Sebrafisk, Medaka og turkis drepefisk for å forstå menneskelige nevrodegenerative/nevroutviklingsforstyrrelser del 4

For sebrafisk har ZFIN (Zebrafish Information Network, https://zfin.org/; åpnet 30. november 2021) en database med sebrafiskgener, opprettet transgene linjer og mutantlinjer.

Med den kontinuerlige utviklingen av vitenskap og teknologi har genmodifisert teknologi blitt et av de viktige verktøyene i moderne landbruksproduksjon. Ved å endre arvestoffet til planter eller dyr, kan flere ervervede overlegne varianter skapes for mennesker, og dermed løse problemer som matmangel og underernæring. Men i samfunnet eksisterer fortsatt kontrovers om denne teknologien. Noen tviler på at genmodifiserte varianter vil ha negative effekter på menneskers helse, men det er ingen vitenskapelig bevis som støtter dette synet.

De siste årene har forskere oppdaget en sammenheng mellom genmodifiserte stammer og hukommelse. I noen tilfeller kan genetisk modifikasjon forbedre et dyrs hukommelse. For eksempel har forskere brukt transgen teknologi for å justere spesifikke gener i cellene til visse organismer slik at disse organismene yter bedre når de utfører hukommelsesoppgaver.

I tillegg prøver forskere også å genredigere hjernen for å forbedre menneskelig intelligens og læringsevner. Noen gener antas å påvirke en persons intelligens og læringsevne, så ved å redigere disse genene kan man lage et optimalisert hjernesystem som fremmer forbedret hukommelse og læringsevner.

Selv om genmodifisert teknologi har potensiale til å forbedre hukommelsen og intelligensen til organismer, er selvfølgelig forskning fortsatt i sine innledende stadier og mer eksperimentelle data og vitenskapelig verifisering er nødvendig. Samtidig må vi også innse at menneskelig intelligens og hukommelse også påvirkes av mange faktorer, som miljø, utdanning og genetikk. Derfor er ikke genmodifisert teknologi den eneste måten å løse utdanning og kognitive problemer på.

Kort sagt er utvikling og anvendelse av genmodifisert teknologi av stor betydning for å forbedre kvaliteten på organismer og øke produksjonseffektiviteten. Vi bør ikke blindt avvise denne teknologien, men bør se på fordelene og ulempene med denne teknologien rasjonelt og objektivt basert på vitenskapelig bevis, og bruke den til å fremme utviklingen av landbruk, medisin og miljøvern. Det kan sees at vi trenger å forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen betydelig, fordi Cistanche deserticola har antioksidant-, anti-inflammatoriske og antialdringseffekter, som kan bidra til å redusere oksidasjon og inflammatoriske reaksjoner i hjernen, og dermed beskytte helsen til nervesystemet. I tillegg kan Cistanche deserticola også fremme vekst og reparasjon av nerveceller, og dermed forbedre tilkoblingen og funksjonen til nevrale nettverk. Disse effektene kan bidra til å forbedre hukommelse, læring og tenkehastighet, og kan også forhindre utvikling av kognitiv dysfunksjon og nevrodegenerative sykdommer.

Klikk på Know for å forbedre korttidshukommelsen

Mange linjer, inkludert ENU-mutageneseprodukter eller transgene reporterlinjer, er tilgjengelige for kjøp og administreres av ZIRC (Zebrafish International Resource Center) eller EZRC (European Zebrafish Resource Center).

For medaka, vennligst besøk NBRP medaka-nettstedet (https://shigen.nig.ac.jp/medaka/top/top.jsp; åpnet 30. november 2021) for å se etter ulike mutante og transgene linjer.

I tillegg gir NFIN (The Nothobranchius furzeriInformation Network, https://www.nothobranchius.info/; tilgang til 30. november 2021) informasjon om laboratorieprosedyrer og en gendatabase for turkis killifish.

4. Enkel laboratoriestyring og eksperimentering med sebrafisk, medaka og turkis killifish

Nevrodegenerasjon er et fenomen preget av progressivt tap av nevroner og Alzheimers sykdom, Parkinsons sykdom og amyotrofisk lateral sklerose er de viktigste nevrodegenerative sykdommer blant mennesker.

De er progredierende sykdommer med et relativt langsomt kronisk klinisk forløp, og hjernen viser unormal proteinavsetning. Hver nevrodegenerativ sykdom har et relativt selektivt nevronalt tap; for eksempel er dopaminerge nevroner og det autonome nervesystemet sårbare ved Parkinsons sykdom, og det motoriske nevronsystemet går selektivt tapt i amyotrofisk lateral sklerose [67].

Nylig har det vært mye forskning på nevrodegenerative sykdommer ved å bruke de fordelaktige egenskapene til små fisker. For å generere og analysere sykdomsmodeller kan medikamentbehandling med nevrotoksiske kjemikalier, direkte mikroinjeksjon av unormale proteiner, knock-out av sykdomsrelaterte gener og knock-in av muterte gener brukes.

For studier av Alzheimers sykdom har tau transgen sebrafisk [68,69] og sebrafisk med direkte mikroinjeksjon av A blitt rapportert [70,71].

For studier av amyotrofisk lateral sklerose har TDP-43-, SOD1-eller C9orf72-relaterte sebrafiskmodeller blitt brukt for å analysere patogenesen og screene for nye medikamenter [30,72–76]. Her diskuterer vi Parkinsons sykdom; for mer informasjon om andre nevrodegenerative sykdommer, se andre anmeldelser [77,78].

4.1. Sebrafisk og Medaka-modeller for Parkinsons sykdom
Parkinsons sykdom er vanlig hos eldre og karakteriseres av progressiv motorisk svekkelse, tap av dopaminerge nevroner i substantia nigra, andalfa-synuklein-positive inklusjonslegemer kalt Lewy-legemer.

Vi og andre har brukt en rekke små fisker for å studere patogenesen til Parkinsons sykdom. Giftstoffer som 1-metyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin (MPTP), 6-hydroksydopamin (6-OHDA) og rotenon er kjent for å være giftig for dopaminerge nevroner i forskjellige dyremodeller.

MPTP er et nevrotoksin som induserer Parkinsons sykdom-lignende symptomer hos forskjellige dyr, inkludert mennesker. Det metaboliseres til 1-metyl-4-fenylpyridinium (MPP+) i gliaceller og blir deretter inkorporert av dopaminerge nevroner via dopamintransportører og hemmer aktiviteten til den mitokondrielle respirasjonskjeden. På grunn av denne metabolske banen blir dopaminerge nevroner selektivt skadet [79,80].

MPTP induserer også Parkinsons sykdom-lignende symptomer i medaka. Å holde medaka-larver i MPTP-holdig vann induserer raskt en reduksjon i spontan svømmebevegelse og tap av dopaminerge nevroner i diencephalon [81].

MPTP-eksponering har også blitt utført ved bruk av sebrafisklarver og voksne. Disse studiene har vist effekten av MPTP på bevegelse og dopaminerge nevroner [82–87].

6-OHDA kan tas opp av dopamintransportøren, noe som resulterer i oksidativt stress og selektiv skade på dopaminergiske nevroner. 6-OHDA, når det administreres direkte i cerebrospinalvæsken, induserer også tap av dopaminnevroner og en reduksjon i spontane svømmebevegelser inmedaka [88].

Injeksjon av 6-OHDA i den ventrale diencephalonen til voksen sebrafisk ved å holde sebrafisklarver i 6-OHDA-holdig vann kan forårsake en reduksjon av indopaminerge nevroner og svekkede svømmebevegelser [89–92].

Å holde sebrafisklarver i rotenonholdig vann fører også til en reduksjon i dopamin og svekkede svømmebevegelser [93,94]. Andre kjemikalier, inkludert proteasomhemmere [88], ammoniumklorid eller tunicamycin [95], kan indusere Parkinsons sykdom-lignende fenotyper hos små fisker. Disse toksininduserte modellene kan være nyttige for Parkinsons sykdomsforskning og medikamentscreening.

Deretter vil vi introdusere genetiske modeller for Parkinsons sykdom ved bruk av sebrafisk og medaka. Det er overraskende vanskelig å simulere Parkinsons sykdom ved genetisk manipulasjon hos mus, som er et av de mest representative modelldyrene.

For eksempel, selv i trippel knockout-mus med Parkin, PINK1 og DJ-1, genproduktene som er ansvarlige for autosomal recessiv familiær Parkinsons sykdom, er det ingen tap av dopaminergt nevron [96].

I likhet med mus, viser ikke Parkin eller Pink1 single knockout medaka tap av dopaminergiske celler [97,98]. Vi analyserte Parkin og Pink1 dobbel knockout-medaka og fant at et tap av dopaminerge nevroner skjedde, som ikke ble observert hos enkelt knockoutfisk [98]. Når det gjelder sebrafisk, er en enkelt uttømming av Pink1 tilstrekkelig til å indusere tap av dopaminerge nevroner [99–101].

DJ-1 knockout-sebrafisk- og medaka-modeller har også blitt laget, som trenger ytterligere patologiske evalueringer, men som er lovende for produksjonen av nye fiskemodeller av Parkinsons sykdom [102–105].

ATP13A2 er et annet genprodukt som er ansvarlig for autosomal recessiv tidlig-debut parkinsonisme som er preget av levodopa-respons, supranukleær gazepalsi, pyramidale tegn og demens [106].

Vi opprettet Atp13a2 mutant medaka, som viser en mutasjon som ligner på den som sees hos menneskelige pasienter, og denne fisken viser tap av dopaminerge nevroner med en reduksjon i cathepsin D-aktivitet og fingeravtrykklignende inklusjonskroppsdannelse [107].

Atp13a2 knockout sebrafisk viser også lignende fenotyper. akkumulering [109–111].

LRRK2-mutasjoner er en relativt vanlig årsak til autosomal dominant familiær Parkinsons sykdom og de er også relatert til idiopatisk Parkinsons sykdom [112,113]. Det er vanskeligheter med å forstå en slik autosomal dominant sykdom fordi det kanskje ikke er klart om tap av den normale funksjonen til genet er en hovedårsak til fenotypen eller om en økning av toksisk funksjon kan forklare sykdommen.

Det har vært flere sebrafiskmodeller av Lrrk2, men vi vil avvente ytterligere evalueringer og konsistente funn [114–117].

På denne måten kan ulike modeller av Parkinsons sykdom genereres ved å behandle sebrafisk eller medaka med kjemikalier eller ved å utføre genetisk modifisering av sebrafiskens medaka-genom.

Disse modellene er svært nyttige for å analysere funksjonen til molekyler relatert til Parkinsons sykdom in vivo og for å forstå patofysiologien til menneskelig Parkinsons sykdom.

Videre har det allerede blitt mye brukt innen narkotikaoppdagelse. High-throughput screening ved bruk av egenskapene til sebrafisk har plukket opp mange forbindelser med potensial til å forbedre patologien til Parkinsons sykdom.

Vennligst referer til den nylige gjennomgangen om medikamentoppdagelse for store nevrodegenerative sykdommer, inkludert Parkinsons sykdom [77]. En begrensning ved å bruke små fisker som modelldyr er selvfølgelig at det kan være uoverensstemmelse mellom fisk og mennesker.

Som tilfellet er med de fleste menneskelige sykdommer, kompliseres sykdomsutbruddet av flere faktorer, som aldring, miljøfaktorer og multifaktorielle genetiske effekter.

Derfor bør vi nøye undersøke ulike modeller, inkludert cellelinjer, små fisker eller pattedyr, og det er også viktig å undersøke menneskelige prøver. Ved å gå frem og tilbake mellom modeller som fisk og prøver fra mennesker, kan vi forstå menneskelig patologi mer pålitelig.

4.2. Idiopatiske fenotyper av Parkinsons sykdom sett i turkis killifish

Deretter fokuserte vi på turkis killifish for å forstå idiopatisk Parkinsons sykdom, som ikke er arvelig og står for 90–95 % av alle Parkinsons sykdomstilfeller. Turkiskillifish er en liten fiskeart som lever i dammer, sumper og sølepytter i Mosambik og andre land [7].

Dens habitat har en lang tørrsesong og en kort regntid, og i løpet av den tørre årstiden tørker vannet som den turkise drepefisken lever i, og den voksne fisken kan ikke overleve.

Imidlertid har den vært i stand til å overleve som en art ved å adoptere en livshistorie der den gyter tørkeresistente egg i jorda, som klekkes i løpet av neste eller fremtidige regntid.

I en slik livssyklus virker ikke positivt seleksjonspress for antialdring [118]. Mest sannsynlig har turkis killifish en kort levetid og viser en aldrende fenotype i løpet av en veldig kort periode.

Nærmere bestemt er levetiden til turkiskillifish omtrent fire til seks måneder, og rundt tre måneders alder presenterer de forskjellige tegn på aldring, inkludert organatrofi, ryggradskrumning og økte nivåer av alderdomsassosiert beta-galaktosidase [119–121].

Selv om Parkinsons sykdom er sterkt assosiert med aldring hos mennesker, kan de fleste forsøksdyr ikke presentere en tilstrekkelig sykdomsfenotype under aldring. Vi har funnet at turkis killifisheks hemmer degenerasjon av dopaminerge og noradrenerge nevroner og progresjon av alfa-synukleinpatologi med aldring [122]. Disse patologiske fenotypene ligner de som er observert ved menneskelig Parkinsons sykdom.

Genetisk uttømming av alfa-synuklein av CRISPR-Cas9-systemet forbedrer nevrodegenerasjon, noe som antyder at alfa-synuklein ikke er en tilskuer i patogenesen til Parkinsons sykdom, men er et forårsakende protein for nevrodegenerasjon.

Den turkise drepefisken har potensial til å avsløre mekanismene til Parkinsons sykdom, spesielt de fleste tilfeller av idiopatisk Parkinsons sykdom. Denne unike fisken vil også være nyttig for andre aldersrelaterte lidelser i hjernen og andre organer.

For more information:1950477648nn@gmail.com