Zebrafish, Medaka και Turquoise Killifish Για την Κατανόηση των Ανθρώπινων Νευροεκφυλιστικών/Νευροαναπτυξιακών Διαταραχών Μέρος 4

Για το zebrafish, το ZFIN (Zebrafish Information Network, https://zfin.org/; πρόσβαση στις 30 Νοεμβρίου 2021) διαθέτει μια βάση δεδομένων γονιδίων zebrafish, δημιουργημένες διαγονιδιακές γραμμές και μεταλλαγμένες γραμμές.

Με τη συνεχή ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, η γενετικά τροποποιημένη τεχνολογία έχει γίνει ένα από τα σημαντικά εργαλεία στη σύγχρονη αγροτική παραγωγή. Με την αλλαγή του γενετικού υλικού των φυτών ή των ζώων, μπορούν να δημιουργηθούν περισσότερες επίκτητες ανώτερες ποικιλίες για τον άνθρωπο, επιλύοντας έτσι προβλήματα όπως η έλλειψη τροφίμων και ο υποσιτισμός. Ωστόσο, στην κοινωνία, η διαμάχη σχετικά με αυτήν την τεχνολογία εξακολουθεί να υπάρχει. Μερικοί άνθρωποι αμφιβάλλουν ότι οι γενετικά τροποποιημένες ποικιλίες θα έχουν αρνητικές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία, αλλά δεν υπάρχουν επιστημονικά στοιχεία που να υποστηρίζουν αυτήν την άποψη.

Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές ανακάλυψαν μια σχέση μεταξύ γενετικά τροποποιημένων στελεχών και μνήμης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η γενετική τροποποίηση μπορεί να βελτιώσει τη μνήμη ενός ζώου. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει διαγονιδιακή τεχνολογία για να προσαρμόσουν συγκεκριμένα γονίδια στα κύτταρα ορισμένων οργανισμών, έτσι ώστε αυτοί οι οργανισμοί να αποδίδουν καλύτερα όταν εκτελούν εργασίες μνήμης.

Επιπλέον, οι ερευνητές προσπαθούν επίσης να επεξεργαστούν γονίδια τον εγκέφαλο για να ενισχύσουν την ανθρώπινη νοημοσύνη και τις μαθησιακές ικανότητες. Ορισμένα γονίδια πιστεύεται ότι επηρεάζουν τη νοημοσύνη και την ικανότητα μάθησης ενός ατόμου, επομένως, με την επεξεργασία αυτών των γονιδίων, μπορεί κανείς να δημιουργήσει ένα βελτιστοποιημένο εγκεφαλικό σύστημα που προάγει τη βελτίωση της μνήμης και των μαθησιακών ικανοτήτων.

Φυσικά, αν και η γενετικά τροποποιημένη τεχνολογία έχει τη δυνατότητα να βελτιώσει τη μνήμη και τη νοημοσύνη των οργανισμών, η έρευνα βρίσκεται ακόμη σε προκαταρκτικά στάδια και χρειάζονται περισσότερα πειραματικά δεδομένα και επιστημονική επαλήθευση. Ταυτόχρονα, πρέπει επίσης να συνειδητοποιήσουμε ότι η ανθρώπινη νοημοσύνη και η μνήμη επηρεάζονται επίσης από πολλούς παράγοντες, όπως το περιβάλλον, η εκπαίδευση και η γενετική. Επομένως, η γενετικά τροποποιημένη τεχνολογία δεν είναι ο μόνος τρόπος επίλυσης εκπαιδευτικών και γνωστικών προβλημάτων.

Εν ολίγοις, η ανάπτυξη και η εφαρμογή γενετικά τροποποιημένης τεχνολογίας έχουν μεγάλη σημασία για τη βελτίωση της ποιότητας των οργανισμών και την αύξηση της αποδοτικότητας της παραγωγής. Δεν πρέπει να απορρίπτουμε τυφλά αυτήν την τεχνολογία, αλλά πρέπει να εξετάσουμε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτής της τεχνολογίας ορθολογικά και αντικειμενικά με βάση επιστημονικά στοιχεία και να τη χρησιμοποιήσουμε για να προωθήσουμε την ανάπτυξη της γεωργίας, της ιατρικής και της προστασίας του περιβάλλοντος. Μπορεί να φανεί ότι πρέπει να βελτιώσουμε τη μνήμη και το Cistanche deserticola μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη μνήμη, επειδή το Cistanche deserticola έχει αντιοξειδωτικά, αντιφλεγμονώδη και αντιγηραντικά αποτελέσματα, τα οποία μπορούν να βοηθήσουν στη μείωση της οξείδωσης και των φλεγμονωδών αντιδράσεων στον εγκέφαλο, προστατεύοντας έτσι τον υγεία του νευρικού συστήματος. Επιπλέον, το Cistanche deserticola μπορεί επίσης να προωθήσει την ανάπτυξη και την επισκευή των νευρικών κυττάρων, ενισχύοντας έτσι τη συνδεσιμότητα και τη λειτουργία των νευρωνικών δικτύων. Αυτά τα αποτελέσματα μπορούν να βοηθήσουν στη βελτίωση της μνήμης, της μάθησης και της ταχύτητας σκέψης και μπορεί επίσης να αποτρέψουν την ανάπτυξη γνωστικής δυσλειτουργίας και νευροεκφυλιστικών ασθενειών.

Κάντε κλικ στο Γνωρίζω για να βελτιώσετε τη βραχυπρόθεσμη μνήμη

Πολλές σειρές, συμπεριλαμβανομένων προϊόντων μεταλλαξιογένεσης ENU ή διαγονιδιακών γραμμών αναφοράς, είναι διαθέσιμες για αγορά και διαχειρίζονται από το ZIRC (Διεθνές Κέντρο Πόρων Zebrafish) ή το EZRC (Ευρωπαϊκό Κέντρο Πόρων Zebrafish).

Για το medaka, επισκεφθείτε τον ιστότοπο NBRP medakaweb (https://shigen.nig.ac.jp/medaka/top/top.jsp; πρόσβαση στις 30 Νοεμβρίου 2021) για να αναζητήσετε διάφορες μεταλλαγμένες και διαγονιδιακές γραμμές.

Επιπλέον, το NFIN (The Nothobranchius furzeriInformation Network, https://www.nothobranchius.info/; πρόσβαση στις 30 Νοεμβρίου 2021) παρέχει πληροφορίες σχετικά με εργαστηριακές διαδικασίες και μια βάση δεδομένων γονιδίων του τιρκουάζ killifish.

4. Ευκολία Εργαστηριακής Διαχείρισης και Πειραματισμού με Zebrafish, Medaka και Turquoise Killifish

Ο νευροεκφυλισμός είναι ένα φαινόμενο που χαρακτηρίζεται από την προοδευτική απώλεια νευρώνων και η νόσος Alzheimer, η νόσος του Parkinson και η αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση είναι οι κύριες νευροεκφυλιστικές ασθένειες μεταξύ των ανθρώπων.

Είναι προοδευτικές ασθένειες με σχετικά αργή χρόνια κλινική πορεία και οι εγκέφαλοι εμφανίζουν μη φυσιολογική εναπόθεση πρωτεϊνών. Κάθε νευροεκφυλιστική ασθένεια έχει μια σχετικά επιλεκτική απώλεια νευρώνων. για παράδειγμα, οι ντοπαμινεργικοί νευρώνες και το αυτόνομο νευρικό σύστημα είναι ευάλωτα στη νόσο του Πάρκινσον και το σύστημα των κινητικών νευρώνων χάνεται επιλεκτικά στην αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση [67].

Πρόσφατα, έχει γίνει πολλή έρευνα για τις νευροεκφυλιστικές ασθένειες χρησιμοποιώντας τα πλεονεκτήματα των μικρών ψαριών. Για τη δημιουργία και την ανάλυση μοντέλων ασθενειών, μπορεί να χρησιμοποιηθεί φαρμακευτική αγωγή με νευροτοξικές χημικές ουσίες, άμεση μικροέγχυση μη φυσιολογικών πρωτεϊνών, εξουδετέρωση γονιδίων που σχετίζονται με νόσο και εισαγωγή μεταλλαγμένων γονιδίων.

Για μελέτες για τη νόσο του Αλτσχάιμερ, έχουν αναφερθεί ταυ διαγονιδιακά ζέβρα [68,69] και ζέβρα με άμεση μικροέγχυση Α [70,71].

Για μελέτες αμυοτροφικής πλευρικής σκλήρυνσης, έχουν χρησιμοποιηθεί μοντέλα ψαριών ζέβρα που σχετίζονται με TDP-43-, SOD1-ή C9orf72- για την ανάλυση της παθογένεσης και τη διαλογή για νέα φάρμακα [30,72-76]. Εδώ, συζητάμε τη νόσο του Πάρκινσον. για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με άλλες νευροεκφυλιστικές ασθένειες, δείτε άλλες ανασκοπήσεις [77,78].

4.1. Zebrafish και Medaka Models of Parkinson's Disease
Η νόσος του Πάρκινσον είναι συχνή στους ηλικιωμένους και χαρακτηρίζεται από προοδευτική κινητική δυσλειτουργία, απώλεια ντοπαμινεργικών νευρώνων στη μέλαινα ουσία, θετικά στη άλφα συνουκλεΐνη σωμάτια εγκλεισμού που ονομάζονται σώματα Lewy.

Εμείς και άλλοι έχουμε χρησιμοποιήσει μια ποικιλία μικρών ψαριών για να μελετήσουμε την παθογένεση της νόσου του Πάρκινσον. Τοξίνες όπως 1-μεθυλ-4-φαινυλ-1, 2,3,6-τετραϋδροπυριδίνη (MPTP), 6-υδροξυντοπαμίνη (6-OHDA) και Η ροτενόνη είναι γνωστό ότι είναι τοξική για τους ντοπαμινεργικούς νευρώνες σε διάφορα ζωικά μοντέλα.

Το MPTP είναι μια νευροτοξίνη που προκαλεί συμπτώματα που μοιάζουν με τη νόσο του Πάρκινσον σε διάφορα ζώα, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων. Μεταβολίζεται σε 1-μεθυλ-4-φαινυλοπυριδίνιο (MPP+) σε νευρογλοιακά κύτταρα και στη συνέχεια ενσωματώνεται από ντοπαμινεργικούς νευρώνες μέσω μεταφορέων ντοπαμίνης και αναστέλλει τη δραστηριότητα της μιτοχονδριακής αναπνευστικής αλυσίδας. Λόγω αυτής της μεταβολικής οδού, οι ντοπαμινεργικοί νευρώνες καταστρέφονται επιλεκτικά [79,80].

Το MPTP προκαλεί επίσης συμπτώματα που μοιάζουν με τη νόσο του Πάρκινσον στο medaka. Η διατήρηση των προνυμφών medaka σε νερό που περιέχει MPTP προκαλεί γρήγορα μείωση της αυθόρμητης κίνησης κολύμβησης και απώλεια ντοπαμινεργικών νευρώνων στον διεγκέφαλο [81].

Η έκθεση σε MPTP έχει επίσης πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας προνύμφες ψαριών ζέβρα και ενήλικες. Αυτές οι μελέτες έχουν δείξει την επίδραση του MPTP στην κίνηση και στους ντοπαμινεργικούς νευρώνες [82-87].

6-Το OHDA μπορεί να προσληφθεί από τον μεταφορέα της ντοπαμίνης, με αποτέλεσμα οξειδωτικό στρες και επιλεκτική βλάβη στους ντοπαμινεργικούς νευρώνες. 6-Το OHDA, όταν χορηγείται απευθείας στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό, προκαλεί επίσης απώλεια νευρώνων ντοπαμίνης και μείωση των αυθόρμητων κινήσεων κολύμβησης inmedaka [88].

Η έγχυση 6-OHDA στον κοιλιακό διεγκέφαλο του ενήλικου zebrafishor διατηρώντας τις προνύμφες του zebrafish σε νερό που περιέχει 6-OHDA μπορεί να προκαλέσει μείωση των ινδοπαμινεργικών νευρώνων και εξασθενημένες κινήσεις κολύμβησης [89-92].

Η διατήρηση των νυμφών ζέβρα σε νερό που περιέχει ροτενόνη προκαλεί επίσης μείωση της ντοπαμίνης και εξασθενημένες κινήσεις κολύμβησης [93,94]. Άλλες χημικές ουσίες, συμπεριλαμβανομένων των αναστολέων του πρωτεασώματος [88], του χλωριούχου αμμωνίου ή της τουνικαμυκίνης [95], μπορούν να προκαλέσουν τη φαινοτυποποίηση που μοιάζει με τη νόσο του Πάρκινσον στα μικρά ψάρια. Αυτά τα μοντέλα που προκαλούνται από τοξίνες μπορεί να είναι χρήσιμα για την έρευνα της νόσου του Πάρκινσον και τον έλεγχο φαρμάκων.

Στη συνέχεια, θα εισαγάγουμε γενετικά μοντέλα της νόσου του Πάρκινσον χρησιμοποιώντας zebrafish καιmedaka. Είναι εκπληκτικά δύσκολο να προσομοιωθεί η ανθρώπινη νόσος του Πάρκινσον με γενετική χειραγώγηση σε ποντίκια, που είναι ένα από τα πιο αντιπροσωπευτικά ζώα-μοντέλα.

Για παράδειγμα, ακόμη και σε ποντίκια με τριπλό νοκ άουτ με Parkin, PINK1 και DJ-1, τα γονιδιακά προϊόντα που ευθύνονται για την αυτοσωματική υπολειπόμενη οικογενή νόσο του Πάρκινσον, δεν υπάρχει απώλεια ντοπαμινεργικού νευρώνα [96].

Παρόμοια με τα ποντίκια, το Parkin ή το Pink1 single knockout medaka δεν εμφανίζει απώλεια ντοπαμινεργικών κυττάρων [97,98]. Αναλύσαμε το Parkin και το Pink1 double knockout medaka και βρήκαμε ότι σημειώθηκε απώλεια ντοπαμινεργικών νευρώνων, η οποία δεν παρατηρήθηκε σε μεμονωμένα ψάρια νοκ-άουτ [98]. Στην περίπτωση του ψαριού ζέβρα, μια μόνο εξάντληση του Pink1 είναι αρκετή για να προκαλέσει την απώλεια ντοπαμινεργικών νευρώνων [99-101].

Έχουν επίσης δημιουργηθεί μοντέλα DJ-1 knockout zebrafish και medaka, τα οποία χρειάζονται περαιτέρω παθολογικές αξιολογήσεις, αλλά είναι πολλά υποσχόμενα για την παραγωγή νέων μοντέλων ψαριών της νόσου του Πάρκινσον [102-105].

Το ATP13A2 είναι ένα άλλο γονιδιακό προϊόν που είναι υπεύθυνο για τον αυτοσωμικό υπολειπόμενο πρώιμο παρκινσονισμό, ο οποίος χαρακτηρίζεται από ανταπόκριση στη λεβοντόπα, υπερπυρηνική γκαζεπάλη, πυραμιδικά σημεία και άνοια [106].

Δημιουργήσαμε το μεταλλαγμένο medaka Atp13a2, το οποίο παρουσιάζει μια μετάλλαξη παρόμοια με αυτή που παρατηρείται σε ανθρώπους ασθενείς και αυτό το ψάρι παρουσιάζει απώλεια ντοπαμινεργικών νευρώνων με μείωση της δραστηριότητας της καθεψίνης D και σχηματισμό εγκλεισμού που μοιάζει με δακτυλικό αποτύπωμα [107].

Το Atp13a2 knockout zebrafish παρουσιάζει επίσης παρόμοιους φαινότυπους [108]. Το GBA, το οποίο είναι επίσης το αιτιολογικό γονίδιο της νόσου Gaucher, είναι ένα από τα γονίδια υψηλού κινδύνου για τη νόσο του Parkinson, και το Gba knockout medaka και το zebrafish εμφανίζουν όχι μόνο νευροεκφυλισμό της ντοπαμίνης, αλλά επίσης συσσώρευση [109-111].

Οι μεταλλάξεις LRRK2 είναι μια σχετικά συχνή αιτία αυτοσωμικής επικρατούσας οικογενούς νόσου του Πάρκινσον και σχετίζονται επίσης με την ιδιοπαθή νόσο του Πάρκινσον [112,113]. Υπάρχει δυσκολία στην κατανόηση μιας τέτοιας αυτοσωμικής επικρατούσας νόσου, επειδή μπορεί να μην είναι ξεκάθαρο εάν η απώλεια της φυσιολογικής λειτουργίας του γονιδίου είναι μια κύρια αιτία του φαινοτύπου ή εάν η αύξηση της τοξικής λειτουργίας μπορεί να εξηγήσει την ασθένεια.

Έχουν υπάρξει αρκετά μοντέλα ψαριών ζέβρα του Lrrk2, αλλά θα περιμένουμε περαιτέρω αξιολογήσεις και συνεπή ευρήματα [114-117].

Με αυτόν τον τρόπο, διάφορα μοντέλα της νόσου του Πάρκινσον μπορούν να δημιουργηθούν με τη θεραπεία του ψαριού zebra ή του medaka με χημικές ουσίες ή με τη διεξαγωγή γενετικής τροποποίησης του γονιδιώματος zebrafishor medaka.

Αυτά τα μοντέλα είναι πολύ χρήσιμα για την ανάλυση της λειτουργίας των μορίων που σχετίζονται με τη νόσο του Πάρκινσον in vivo και για την κατανόηση της παθοφυσιολογίας της ανθρώπινης νόσου του Πάρκινσον.

Επιπλέον, έχει ήδη χρησιμοποιηθεί ευρέως στον τομέα της ανακάλυψης φαρμάκων. Ο προσυμπτωματικός έλεγχος υψηλής απόδοσης χρησιμοποιώντας τα χαρακτηριστικά του ψαριού ζέβρα έχει πάρει πολλές ενώσεις με τη δυνατότητα να βελτιώσουν την παθολογία της νόσου του Πάρκινσον.

Ανατρέξτε στην πρόσφατη ανασκόπηση για την ανακάλυψη φαρμάκων για μείζονες νευροεκφυλιστικές ασθένειες συμπεριλαμβανομένης της νόσου του Πάρκινσον [77]. Φυσικά, ένας περιορισμός της χρήσης μικρών ψαριών ως μοντέλων ζώων είναι ότι μπορεί να υπάρχει ασυμφωνία μεταξύ ψαριών και ανθρώπων.

Όπως συμβαίνει με τις περισσότερες ανθρώπινες ασθένειες, η εμφάνιση της νόσου περιπλέκεται από διάφορους παράγοντες, όπως η γήρανση, οι περιβαλλοντικοί παράγοντες και οι πολυπαραγοντικές γενετικές επιδράσεις.

Επομένως, θα πρέπει να εξετάσουμε προσεκτικά διάφορα μοντέλα, συμπεριλαμβανομένων κυτταρικών σειρών, μικρών ψαριών ή θηλαστικών και είναι επίσης σημαντικό να διερευνήσουμε ανθρώπινα δείγματα. Πηγαίνοντας μεταξύ μοντέλων, όπως δείγματα ψαριών και ανθρώπων, μπορούμε να κατανοήσουμε την ανθρώπινη παθολογία πιο αξιόπιστα.

4.2. Ιδιοπαθείς φαινότυποι της νόσου του Πάρκινσον που εμφανίζονται στο Turquoise Killifish

Στη συνέχεια, επικεντρωθήκαμε στα τιρκουάζ θανατηφόρα ψάρια για να κατανοήσουμε την ιδιοπαθή νόσο του Πάρκινσον, η οποία δεν είναι κληρονομική και αποτελεί το 90-95% όλων των περιπτώσεων νόσου του Πάρκινσον. Το turquoisekillifish είναι ένα μικρό είδος ψαριού που ζει σε λίμνες, βάλτους και λακκούβες στη Μοζαμβίκη και σε άλλες χώρες [7].

Ο βιότοπός του έχει μια μακρά περίοδο ξηρασίας και μια σύντομη περίοδο βροχών, και κατά τη διάρκεια της ξηρής περιόδου, το νερό στο οποίο ζει το τιρκουάζ θανάσιμο ψάρι στεγνώνει και τα ενήλικα ψάρια δεν μπορούν να επιβιώσουν.

Ωστόσο, μπόρεσε να επιβιώσει ως είδος υιοθετώντας την ιστορία της ζωής στην οποία γεννά αυγά ανθεκτικά στην ξηρασία στο έδαφος, τα οποία εκκολάπτονται κατά την επόμενη ή μελλοντική περίοδο βροχών.

Σε έναν τέτοιο κύκλο ζωής, η θετική πίεση επιλογής για αντιγήρανση δεν λειτουργεί [118]. Πιθανότατα, τα τιρκουάζ killifish έχουν μικρή διάρκεια ζωής και εμφανίζουν φαινότυπο γήρανσης σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα.

Συγκεκριμένα, η διάρκεια ζωής των τιρκουαζοκίλιων είναι περίπου τέσσερις έως έξι μήνες και περίπου στην ηλικία των τριών μηνών, παρουσιάζουν διάφορα σημάδια γήρανσης, όπως ατροφία οργάνων, καμπυλότητα σπονδυλικής στήλης και αυξημένα επίπεδα βήτα-γαλακτοσιδάσης που σχετίζεται με τη γήρανση [119-121].

Αν και η νόσος του Πάρκινσον συνδέεται στενά με τη γήρανση στον άνθρωπο, τα περισσότερα πειραματόζωα μπορεί να μην παρουσιάζουν επαρκή φαινότυπο ασθένειας κατά τη γήρανση. Βρήκαμε ότι το τιρκουάζ killifish παρουσιάζει εκφυλισμό των ντοπαμινεργικών και νοραδρενεργικών νευρώνων και την εξέλιξη της παθολογίας της άλφα-συνουκλεΐνης με τη γήρανση [122]. Αυτοί οι παθολογικοί φαινότυποι είναι παρόμοιοι με αυτούς που παρατηρούνται στη νόσο του Πάρκινσον στον άνθρωπο.

Η γενετική εξάντληση της άλφα-συνουκλεΐνης από το σύστημα CRISPR-Cas9 βελτιώνει τον νευροεκφυλισμό, υποδηλώνοντας ότι η άλφα-συνουκλεΐνη δεν είναι παρευρισκόμενος στην παθογένεση της νόσου του Πάρκινσον, αλλά είναι μια πρωτεΐνη που προκαλεί νευροεκφυλισμό.

Το τιρκουάζ killifish έχει τη δυνατότητα να αποκαλύψει τους μηχανισμούς της νόσου του Πάρκινσον, ειδικά την πλειονότητα των περιπτώσεων ιδιοπαθούς νόσου του Πάρκινσον. Αυτό το μοναδικό ψάρι θα είναι επίσης χρήσιμο για άλλες διαταραχές που σχετίζονται με την ηλικία στον εγκέφαλο και σε άλλα όργανα.

For more information:1950477648nn@gmail.com