šeiminę Parkinsono ligą, dopaminerginio neurono netenkama [96].

Panašiai kaip pelėms, Parkin arba Pink1 vieno išmušimo medaka nerodo dopaminerginių ląstelių praradimo [97, 98]. Išanalizavome Parkin ir Pink1 dvigubo išmušimo medaką ir nustatėme, kad buvo prarasti dopaminerginiai neuronai, o to nepastebėta vienos išmuštos žuvies atveju [98]. Zebrafish atveju pakanka vieno Pink1 išeikvojimo, kad būtų prarasti dopaminerginiai neuronai [99–101].

Taip pat buvo sukurti DJ-1 zebrafish ir medaka modeliai, kuriems reikia tolesnio patologinio įvertinimo, tačiau jie yra perspektyvūs naujų Parkinsono ligos žuvų modelių gamybai [102–105].

ATP13A2 yra dar vienas genų produktas, atsakingas už autosominį recesyvinį ankstyvą parkinsonizmą, kuriam būdingas jautrumas levodopai, supranuklearinis akies paralyžius, piramidiniai požymiai ir demencija [106].

Sukūrėme Atp13a2 mutantinę medaką, kuri rodo mutaciją, panašią į tą, kuri buvo pastebėta žmonėms, ir ši žuvis praranda dopaminerginius neuronus, sumažėjus katepsino D aktyvumui ir formuojantis į pirštų atspaudus panašus inkliuzinis kūnas [107].

Atp13a2 išmuštos zebražuvės taip pat pasižymi panašiais fenotipais [108]. GBA, kuris taip pat yra Gošė ligą sukeliantis genas, yra vienas iš didelės rizikos genų, sukeliančių foridiopatinę Parkinsono ligą, o Gba išmušta medaka ir zebrafish pasižymi ne tik dopaminergine, bet ir alfa neurodegeneracija. kaupimas [109–111].

LRRK2 mutacijos yra gana dažna autosominės dominuojančios šeiminės Parkinsono ligos priežastis ir taip pat yra susijusios su idiopatine Parkinsono liga [112,113]. Sunku suprasti tokią autosominę dominuojančią ligą, nes gali būti neaišku, ar normalios geno funkcijos praradimas yra pagrindinė fenotipo priežastis, ar toksinės funkcijos padidėjimas gali paaiškinti ligą.

Buvo keli Lrrk2 zebrafish modeliai, tačiau lauksime tolesnių vertinimų ir nuoseklių išvadų [114–117].

Tokiu būdu galima sukurti įvairius Parkinsono ligos modelius gydant zebrafish ar medaka cheminėmis medžiagomis arba atliekant genetinę zebrafishor medaka genomo modifikaciją.

Šie modeliai yra labai naudingi analizuojant su Parkinsono liga susijusių molekulių funkcijas in vivo ir norint suprasti žmogaus Parkinsono ligos patofiziologiją.

Be to, jis jau buvo plačiai naudojamas narkotikų atradimo srityje. Didelio našumo patikra, naudojant zebražuvių savybes, atrinko daug junginių, galinčių pagerinti Parkinsono ligos patologiją.

Žr. naujausią apžvalgą apie vaistų atradimą nuo pagrindinių neurodegeneracinių ligų, įskaitant Parkinsono ligą [77]. Žinoma, vienas mažų žuvų naudojimo kaip pavyzdinių gyvūnų apribojimas yra tas, kad gali būti neatitikimų tarp žuvų ir žmonių.

Kaip ir daugelio žmonių ligų atveju, ligos atsiradimą komplikuoja keli veiksniai, tokie kaip senėjimas, aplinkos veiksniai ir daugiafaktorinis genetinis poveikis.

Todėl turėtume atidžiai ištirti įvairius modelius, įskaitant ląstelių linijas, mažas žuvis ar žinduolius, taip pat svarbu ištirti žmonių mėginius. Pereidami pirmyn ir atgal tarp modelių, pvz., žuvų ir žmonių mėginių, galime patikimiau suprasti žmogaus patologiją.

4.2. Idiopatinės Parkinsono ligos fenotipai, pastebėti turquoise killifish

Toliau mes sutelkėme dėmesį į turkio spalvos žuvis, kad suprastume idiopatinę Parkinsono ligą, kuri nėra paveldima ir sudaro 90–95% visų Parkinsono ligos atvejų. Turquoisekillifish yra maža žuvų rūšis, gyvenanti Mozambiko ir kitų šalių tvenkiniuose, pelkėse ir balose [7].

Jo buveinėje yra ilgas sausasis sezonas ir trumpas lietaus sezonas, o sausuoju sezonu vanduo, kuriame gyvena turkio spalvos žuvytės, išdžiūsta ir suaugusios žuvys negali išgyventi.

Tačiau ji sugebėjo išgyventi kaip rūšis, perėmusi gyvybės istoriją, kurioje ji išneršia sausrai atsparius kiaušinėlius dirvožemyje, kurie išsirita kitą ar būsimą lietaus sezoną.

Tokio gyvavimo ciklo metu teigiamas atrankos spaudimas senėjimui neveikia [118]. Labiausiai tikėtina, kad turkio spalvos žuvų gyvavimo laikas yra trumpas, o jų fenotipas sensta per labai trumpą laikotarpį.

Tiksliau sakant, turkio žuvies gyvenimo trukmė yra maždaug nuo keturių iki šešių mėnesių, o maždaug trijų mėnesių amžiaus jos turi įvairių senėjimo požymių, įskaitant organų atrofiją, stuburo išlinkimą ir padidėjusį su senėjimu susijusios beta-galaktozidazės kiekį [119–121].

Nors Parkinsono liga yra stipriai susijusi su žmonių senėjimu, dauguma eksperimentinių gyvūnų senstant gali nepasižymėti pakankamu ligos fenotipu. Mes nustatėme, kad turkis rodo dopaminerginių ir noradrenerginių neuronų degeneraciją ir alfa-sinukleino patologijos progresavimą senstant [122]. Šie patologiniai fenotipai yra panašūs į tuos, kurie stebimi sergant žmogaus Parkinsono liga.

Genetinis alfa-sinukleino išeikvojimas dėl CRISPR-Cas9 sistemos pagerina neurodegeneraciją, o tai rodo, kad alfa-sinukleinas nėra Parkinsono ligos patogenezės pašalinis asmuo, bet yra neurodegeneracijos priežastinis baltymas.

Turkis gali atskleisti Parkinsono ligos mechanizmus, ypač daugumą idiopatinės Parkinsono ligos atvejų. Ši unikali žuvis taip pat bus naudinga esant kitiems su amžiumi susijusiems smegenų ir kitų organų sutrikimams.

For more information:1950477648nn@gmail.com