Seeprakala, medaka ja turkoosi killifish ihmisen neurodegeneratiivisten/hermoston kehityshäiriöiden ymmärtämiseen, osa 4

Seeprakalaa varten ZFIN:llä (Zebrafish Information Network, https://zfin.org/; käytetty 30. marraskuuta 2021) on tietokanta seeprakalan geeneistä, luoduista siirtogeenisistä linjoista ja mutanttilinjoista.

Tieteen ja tekniikan jatkuvan kehityksen myötä geneettisesti muunnetusta teknologiasta on tullut yksi tärkeimmistä työkaluista nykyaikaisessa maataloustuotannossa. Kasvien tai eläinten geneettistä materiaalia muuttamalla voidaan luoda enemmän hankittuja parempia lajikkeita ihmisille, mikä ratkaisee ongelmia, kuten ruokapulaa ja aliravitsemusta. Yhteiskunnassa tästä tekniikasta on kuitenkin edelleen kiistaa. Jotkut ihmiset epäilevät, että geneettisesti muunnetuilla lajikkeilla olisi kielteisiä vaikutuksia ihmisten terveyteen, mutta tämän näkemyksen tueksi ei ole tieteellistä näyttöä.

Viime vuosina tutkijat ovat löytäneet yhteyden geneettisesti muunnettujen kantojen ja muistin välillä. Joissakin tapauksissa geneettinen muuntaminen voi parantaa eläimen muistia. Tiedemiehet ovat esimerkiksi käyttäneet siirtogeenistä tekniikkaa säätääkseen tiettyjä geenejä tiettyjen organismien soluissa, jotta nämä organismit suoriutuisivat paremmin muistitehtävistä.

Lisäksi tutkijat yrittävät myös geenimuokkailla aivoja parantaakseen ihmisen älykkyyttä ja oppimiskykyjä. Joidenkin geenien uskotaan vaikuttavan ihmisen älykkyyteen ja oppimiskykyyn, joten muokkaamalla näitä geenejä voidaan luoda optimoitu aivojärjestelmä, joka edistää muistin ja oppimiskykyjen paranemista.

Vaikka geneettisesti muunnetulla teknologialla on potentiaalia parantaa organismien muistia ja älykkyyttä, tutkimus on tietysti vielä alkuvaiheessa ja tarvitaan lisää kokeellisia tietoja ja tieteellistä todentamista. Samalla meidän on myös ymmärrettävä, että ihmisen älykkyyteen ja muistiin vaikuttavat myös monet tekijät, kuten ympäristö, koulutus ja genetiikka. Siksi geneettisesti muunneltu tekniikka ei ole ainoa tapa ratkaista koulutus- ja kognitiivisia ongelmia.

Lyhyesti sanottuna muuntogeenisen teknologian kehittämisellä ja soveltamisella on suuri merkitys organismien laadun parantamisessa ja tuotannon tehokkuuden lisäämisessä. Meidän ei pitäisi sokeasti hylätä tätä tekniikkaa, vaan meidän tulee tarkastella tämän tekniikan etuja ja haittoja järkevästi ja objektiivisesti tieteellisiin todisteisiin perustuen ja käyttää sitä maatalouden, lääketieteen ja ympäristönsuojelun kehityksen edistämiseen. Voidaan nähdä, että meidän on parannettava muistia, ja Cistanche deserticola voi parantaa merkittävästi muistia, koska Cistanche deserticolalla on antioksidanttisia, anti-inflammatorisia ja ikääntymistä estäviä vaikutuksia, jotka voivat auttaa vähentämään hapettumista ja tulehdusreaktioita aivoissa ja siten suojaamaan hermoston terveyttä. Lisäksi Cistanche deserticola voi myös edistää hermosolujen kasvua ja korjausta, mikä parantaa hermoverkkojen yhteyksiä ja toimintaa. Nämä vaikutukset voivat auttaa parantamaan muistia, oppimista ja ajattelunopeutta ja voivat myös estää kognitiivisten toimintahäiriöiden ja hermostoa rappeuttavien sairauksien kehittymistä.

Napsauta Know-painiketta parantaaksesi lyhytaikaista muistia

Monet linjat, mukaan lukien ENU-mutageneesituotteet tai siirtogeeniset reportterilinjat, ovat ostettavissa, ja niitä hallinnoi ZIRC (Zebrafish International Resource Center) tai EZRC (European Zebrafish Resource Center).

Jos kyseessä on medaka, vieraile NBRP-medaka-verkkosivustolla (https://shigen.nig.ac.jp/medaka/top/top.jsp; käytetty 30. marraskuuta 2021) etsiäksesi erilaisia ​​mutantteja ja siirtogeenisiä linjoja.

Lisäksi NFIN (The Nothobranchius furzeriInformation Network, https://www.nothobranchius.info/; kirjattu 30.11.2021) tarjoaa tietoa laboratoriomenetelmistä ja turkoosin kaljan geenitietokannan.

4. Laboratorion hallinta ja kokeilu seeprakalan, medakan ja turkoosin killifishin kanssa

Neurodegeneraatio on ilmiö, jolle on tunnusomaista neuronien asteittainen häviäminen ja Alzheimerin tauti, Parkinsonin tauti ja amyotrofinen lateraaliskleroosi ovat tärkeimpiä hermoston rappeuttavia sairauksia ihmisillä.

Ne ovat eteneviä sairauksia, joilla on suhteellisen hidas krooninen kliininen kulku, ja aivoissa on epänormaalia proteiinin kertymistä. Jokaisella neurodegeneratiivisella sairaudella on suhteellisen selektiivinen hermosolujen menetys; esimerkiksi dopaminergiset hermosolut ja autonominen hermosto ovat haavoittuvia Parkinsonin taudissa, ja motoriset hermosolut menetetään valikoivasti amyotrofisessa lateraaliskleroosissa [67].

Viime aikoina on tutkittu paljon hermostoa rappeuttavia sairauksia käyttäen pienten kalojen edullisia ominaisuuksia. Sairausmallien luomiseen ja analysointiin voidaan käyttää lääkehoitoa neurotoksisilla kemikaaleilla, epänormaalien proteiinien suoraa mikroinjektiota, sairauteen liittyvien geenien poistamista ja mutatoituneiden geenien knock-in:tä.

Alzheimerin taudin tutkimuksissa on raportoitu tau-siirtogeenistä seeprakalaa [68, 69] ja seeprakalaa, johon on annettu suora mikroinjektio A [70, 71].

Amyotrofisen lateraaliskleroosin tutkimuksissa TDP{0}}-, SOD1-- tai C9orf72--seeprakalamalleja on käytetty patogeneesin analysointiin ja uusien lääkkeiden seulomiseen [30,72–76]. Täällä keskustelemme Parkinsonin taudista; lisätietoja muista hermostoa rappeutuvista sairauksista, katso muut katsaukset [77,78].

4.1. Parkinsonin taudin seeprakala ja medaka mallit
Parkinsonin tauti on yleinen vanhuksilla, ja sille on tunnusomaista etenevä motorinen vajaatoiminta, dopaminergisten hermosolujen häviäminen substantia nigrassa ja andalfa-synukleiinipositiiviset inkluusiokappaleet, joita kutsutaan Lewy-kappaleiksi.

Me ja muut olemme käyttäneet erilaisia ​​pieniä kaloja Parkinsonin taudin patogeneesin tutkimiseen. Toksiinit, kuten 1-metyyli-4-fenyyli-1,2,3,6-tetrahydropyridiini (MPTP), 6-hydroksididopamiini (6-OHDA) ja rotenonin tiedetään olevan myrkyllinen dopaminergisille hermosoluille eri eläinmalleissa.

MPTP on hermomyrkky, joka aiheuttaa Parkinsonin taudin kaltaisia ​​oireita useissa eläimissä, myös ihmisissä. Se metaboloituu gliasoluissa 1-metyyli-4-fenyylipyridiniumiksi (MPP+), minkä jälkeen dopaminergiset neuronit sisällyttävät sen dopamiinikuljettajien kautta ja se estää mitokondrioiden hengitysketjun toimintaa. Tämän aineenvaihduntatien ansiosta dopaminergiset neuronit vaurioituvat selektiivisesti [79,80].

MPTP aiheuttaa myös Parkinsonin taudin kaltaisia ​​oireita medakassa. Medaka-toukkien pitäminen MPTP:tä sisältävässä vedessä indusoi nopeasti spontaanin uintiliikkeen vähenemisen ja dopaminergisten hermosolujen häviämisen välilihassa [81].

MPTP-altistus on suoritettu myös seeprakalan toukilla ja aikuisilla. Nämä tutkimukset ovat osoittaneet MPTP:n vaikutuksen liikkumiseen ja dopaminergisiin hermosoluihin [82–87].

6-Dopamiinin kuljettaja voi ottaa OHDA:ta, mikä johtaa oksidatiiviseen stressiin ja valikoivaan dopaminergisten neuronien vaurioitumiseen. 6-OHDA, annettuna suoraan aivo-selkäydinnesteeseen, aiheuttaa myös dopamiinihermosolujen häviämisen ja spontaanien uimaliikkeiden vähenemisen inmedaka [88].

6-OHDA:n injektio aikuisen seeprakalan vatsan välilihakseen pitämällä seeprakalan toukkia 6-OHDA:ta sisältävässä vedessä voi aiheuttaa indopaminergisten hermosolujen vähenemistä ja uintiliikkeiden heikkenemistä [89–92].

Seeprakalan toukkien pitäminen rotenonia sisältävässä vedessä vähentää myös dopamiinia ja heikentää uintiliikkeitä [93,94]. Muut kemikaalit, mukaan lukien proteasomi-inhibiittorit [88], ammoniumkloridi tai tunikamysiini [95], voivat indusoida Parkinsonin taudin kaltaisia ​​fenotyyppejä pienissä kaloissa. Nämä toksiinien aiheuttamat mallit voivat olla hyödyllisiä Parkinsonin taudin tutkimuksessa ja lääkeseulonnassa.

Seuraavaksi esittelemme Parkinsonin taudin geneettisiä malleja seeprakalan dataakan avulla. Ihmisen Parkinsonin tautia on yllättävän vaikea simuloida geenimanipulaatiolla hiirillä, jotka ovat yksi edustavimmista mallieläimistä.

Esimerkiksi edes kolmoispoistohiirillä, joilla on Parkin, PINK1 ja DJ-1, geenituotteet, jotka ovat vastuussa autosomaalisesta resessiivisestä familiaalisesta Parkinsonin taudista, ei ole dopaminergisten hermosolujen menetystä [96].

Hiirten tapaan Parkin tai Pink1 single knockout -medaka ei osoita dopaminergisten solujen häviämistä [97, 98]. Analysoimme Parkin- ja Pink1-kaksoispoistumismedakaa ja havaitsimme, että dopaminergisten hermosolujen häviäminen tapahtui, mitä ei havaittu yksittäisessä knockout-kalassa [98]. Seeprakalan tapauksessa yksi Pink1:n ehtyminen riittää indusoimaan dopaminergisten hermosolujen katoamisen [99–101].

On myös luotu DJ-1 knockout-seeprakala- ja medakamalleja, jotka vaativat lisäpatologisia arviointeja, mutta ovat lupaavia uusien Parkinsonin taudin kalamallien tuottamiseksi [102–105].

ATP13A2 on toinen geenituote, joka on vastuussa autosomaalisesta resessiivisestä varhain alkavasta parkinsonismista, jolle on tunnusomaista levodopaherkkyys, supranukleaarinen silmävamma, pyramidaaliset merkit ja dementia [106].

Loimme Atp13a2-mutanttimedakan, jossa on samankaltainen mutaatio kuin ihmispotilailla, ja tämä kala osoittaa dopaminergisten hermosolujen häviämisen katepsiini D -aktiivisuuden vähenemisen ja sormenjälkimäisen inkluusiokappaleen muodostumisen myötä [107].

Atp13a2-poistettu seeprakala osoittaa myös samanlaisia ​​fenotyyppejä [108]. GBA, joka on myös Gaucherin taudin aiheuttaja, on yksi korkean riskin geeneistä foridiopaattisen Parkinsonin taudin geeneissä, ja Gba-knockout-medaka ja seeprakala ilmentävät paitsi dopaminergistä myös al-neurodegeneraatiota. kertyminen [109–111].

LRRK2-mutaatiot ovat suhteellisen yleinen syy autosomaalisesti hallitsevaan familiaaliseen Parkinsonin tautiin ja ne liittyvät myös idiopaattiseen Parkinsonin tautiin [112,113]. Tällaista autosomaalista dominanttia sairautta on vaikea ymmärtää, koska ei ehkä ole selvää, onko geenin normaalin toiminnan menetys pääasiallinen fenotyypin syy vai voiko myrkyllisen toiminnan lisääntyminen selittää taudin.

Lrrk2:sta on tehty useita seeprakalamalleja, mutta odotamme lisäarviointeja ja johdonmukaisia ​​tuloksia [114–117].

Tällä tavalla voidaan luoda erilaisia ​​Parkinsonin taudin malleja käsittelemällä seeprakalaa tai medakaa kemikaaleilla tai suorittamalla seeprakalan medakan genomin geneettistä muuntamista.

Nämä mallit ovat erittäin hyödyllisiä analysoitaessa Parkinsonin tautiin liittyvien molekyylien toimintaa in vivo ja ymmärtämään ihmisen Parkinsonin taudin patofysiologiaa.

Lisäksi sitä on jo laajalti käytetty huumeiden löytämisen alalla. Suuren suorituskyvyn seulonta, jossa käytetään seeprakalan ominaisuuksia, on kerännyt monia yhdisteitä, jotka voivat parantaa Parkinsonin taudin patologiaa.

Katso äskettäinen katsaus merkittävien hermostoa rappeutuvien sairauksien, mukaan lukien Parkinsonin taudin, lääkekehitykseen [77]. Tietysti yksi rajoitus pienten kalojen käyttämiselle mallieläiminä on se, että kalojen ja ihmisten välillä voi olla eroja.

Kuten useimpien ihmisten sairauksien kohdalla, taudin puhkeamista vaikeuttavat useat tekijät, kuten ikääntyminen, ympäristötekijät ja monitekijäiset geneettiset vaikutukset.

Siksi meidän tulee tutkia huolellisesti erilaisia ​​malleja, mukaan lukien solulinjat, pienet kalat tai nisäkkäät, ja on myös tärkeää tutkia ihmisnäytteitä. Vaihtelemalla edestakaisin mallien, kuten kala- ja ihmisnäytteiden välillä, voimme ymmärtää ihmisen patologiaa luotettavammin.

4.2. Idiopaattisen Parkinsonin taudin fenotyypit nähdään turkoosissa killifishissä

Seuraavaksi keskityimme turkoosiin tappavaan kalaan ymmärtääksemme idiopaattista Parkinsonin tautia, joka ei ole perinnöllinen ja muodostaa 90–95 % kaikista Parkinsonin tautitapauksista. Turkoosikala on pieni kalalaji, joka elää lammikoissa, soilla ja lätäköissä Mosambikissa ja muissa maissa [7].

Sen elinympäristössä on pitkä kuiva kausi ja lyhyt sadekausi, ja kuivana aikana vesi, jossa turkoosi kalakala elää, kuivuu ja aikuiset kalat eivät selviä.

Se on kuitenkin kyennyt selviytymään lajina omaksumalla elämänhistorian, jossa se kutee maaperään kuivuutta kestäviä munia, jotka kuoriutuvat seuraavan tai tulevan sadekauden aikana.

Tällaisessa elinkaaressa positiivinen valintapaine ikääntymisen estoon ei toimi [118]. Todennäköisimmin turkoosien kalojen elinikä on lyhyt, ja ne osoittavat vanhenevan fenotyypin hyvin lyhyessä ajassa.

Tarkemmin sanottuna turkoosimillikalan elinikä on noin neljästä kuuteen kuukautta, ja noin kolmen kuukauden iässä ne osoittavat erilaisia ​​ikääntymisen merkkejä, kuten elinten surkastumista, selkärangan kaarevuutta ja ikääntymiseen liittyvän beeta-galaktosidaasin lisääntymistä [119–121].

Vaikka Parkinsonin tauti liittyy vahvasti ihmisten ikääntymiseen, useimmat koe-eläimet eivät välttämättä esitä riittävää sairauden fenotyyppiä ikääntymisen aikana. Olemme havainneet, että turkoosi tappaja osoittaa dopaminergisten ja noradrenergisten hermosolujen rappeutumista ja alfa-synukleiinipatologian etenemistä ikääntymisen myötä [122]. Nämä patologiset fenotyypit ovat samanlaisia ​​kuin ihmisen Parkinsonin taudissa havaitut.

Alfa-synukleiinin geneettinen ehtyminen CRISPR-Cas9-järjestelmän toimesta parantaa hermoston rappeutumista, mikä viittaa siihen, että alfa-synukleiini ei ole sivustakatsoja Parkinsonin taudin patogeneesissä, vaan se on neurodegeneraation aiheuttaja.

Turkoosilla on mahdollisuus paljastaa Parkinsonin taudin mekanismit, erityisesti suurimmassa osassa idiopaattista Parkinsonin tautia. Tämä ainutlaatuinen kala on hyödyllinen myös muiden ikään liittyvien aivojen ja muiden elinten häiriöihin.

For more information:1950477648nn@gmail.com