Zebrafish, medaka ir turquoise killifish, skirtas suprasti žmogaus neurodegeneracinius / neurodegeneracinius sutrikimus, 5 dalis

5. Žmogaus neurologinio vystymosi sutrikimai mažose žuvyse

Žmogaus neurologinės raidos sutrikimai diagnozuojami remiantis santykiniu žmogaus elgesio ir visuomenės ryšiu, pavyzdžiui, vystymosi ypatybėmis ir socialinio gyvenimo sunkumais, o ne genetine diagnoze ar biomarkeriais, tokiais kaip MRT [123].

Neurologinės raidos sutrikimai reiškia tam tikrus nervų sistemos vystymosi sunkumus ar kliūtis vaikystėje, kurios turi įtakos vaiko fizinei, pažinimo ir elgesio raidai. Ši liga yra paplitusi tarp vaikų ir ja serga daugelis vaikų. Tačiau neurologinės raidos sutrikimai nereiškia, kad vaikai bus paveikti visą gyvenimą. Moksliškai įsikišus ir rūpinantis šeima, vaikai gali sveikai augti ir vystytis suaugusiais.

Atmintis yra vienas iš svarbiausių žmogaus pažintinių gebėjimų. Tai neatsiejama mūsų kasdienio gyvenimo ir studijų darbo dalis. Nervų raidos sutrikimų įtaka atminčiai daugiausia pasireiškia šiais aspektais: Pirma, neurologinės raidos sutrikimai gali turėti įtakos vaikų mokymosi gebėjimams. Kadangi nukenčia nervų sistemos raida, vaikas gali turėti kalbos ir bendravimo sunkumų, dėl kurių vaikui gali būti sunku suprasti mokytojo dėstomas žinias ir mokymosi medžiagą. Tuo pačiu metu vaikams gali pritrūkti koncentracijos mokymosi procese, jiems sunku susikaupti atliekant užduotis, o tai taip pat turės įtakos jų atminčiai.

Antra, neurologinio vystymosi sutrikimai gali turėti įtakos vaiko gebėjimui bendrauti ir valdyti emocijas. Dėl to vaikams gali būti sunku bendrauti su bendraamžiais ir užmegzti su jais gilius santykius. Ši socialinė ir emocinė sveikatos problema gali sukelti vaiko psichinį nestabilumą, kuris gali turėti įtakos atminčiai.

Tačiau, nors neurologinio vystymosi sutrikimai turi tam tikrą poveikį atminčiai, tai nereiškia, kad vaikai negali turėti gerų atminties įgūdžių. Su moksline intervencija ir šeimos priežiūra vaikai gali palaipsniui įveikti šiuos sunkumus. Tėvai gali padėti savo vaikams susikurti gerus mokymosi įpročius pagal jų poreikius, teikti tikslines konsultacijas ir bendradarbiauti su mokytojais, kad kartu sukurtų gerą aplinką jų vaikų augimui ir vystymuisi.

Be to, vaikai, dalyvaujantys tam tikroje jiems tinkamoje sportinėje, muzikos veikloje ir pan., taip pat gali būti naudingi jų fiziniam ir intelektualiniam vystymuisi. Tai taip pat gali padėti sustiprinti jų socialinius ir emocinius gebėjimus, taip pagerinant jų atmintį.

Trumpai tariant, neurologinio vystymosi sutrikimai gali turėti tam tikros įtakos vaikų atminčiai, tačiau tai neturi įtakos sveikam vaiko augimui. Mokslinės intervencijos ir šeimos priežiūros dėka vaikai gali palaipsniui įveikti kliūtis, lavinti gerus atminties įgūdžius ir išaugti į naudingus talentus. Matyti, kad turime pagerinti atmintį, o Cistanche deserticola gali žymiai pagerinti atmintį, nes Cistanche deserticola taip pat gali reguliuoti neuromediatorių pusiausvyrą, pavyzdžiui, padidinti acetilcholino ir augimo faktorių kiekį. Šios medžiagos labai svarbios atminčiai ir mokymuisi. Be to, Cistanche deserticola taip pat gali pagerinti kraujotaką ir skatinti deguonies tiekimą, o tai gali užtikrinti, kad smegenys gautų pakankamai maistinių medžiagų ir energijos, taip pagerinant smegenų gyvybingumą ir ištvermę.

Norėdami pagerinti atmintį, spustelėkite žinokite papildus

Vienas iš mažų žuvų naudojimo neurologinio vystymosi sutrikimams tirti apribojimas yra tas, kad mažai tikėtina, kad mažos žuvys atitiks tų žmogaus neurologinio vystymosi sutrikimų diagnostikos kriterijus.

Nors sudėtingas aukštesnio laipsnio žmonių funkcijas sunku pritaikyti zebražuvėms, pastaraisiais metais buvo gauta pranešimų, kad zebražuvė gali būti naudojama kaip pavyzdinis gyvūnas neurologinio vystymosi sutrikimams, taikant elgesio analizę, kuri imituoja žmogaus socialines reakcijas.

Be to, kaip jau buvo minėta, mažų žuvelių, kaip pavyzdinių gyvūnų, skirtų neurologinio vystymosi sutrikimams, naudingumas laboratorijoje sukėlė daug įdomių išvadų, susijusių su nuosekliais stebėjimais nuo ląstelių ir molekulių masto iki audinių, vystymosi ir elgesio analizės. Autizmo spektro sutrikimas ( ASD) yra vienas iš labiausiai paplitusių neurologinio vystymosi sutrikimų.

Nors ASD patogenezė nenustatyta, buvo sukauptos išsamios ASD sergančių pacientų genetinės analizės išvados ir sukurta ASD atsiradimo rizikos genų duomenų bazė. SFARI (https://gene.sfari.org/;prieiga 2021 m. lapkričio 30 d.), duomenų bazė, valdoma Simono fondo Jungtinėse Valstijose, yra prieinama nuorodai. Šiuo metu yra užregistruoti 1023 genai, klasifikuojami pagal rizikos intensyvumą.

Be to, genetiniai veiksniai buvo pripažinti dėmesio trūkumo / hiperaktyvumo sutrikimo (ADHD) patogenezėje, o pastaraisiais metais kaupiasi genomo masto asociacijų analizės metaanalizės išvados [124–126]. Toliau pateikiama tyrimų ataskaitų santrauka, naudojant zebrafish mutantinius genų modelius, kurie, kaip manoma, yra susiję su šiais neurologinio vystymosi sutrikimais (2 lentelė).

DYRK1A yra serino/treonino kinazė, kuri būtina smegenų vystymuisi ir funkcijai, o sergant Dauno sindromu stebimas per didelis šio baltymo aktyvavimas [133]. Be to, DYRK1A priklauso 1 balui SFARI duomenų bazėje ir yra laikomas labai svarbiu ASD rizikos genu. Kim ir kt. sukūrė ir išanalizavo Dyrk1aa knockoutzebrafish, DYRK1A ortologą.

Jie parodė, kad suaugusioms išmuštoms žuvims pasireiškė mikrocefalija, elgsenos analizė parodė, kad nerimo elgesys buvo sumažintas naudojant naujoviško tanko testą, o socialinė sąveika buvo sutrikdyta dėl bangavimo ir socialinių pirmenybių testo.

Jie padarė išvadą, kad tai buvo autistiškas žuvų elgesio pokytis [127]. Taip pat buvo sukurtos zebrafish ortologo išmušimo linijos SHANK3 ir NRXN2, kurios priklauso 1 ASD rizikos genų balui SFARI duomenų bazėje. SHANK3 yra plačiai ekspresuojamas smegenyse ir daugiausia dalyvauja formuojant postsinapsinius karkasus ir neurotransmisiją [134].

Liu ir kt. sukūrė Shank3b išmuštą zebrafishą, kuris pagal elgesio analizę parodė sutrikusią socialinę sąveiką ir pranešė apie sumažėjusią Homer1, SHANK surišančio baltymo, ekspresiją suaugusių žuvų smegenyse [128]. NRXN2 yra transmembraninis baltymas, esantis presinapsiniame gale ir dalyvaujantis insinapsės konstravimo bei neuromediatorių atpalaidavimo mechanizmuose [135].

NRXN2 išmuštos pelės buvo naudojamos kaip autizmo modelis ir buvo įrodyta, kad jos pasižymi padidėjusiu nerimu panašiu elgesiu atliekant tokius tyrimus kaip šviesos / tamsos dėžutės testas ir padidinto ir labirinto testas [136]. Koh ir kt. sukūrė Nrxn2a išmuštą zebražuvį ir nustatė padidėjusį į nerimą panašų elgesį naujojo bako bandymo metu, o tai rodo, kad į autizmą panašių elgsenos pokyčių atsiranda ir zebražuvių [129].

PER1 yra žinomas kaip laikrodžio genas, o ADHD pacientų genomo asociacijos analizė rodo, kad šis genas yra ADHD rizikos genas [124]. Huang ir kt. sukūrė Per1bknockout zebrafish ir parodė, kad jaunikliai buvo hiperaktyvūs, jų atakų dažnis padidėjo veidrodinio vaizdo atakos teste ir buvo išgelbėti mikroinjekcija per1b mRNR.

Jie taip pat parodė, kad dopamino kiekis sumažėjo Per1b išmuštose zebrafish smegenyse ir kad pernelyg aktyvų fenotipą gali išgelbėti selegilinas (monoaminooksidazės B inhibitorius) arba metilfenidatas (dopamino transporterio inhibitorius, žmogaus ADHD gydymas).

Jie taip pat analizavo PER1 išmuštas peles. Panašiai kaip ir zebrafish modelis, PER1 išmuštos pelės parodė hiperaktyvumą ir sumažėjusį dopamino kiekį smegenų mėginiuose, o tai rodo, kad PER1 anomalijos gali būti susijusios su dopaminerginiais neuralginiais sutrikimais sergant ADHD [131]. Ši ataskaita yra gana įspūdinga, nes ji rodo labai konservuotą stuburinių rūšių fenotipą, įskaitant elgesio ypatybes.

Apibendrinant, kaip zebražuvių elgsenos ypatybės išreiškia žmogaus neurologinio vystymosi sutrikimų simptomus, „reaktyvumas į nerimą“ atitinka autizmo spektro sutrikimų jautrumą/sensorinį nepriteklius, „susigrūdimo stoką“, socialinio bendravimo ir tarpasmeninės sąveikos sunkumus bei „hiperaktyvumą“ ir agresiją. ADHD hiperaktyvumo / impulsyvumo simptomų fenotipai gali būti įvertinti kiekviename tyrime.

Net jei anatominiai ir fiziologiniai ligos modelio skirtumai nėra aiškūs, jei tam tikrą fenotipą galima nustatyti atliekant elgesio analizę, jis gali būti naudojamas kaip gairės siekiant įvertinti, ar tam tikra intervencija gali padėti išgelbėti, pavyzdžiui, farmakologinė didelio našumo patikra [130– 132].

Reikėtų atidžiai apsvarstyti jo interpretaciją elgesio analizėje. Nors pelių elgsenos analizė turi ilgą istoriją ir ją standartizavo daugelis tyrinėtojų, zebražuvių elgsenos analizė vis dar tik vystosi.

Pavyzdžiui, naujojo rezervuaro bandymo metu stebimas zebražuvių elgesys po to, kai jie buvo perkelti į naują rezervuarą, o agregatai ir statistiškai apdorojami, kiek laiko jie praleido kokiame vandens gylyje ir kiek nukeliavo. Šiame tyrime zebražuvės pirmiausia praleidžia laiką slėpdamosi rezervuaro apačioje, o po to palaipsniui plečia savo veiklos spektrą į paviršių.

Jei pastebima, kad zebrinės žuvys mažiau laiko praleidžia rezervuaro apačioje ir iš karto pradeda artėti prie paviršiaus, tai gali turėti skirtingas reikšmes, priklausomai nuo to, ar tai paaiškinama kaip „lengvai nejaučiantis nerimo“, ar „hiperaktyvumas ir impulsyvumas“. Žr. nuorodas, kuriose pateikiamas zebrafinių žuvų elgesio sąrašas [137], elgesio analizės ir jos apribojimų santrauka ir priešingai nei pelių elgesio analizė [138–140].

Elgsenos analizėje nagrinėjami žuvų įpročiai, tačiau taikant juos žmonėms, būtina juos kritiškai įvertinti. Būtų įtikinamiau, jei fenotipų tendencijas būtų galima pastebėti atliekant kelis tyrimus, o ne daryti prielaidas remiantis vienos elgsenos analizės rezultatu.

Be elgesio analizės, taip pat svarstomi kiti metodai, galintys įvertinti atsaką į stresą; Pavyzdžiui, įvertinus kortizolio, kuris yra vienas iš streso hormonų, lygį [141–143].

Vis dar yra daug nežinomų mažų žuvų, kaip žmogaus aukštesnių smegenų funkcijų ir žmogaus neurologinio vystymosi sutrikimų modelio, naudojimo aspektų, ir tikimės, kad bus kaupiama vis daugiau tyrimų.

Be to, zebrafish taip pat naudojamas psichiatrijos srityje šizofrenijai ir depresijai analizuoti. Labai įdomu pamatyti zebrafish fenotipą kaip pavyzdinį gyvūną psichikos simptomams [144, 145]. Nors laukai yra skirtingi, zebražuvės naudojamos panašiai, kaip aprašyta šioje apžvalgoje. Daugiau informacijos rasite kitose puikiose publikacijose [139,146,147].

6. Išvados

Šioje apžvalgoje aptarėme zebrafish, medaka ir turquoisekillifish ypatybes laboratorijoje ir faktinę neurodegeneracinių ligų ir neurologinio vystymosi sutrikimų analizę naudojant šias mažas žuvis. Analizuojant žmogaus neurologinius sutrikimus, mažos žuvys yra labai geri pavyzdiniai gyvūnai ir bus toliau tobulinami ateityje. Šiuo metu turime turėti nuolankumo jausmą žinduolių modelių atžvilgiu. Net jei įvairūs eksperimentiniai rezultatai rodomi su mažomis žuvimis, jei tą patį galima parodyti pelėms, pelėms poveikis gali būti didesnis.

Siekiant parodyti mažų žuvų naudojimo prasmę ir vertę, tyrimų planuose turėtų būti pasinaudota mažų žuvų savybėmis ir jų teikiama nauda laboratorijoje, kaip aprašyta šioje apžvalgoje. Be to, neturėtume pamiršti, kad mes žiūrime į žmogaus nervingumą. sistema per mažas žuvis. Gali būti neaišku, ką reiškia mažų žuvų RNR ir baltymų pokyčiai žmonių ligų ir sutrikimų kontekste, jei atkreipsime dėmesį tik į mažas žuveles.

Tas pats pasakytina apie morfologijos ir fiziologinių funkcijų pokyčius organų lygmeniu ir elgesio pokyčių, gautų atliekant elgesio analizę, reikšmę. Rezultatų, gautų iš mažų žuvų, prasmė paaiškės, kai rezultatai bus sujungti su žinduolių modeliais, tokiais kaip pelės, o paskui su žmonių analize. Jei toks ryšys gali būti nustatytas tarp mažų žuvų ir kitų mėginių, šios žuvys gali tapti vis galingesnėmis ir naudingesnėmis priemonėmis sprendžiant žmogaus neurologinius sutrikimus.

Autoriaus indėlis: HM ir KK parašė rankraštį. Visi autoriai perskaitė ir sutiko su paskelbta rankraščio versija.

Finansavimas: šis darbas buvo paremtas dotacijomis iš AMED (subsidijų numeriai JP19gm6110028 ir JP19dm0107154 (HM)), Takeda Science Foundation (HM), JSPS KAKENHI (subsidijų numeriai JP 14516799 (HM), JP 16690799 (HM), JP 1669073P (1669073P) (1669073P) ir JST [Moonshot R&D] [GrantNumber JPMJMS2024] (HM).

Institucinės peržiūros tarybos pareiškimas: Netaikoma.

Informuoto sutikimo pareiškimas: Netaikoma.

Duomenų prieinamumo pareiškimas: šiame rankraštyje aprašytus duomenis ir įrankius galima gauti paprašius.

Padėka: dėkojame Shinano Kobayashi ir Noriko Matsui už dalyvavimą naudingose ​​diskusijose ir nuolatinės paramos teikimą. Džiaugiamės Ai Ito už jos darbą su iliustracijomis.

Interesų konfliktai: autoriai pareiškia, kad nėra interesų konflikto.

Nuorodos

1. Delomas, TA; Dabrowski, K. Zebrafish lervų auginimas neoptimalioje temperatūroje. J. Therm. Biol. 2018, 74, 170–173. [CrossRef]

2. Šima, A.; Mitani, H. Medaka kaip tiriamasis organizmas: praeitis, dabartis ir ateitis. Mech. Dev. 2004, 121, 599–604. [CrossRef]

3. Kirchmaieris, S.; Naruse, K.; Wittbrodt, J.; Loosli, F. Teleost medaka (Oryzias latipes) genominė ir genetinė įrankių rinkinys. Genetika2015, 199, 905–918. [CrossRef]

4. Reichardas, M.; Polacikas, M.; Sedlácek, O. Afrikinės žuvienės Nothobranchiusfurzeri – trumpiausią gyvenimo trukmę turinčio stuburinio – paplitimas, spalvų polimorfizmas ir buveinių naudojimas. J. Žuvis. Biol. 2009, 74, 198–212. [CrossRef]

5. Dodzianas, J.; Keanas, S.; Seidel, J.; Valenzano, DR Turquoise Killifish (Nothobranchius furzeri) laikymo laboratorijoje protokolas.J. Vis. Exp. 2018, 134, 57073. [CrossRef]

6. Valenzano, DR; Benayoun, BA; Singhas, PP; Zhang, E.; Eteris, PD; Hu, CK; Clément-Ziza, M.; Vilemsenas, D.; Cui, R.; Harel, I. ir kt. Afrikos turquoise Killifish genomas suteikia įžvalgų apie gyvenimo trukmės evoliuciją ir genetinę architektūrą. Ląstelė 2015,163, 1539–1554. [CrossRef]

7. Poeschla, M.; Valenzano, DR Turkis žuvis: genetiškai kontroliuojamas senėjimo tyrimo modelis. J. Exp. Biol. 2020, 223 (1 priedas), jeb209296. [CrossRef]

8. Lowery, LA; Sive, H. Pirminis zebrafish smegenų skilvelių susidarymas vyksta nepriklausomai nuo kraujotakos ir reikalauja nagie oko ir snakehead/atp1a1a.1 geno produktų. Plėtra 2005, 132, 2057–2067. [CrossRef]

9. Holzschuh, J.; Ryu, S.; Abergeris, F.; Driever, W. Dopamino transporterio ekspresija skiria dopaminerginius neuronus nuo kitų katecholaminerginių neuronų besivystančiame zebrafijos embrione. Mech. Dev. 2001, 101, 237–243. [CrossRef]

10. Tay, TL; Ronnebergeris, O.; Ryu, S.; Nitschke, R.; Driever, W. Išsami katecholaminerginės projekcijos analizė atskleidžia vieno neurono zebrafinių kylančių ir besileidžiančių dopaminerginių sistemų integraciją. Nat. Komun. 2011, 2, 171. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com