Zebrafish, Medaka un Tirquoise Killifish, lai izprastu cilvēka neirodeģeneratīvos / neirodeģeneratīvos traucējumus, 4. daļa

Attiecībā uz zebraziviem ZFIN (Zebrafish Information Network, https://zfin.org/; piekļūts 2021. gada 30. novembrī) ir zebrafish gēnu, izveidoto transgēnu līniju un mutantu līniju datubāze.

Nepārtraukti attīstoties zinātnei un tehnoloģijām, ģenētiski modificētās tehnoloģijas ir kļuvušas par vienu no svarīgiem instrumentiem mūsdienu lauksaimniecības ražošanā. Mainot augu vai dzīvnieku ģenētisko materiālu, cilvēkiem var izveidot vairāk iegūtas labākas šķirnes, tādējādi risinot tādas problēmas kā pārtikas trūkums un nepietiekams uzturs. Tomēr sabiedrībā joprojām pastāv strīdi par šo tehnoloģiju. Daži cilvēki šaubās, ka ģenētiski modificētām šķirnēm būs negatīva ietekme uz cilvēku veselību, taču nav zinātnisku pierādījumu, kas apstiprinātu šo viedokli.

Pēdējos gados pētnieki ir atklājuši saikni starp ģenētiski modificētiem celmiem un atmiņu. Dažos gadījumos ģenētiskā modifikācija var uzlabot dzīvnieka atmiņu. Piemēram, zinātnieki ir izmantojuši transgēnu tehnoloģiju, lai noteiktu organismu šūnās pielāgotu konkrētus gēnus, lai šie organismi labāk veiktu atmiņas uzdevumus.

Turklāt pētnieki arī mēģina ģenētiski rediģēt smadzenes, lai uzlabotu cilvēka intelektu un mācīšanās spējas. Tiek uzskatīts, ka daži gēni ietekmē cilvēka intelektu un mācīšanās spējas, tāpēc, rediģējot šos gēnus, var izveidot optimizētu smadzeņu sistēmu, kas veicina atmiņas un mācīšanās spēju uzlabošanos.

Protams, lai gan ģenētiski modificētajai tehnoloģijai ir potenciāls uzlabot organismu atmiņu un intelektu, pētījumi joprojām ir sākotnējā stadijā un ir vajadzīgi vairāk eksperimentālu datu un zinātniskas pārbaudes. Tajā pašā laikā mums ir arī jāsaprot, ka cilvēka intelektu un atmiņu ietekmē arī daudzi faktori, piemēram, vide, izglītība un ģenētika. Tāpēc ģenētiski modificētās tehnoloģijas nav vienīgais veids, kā atrisināt izglītības un izziņas problēmas.

Īsāk sakot, ģenētiski modificēto tehnoloģiju izstrādei un pielietošanai ir liela nozīme organismu kvalitātes uzlabošanā un ražošanas efektivitātes paaugstināšanā. Mums nevajadzētu akli noraidīt šo tehnoloģiju, bet gan racionāli un objektīvi, pamatojoties uz zinātniskiem pierādījumiem, aplūkot šīs tehnoloģijas priekšrocības un trūkumus un izmantot to, lai veicinātu lauksaimniecības, medicīnas un vides aizsardzības attīstību. Var redzēt, ka mums ir jāuzlabo atmiņa, un Cistanche deserticola var ievērojami uzlabot atmiņu, jo Cistanche deserticola piemīt antioksidanta, pretiekaisuma un pretnovecošanās iedarbība, kas var palīdzēt samazināt oksidācijas un iekaisuma reakcijas smadzenēs, tādējādi aizsargājot nervu sistēmas veselība. Turklāt Cistanche deserticola var arī veicināt nervu šūnu augšanu un atjaunošanos, tādējādi uzlabojot neironu tīklu savienojamību un darbību. Šie efekti var palīdzēt uzlabot atmiņu, mācīšanos un domāšanas ātrumu, kā arī var novērst kognitīvo disfunkciju un neirodeģeneratīvo slimību attīstību.

Noklikšķiniet uz Zināt, lai uzlabotu īstermiņa atmiņu

Daudzas līnijas, tostarp ENU mutaģenēzes produkti vai transgēnās reportieru līnijas, ir pieejamas iegādei, un tās pārvalda ZIRC (Zebrafish Starptautiskais resursu centrs) vai EZRC (Eiropas Zebrafish Resource Center).

Medaka gadījumā, lūdzu, apmeklējiet NBRP medaka vietni (https://shigen.nig.ac.jp/medaka/top/top.jsp; piekļūts 2021. gada 30. novembrī), lai meklētu dažādas mutantu un transgēnu līnijas.

Turklāt NFIN (The Nothobranchius furzeriInformation Network, https://www.nothobranchius.info/; piekļūts 2021. gada 30. novembrī) sniedz informāciju par laboratorijas procedūrām un tirkīza kauliņu gēnu datubāzi.

4. Vienkārša laboratorijas pārvaldība un eksperimentēšana ar zebrafish, medaka un tirquoise killifish

Neirodeģenerācija ir parādība, ko raksturo progresējošs neironu zudums, un Alcheimera slimība, Parkinsona slimība un amiotrofiskā laterālā skleroze ir galvenās cilvēku neirodeģeneratīvās slimības.

Tās ir progresējošas slimības ar salīdzinoši lēnu hronisku klīnisko gaitu, un smadzenēs ir novērojama patoloģiska olbaltumvielu nogulsnēšanās. Katrai neirodeģeneratīvai slimībai ir relatīvi selektīvs neironu zudums; piemēram, dopamīnerģiskie neironi un autonomā nervu sistēma ir neaizsargāti Parkinsona slimības gadījumā, un motoro neironu sistēma selektīvi tiek zaudēta amiotrofiskās laterālās sklerozes gadījumā [67].

Pēdējā laikā ir daudz pētījumu par neirodeģeneratīvām slimībām, izmantojot mazo zivju izdevīgās īpašības. Lai ģenerētu un analizētu slimību modeļus, var izmantot zāļu ārstēšanu ar neirotoksiskām ķīmiskām vielām, tiešu patoloģisku olbaltumvielu mikroinjekciju, ar slimību saistīto gēnu izslēgšanu un mutācijas gēnu ievadīšanu.

Alcheimera slimības pētījumos ir ziņots par tau transgēnu zebrazi [68, 69] un zebrazi ar tiešu A mikroinjekciju [70, 71].

Amiotrofiskās laterālās sklerozes pētījumos ar TDP-43-, SOD1- vai C9orf72- saistītie zebrafish modeļi tika izmantoti, lai analizētu patoģenēzi un meklētu jaunas zāles [30, 72–76]. Šeit mēs apspriežam Parkinsona slimību; Plašāku informāciju par citām neirodeģeneratīvām slimībām skatiet citos pārskatos [77,78].

4.1. Zebrafish un Medaka Parkinsona slimības modeļi
Parkinsona slimība ir izplatīta gados vecākiem cilvēkiem, un tai ir raksturīgi progresējoši motoriskie traucējumi, dopamīnerģisko neironu zudums nigrā, andalfa-sinukleīna pozitīvi iekļaušanas ķermeņi, ko sauc par Lūija ķermeņiem.

Mēs un citi esam izmantojuši dažādas mazas zivis, lai pētītu Parkinsona slimības patoģenēzi. Toksīni, piemēram, 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridīns (MPTP), 6-hidroksidopamīns (6-OHDA) un Ir zināms, ka rotenons ir toksisks dopamīnerģiskiem neironiem dažādos dzīvnieku modeļos.

MPTP ir neirotoksīns, kas dažādiem dzīvniekiem, tostarp cilvēkiem, izraisa Parkinsona slimībai līdzīgus simptomus. Tas tiek metabolizēts par 1-metil-4-fenilpiridīniju (MPP+) glia šūnās un pēc tam tiek iekļauts dopamīnerģiskos neironos, izmantojot dopamīna transportētājus, un inhibē mitohondriju elpošanas ķēdes aktivitāti. Šī vielmaiņas ceļa dēļ dopamīnerģiskie neironi tiek selektīvi bojāti [79,80].

MPTP arī izraisa Parkinsona slimībai līdzīgus simptomus medakā. Medakas kāpuru turēšana MPTP saturošā ūdenī ātri izraisa spontānas peldēšanas kustības samazināšanos un dopamīnerģisko neironu zudumu diencephalonā [81].

MPTP iedarbība ir veikta arī, izmantojot zebrafish kāpurus un pieaugušos. Šie pētījumi ir parādījuši MPTP ietekmi uz kustību un dopamīnerģiskiem neironiem [82–87].

6-OHDA var uzņemt dopamīna transportētājs, izraisot oksidatīvo stresu un selektīvus dopamīnerģiskos neironus. 6-OHDA, ievadot tieši cerebrospinālajā šķidrumā, arī izraisa dopamīna neironu zudumu un spontānu peldēšanas kustību samazināšanos [88].

6-OHDA injekcija pieauguša zebrafišora ventrālajā diencephalonā, turot zebrazivs kāpurus 6-OHDA saturošā ūdenī, var izraisīt indopamīnerģisko neironu samazināšanos un peldēšanas kustību traucējumus [89–92].

Zebrafish kāpuru turēšana rotenonu saturošā ūdenī arī izraisa dopamīna samazināšanos un peldēšanas kustību traucējumus [93,94]. Citas ķīmiskas vielas, tostarp proteasomu inhibitori [88], amonija hlorīds vai tunikamicīns [95], mazās zivīs var izraisīt Parkinsona slimībai līdzīgus fenotipus. Šie toksīnu izraisītie modeļi var būt noderīgi Parkinsona slimības izpētē un zāļu skrīningā.

Tālāk mēs iepazīstināsim ar Parkinsona slimības ģenētiskajiem modeļiem, izmantojot zebrafish datuaka. Ir pārsteidzoši grūti simulēt cilvēka Parkinsona slimību ar ģenētiskām manipulācijām pelēm, kas ir viens no reprezentatīvākajiem dzīvnieku paraugiem.

Piemēram, pat trīskāršās nokautas pelēm ar Parkin, PINK1 un DJ-1, gēnu produktiem, kas ir atbildīgi par autosomāli recesīvo ģimenes Parkinsona slimību, nav dopamīnerģisko neironu zuduma [96].

Līdzīgi kā pelēm, Parkin vai Pink1 viena nokauta medaka neuzrāda dopamīnerģisko šūnu zudumu [97, 98]. Mēs analizējām Parkin un Pink1 dubulto nokautu medaku un atklājām, ka ir noticis dopamīnerģisko neironu zudums, kas netika novērots atsevišķām nokautajām zivīm [98]. Zebrafish gadījumā pietiek ar vienu Pink1 izsīkumu, lai izraisītu dopamīnerģisko neironu zudumu [99–101].

Ir izveidoti arī DJ-1 nokautu zebrazivju un medakas modeļi, kuriem nepieciešami turpmāki patoloģiski novērtējumi, taču tie ir daudzsološi jaunu Parkinsona slimības zivju modeļu ražošanai [102–105].

ATP13A2 ir vēl viens gēnu produkts, kas ir atbildīgs par autosomāli recesīvu agrīnu parkinsonismu, kam raksturīga reakcija uz levodopu, supranukleāra gazepalīze, piramīdveida pazīmes un demence [106].

Mēs izveidojām Atp13a2 mutantu medaku, kas uzrāda mutāciju, kas ir līdzīga tai, kas novērota cilvēkiem, un šai zivij ir vērojams dopamīnerģisko neironu zudums ar katepsīna D aktivitātes samazināšanos un pirkstu nospiedumiem līdzīgu iekļaušanas ķermeņa veidošanos [107].

Atp13a2 nokautajām zebrazivīm arī ir līdzīgi fenotipi [108]. GBA, kas ir arī Gošē slimības izraisītājs, ir viens no augsta riska gēniem foridiopātiskās Parkinsona slimības gadījumā, un Gba knockout medaka un zebrafish uzrāda ne tikai dopamīnerģisku alfadeģenerāciju. uzkrāšanās [109–111].

LRRK2 mutācijas ir salīdzinoši izplatīts autosomāli dominējošās ģimenes Parkinsona slimības cēlonis, un tās ir saistītas arī ar idiopātisko Parkinsona slimību [112,113]. Ir grūti izprast šādu autosomāli dominējošu slimību, jo var nebūt skaidrs, vai gēna normālas funkcijas zudums ir galvenais fenotipa cēlonis, vai toksiskās funkcijas palielināšanās var izskaidrot slimību.

Ir bijuši vairāki Lrrk2 zebrafish modeļi, taču mēs gaidīsim turpmākus novērtējumus un konsekventus secinājumus [114–117].

Tādā veidā var izveidot dažādus Parkinsona slimības modeļus, apstrādājot zebrazi vai medaku ar ķīmiskām vielām vai veicot zebrafishor medaka genoma ģenētisko modifikāciju.

Šie modeļi ir ļoti noderīgi, lai analizētu ar Parkinsona slimību saistīto molekulu funkcijas in vivo un izprastu cilvēka Parkinsona slimības patofizioloģiju.

Turklāt tas jau ir plaši izmantots narkotiku atklāšanas jomā. Augstas caurlaidības skrīnings, izmantojot zebrafish īpašības, ir ieguvis daudzus savienojumus, kas var uzlabot Parkinsona slimības patoloģiju.

Lūdzu, skatiet neseno pārskatu par zāļu atklāšanu galvenajām neirodeģeneratīvām slimībām, tostarp Parkinsona slimībai [77]. Protams, viens no ierobežojumiem, izmantojot mazas zivis kā paraugdzīvniekus, ir tas, ka var būt neatbilstība starp zivīm un cilvēkiem.

Tāpat kā lielākajā daļā cilvēku slimību, slimības sākšanos sarežģī vairāki faktori, piemēram, novecošana, vides faktori un daudzfaktoru ģenētiskā ietekme.

Tāpēc mums rūpīgi jāpārbauda dažādi modeļi, tostarp šūnu līnijas, mazas zivis vai zīdītāji, un ir svarīgi arī izpētīt cilvēku paraugus. Pārejot uz priekšu un atpakaļ starp modeļiem, piemēram, zivju un cilvēku paraugiem, mēs varam uzticamāk izprast cilvēka patoloģiju.

4.2. Idiopātiskās Parkinsona slimības fenotipi, kas novēroti tirkīza kallifish

Tālāk mēs koncentrējāmies uz tirkīza kauliņu, lai izprastu idiopātisko Parkinsona slimību, kas nav iedzimta un veido 90–95% no visiem Parkinsona slimības gadījumiem. Tirkīzekillifish ir neliela zivju suga, kas dzīvo dīķos, purvos un peļķēs Mozambikā un citās valstīs [7].

Tās dzīvotnē ir gara sausā sezona un īsa lietus sezona, un sausajā sezonā ūdens, kurā dzīvo tirkīzzilā, izžūst, un pieaugušās zivis nevar izdzīvot.

Tomēr tas ir spējis izdzīvot kā suga, pārņemot dzīvības vēsturi, kurā tas nārsto augsnē pret sausumu izturīgas olas, kuras izšķiļas nākamajā vai nākamajā lietus sezonā.

Šādā dzīves ciklā pozitīvs atlases spiediens pret novecošanos nedarbojas [118]. Visticamāk, tirkīza slepkavām ir īss dzīves ilgums, un tām ir novecojošs fenotips ļoti īsā laika periodā.

Konkrētāk, tirkīza zivju dzīves ilgums ir aptuveni četri līdz seši mēneši, un aptuveni trīs mēnešu vecumā tām ir dažādas novecošanas pazīmes, tostarp orgānu atrofija, mugurkaula izliekums un paaugstināts ar novecošanos saistītās beta-galaktozidāzes līmenis [119–121].

Lai gan Parkinsona slimība ir cieši saistīta ar cilvēku novecošanos, lielākajai daļai eksperimentālo dzīvnieku novecošanas laikā var nebūt pietiekami daudz slimības fenotipa. Mēs esam noskaidrojuši, ka tirkīza slepkavība uzrāda dopamīnerģisko un noradrenerģisko neironu deģenerāciju un alfa-sinukleīna patoloģijas progresēšanu līdz ar novecošanos [122]. Šie patoloģiskie fenotipi ir līdzīgi tiem, kas novēroti cilvēka Parkinsona slimības gadījumā.

Alfa-sinukleīna ģenētiskā samazināšanās, ko veic CRISPR-Cas9 sistēma, uzlabo neirodeģenerāciju, kas liecina, ka alfa-sinukleīns nav Parkinsona slimības patoģenēzes novērotājs, bet gan ir neirodeģenerācijas izraisītājs.

Tirkīza kauliņa var atklāt Parkinsona slimības mehānismus, īpaši lielāko daļu idiopātiskās Parkinsona slimības gadījumu. Šī unikālā zivs noderēs arī citiem ar vecumu saistītiem traucējumiem smadzenēs un citos orgānos.

For more information:1950477648nn@gmail.com