Риба даніо, медака та бірюзова риба-кіллі для розуміння нейродегенеративних розладів/розладів розвитку нервової системи людини, частина 4

Для рибок даніо ZFIN (Інформаційна мережа рибок даніо, https://zfin.org/; доступ 30 листопада 2021 року) має базу даних генів рибок даніо, створених трансгенних ліній і ліній мутантів.

З безперервним розвитком науки і техніки генетично модифіковані технології стали одним із важливих інструментів сучасного сільськогосподарського виробництва. Змінюючи генетичний матеріал рослин або тварин, можна створити більше набутих кращих сортів для людей, тим самим вирішуючи такі проблеми, як брак їжі та недоїдання. Однак у суспільстві суперечки щодо цієї технології точаться досі. Деякі люди сумніваються, що генетично модифіковані сорти негативно вплинуть на здоров’я людини, але наукових доказів на підтримку цієї думки немає.

В останні роки дослідники виявили зв'язок між генетично модифікованими штамами та пам'яттю. У деяких випадках генетична модифікація може поліпшити пам'ять тварини. Наприклад, вчені використовували трансгенну технологію, щоб налаштувати певні гени в клітинах певних організмів, щоб ці організми краще виконували завдання пам’яті.

Крім того, дослідники також намагаються відредагувати гени мозку, щоб підвищити людський інтелект і здібності до навчання. Вважається, що деякі гени впливають на інтелект і здатність до навчання людини, тому, редагуючи ці гени, можна створити оптимізовану систему мозку, яка сприяє покращенню пам’яті та здібностей до навчання.

Звичайно, хоча генетично модифікована технологія має потенціал для покращення пам’яті та інтелекту організмів, дослідження все ще знаходяться на попередніх стадіях, тому потрібні додаткові експериментальні дані та наукова перевірка. Водночас ми також повинні усвідомлювати, що на людський інтелект і пам’ять також впливає багато факторів, таких як середовище, освіта та генетика. Тому генетично модифіковані технології – не єдиний спосіб вирішення освітніх та пізнавальних проблем.

Одним словом, розробка та застосування генетично модифікованих технологій мають велике значення для покращення якості організмів та підвищення ефективності виробництва. Ми не повинні сліпо відкидати цю технологію, але повинні дивитися на переваги та недоліки цієї технології раціонально та об’єктивно на основі наукових доказів і використовувати її для сприяння розвитку сільського господарства, медицини та захисту навколишнього середовища. Можна побачити, що нам потрібно покращити пам’ять, і Cistanche deserticola може значно покращити пам’ять, оскільки Cistanche deserticola має антиоксидантну, протизапальну та антистарільну дію, що може допомогти зменшити окислення та запальні реакції в мозку, тим самим захищаючи здоров'я нервової системи. Крім того, Cistanche deserticola також може сприяти зростанню та відновленню нервових клітин, тим самим покращуючи зв’язок і роботу нейронних мереж. Ці ефекти можуть допомогти покращити пам’ять, навчання та швидкість мислення, а також можуть запобігти розвитку когнітивної дисфункції та нейродегенеративних захворювань.

Натисніть Знати, щоб покращити короткочасну пам'ять

Багато ліній, включаючи продукти мутагенезу ENU або трансгенні репортерні лінії, доступні для придбання та управляються ZIRC (Міжнародний ресурсний центр рибок даніо) або EZRC (Європейський ресурсний центр рибок даніо).

Щодо medaka, відвідайте веб-сайт NBRP medaka (https://shigen.nig.ac.jp/medaka/top/top.jsp; доступ 30 листопада 2021 р.), щоб знайти різні мутантні та трансгенні лінії.

Крім того, NFIN (Інформаційна мережа Nothobranchius furzeri, https://www.nothobranchius.info/; доступ 30 листопада 2021 р.) надає інформацію про лабораторні процедури та базу даних генів бірюзових вбивць.

4. Простота керування лабораторією та експериментування з рибками даніо, медакою та бірюзовими рибками

Нейродегенерація — це явище, яке характеризується прогресуючою втратою нейронів, і хвороба Альцгеймера, хвороба Паркінсона та бічний аміотрофічний склероз є основними нейродегенеративними захворюваннями серед людей.

Це прогресуючі захворювання з відносно повільним хронічним перебігом, і в мозку спостерігаються аномальні відкладення білка. Кожне нейродегенеративне захворювання має відносно вибіркову втрату нейронів; наприклад, дофамінергічні нейрони та вегетативна нервова система вразливі при хворобі Паркінсона, а система рухових нейронів вибірково втрачається при бічному аміотрофічному склерозі [67].

Останнім часом було проведено багато досліджень нейродегенеративних захворювань з використанням переваг маленьких риб. Для створення та аналізу моделей захворювань можна використовувати медикаментозне лікування нейротоксичними хімічними речовинами, пряму мікроін’єкцію аномальних білків, нокаут генів, пов’язаних із хворобою, і введення мутованих генів.

Для досліджень хвороби Альцгеймера повідомлялося про використання тау-трансгенних рибок даніо [68,69] і рибок даніо з прямою мікроін’єкцією A [70,71].

Для досліджень бічного аміотрофічного склерозу використовували пов’язані моделі рибок даніо TDP-43-, SOD1-або C9orf72- для аналізу патогенезу та скринінгу нових ліків [30,72–76]. Тут ми обговорюємо хворобу Паркінсона; для отримання додаткової інформації про інші нейродегенеративні захворювання див. інші огляди [77,78].

4.1. Моделі хвороби Паркінсона рибки даніо та Медака
Хвороба Паркінсона є поширеною серед людей похилого віку та характеризується прогресуючою моторною недостатністю, втратою дофамінергічних нейронів у чорній субстанції та альфа-синуклеїн-позитивних тілець Леві.

Ми та інші використовували різні дрібні рибки для вивчення патогенезу хвороби Паркінсона. Такі токсини, як 1-метил-4-феніл-1, 2,3,6-тетрагідропіридин (MPTP), 6-гідроксидопамін (6-OHDA) та Відомо, що ротенон є токсичним для дофамінергічних нейронів у різних тваринних моделях.

MPTP є нейротоксином, який викликає симптоми, схожі на хворобу Паркінсона, у різних тварин, включаючи людей. Він метаболізується до 1-метил-4-фенілпіридинію (MPP+) у гліальних клітинах, а потім вбудовується дофамінергічними нейронами через транспортери дофаміну та пригнічує активність мітохондріального дихального ланцюга. Через цей метаболічний шлях вибірково пошкоджуються дофамінергічні нейрони [79,80].

MPTP також викликає симптоми, схожі на хворобу Паркінсона у медака. Зберігання личинок медаки у воді, що містить MPTP, швидко викликає зниження спонтанного плавання та втрату дофамінергічних нейронів у проміжному мозку [81].

Вплив MPTP також проводився з використанням личинок і дорослих рибок даніо. Ці дослідження продемонстрували вплив MPTP на рухові та дофамінергічні нейрони [82–87].

6-OHDA може поглинатися транспортером дофаміну, що спричиняє окислювальний стрес і вибіркове пошкодження дофамінергічних нейронів. 6-OHDA, при введенні безпосередньо в спинномозкову рідину, також індукує втрату дофамінових нейронів і зниження спонтанних плавальних рухів у медаці [88].

Ін’єкція 6-OHDA у вентральний проміжний мозок дорослої особини даніо реріо шляхом утримання личинок рибки даніо у воді, що містить 6-OHDA, може призвести до зменшення індофамінергічних нейронів і порушення рухів при плаванні [89–92].

Зберігання личинок даніо у воді, що містить ротенон, також спричиняє зниження дофаміну та порушення рухів плавання [93,94]. Інші хімічні речовини, включаючи інгібітори протеасом [88], хлорид амонію або тунікаміцин [95], можуть індукувати фенотип, подібний до хвороби Паркінсона, у дрібних риб. Ці індуковані токсинами моделі можуть бути корисними для дослідження хвороби Паркінсона та скринінгу ліків.

Далі ми представимо генетичні моделі хвороби Паркінсона за допомогою рибок даніо та медака. Напрочуд важко змоделювати хворобу Паркінсона людини за допомогою генетичних маніпуляцій у мишей, які є одними з найбільш типових модельних тварин.

Наприклад, навіть у мишей із потрійним нокаутом із Паркін, PINK1 і DJ-1, генними продуктами, відповідальними за аутосомно-рецесивну сімейну хворобу Паркінсона, не спостерігається втрати дофамінергічних нейронів [96].

Подібно до мишей, Parkin або Pink1 з одиничним нокаутом medaka не показує втрати дофамінергічних клітин [97,98]. Ми проаналізували подвійну нокаутну медаку Parkin і Pink1 і виявили, що відбулася втрата дофамінергічних нейронів, чого не спостерігалося у одиночної нокаутної риби [98]. У випадку рибок даніо одноразового виснаження Pink1 достатньо, щоб викликати втрату дофамінергічних нейронів [99–101].

Також були створені нокаутні моделі рибок даніо DJ{0}} і медака, які потребують подальших патологічних оцінок, але є перспективними для створення нових моделей хвороби Паркінсона у риб [102–105].

ATP13A2 є ще одним генним продуктом, відповідальним за аутосомно-рецесивний паркінсонізм з раннім початком, який характеризується чутливістю до леводопи, супрануклеарним газепалсом, пірамідними ознаками та деменцією [106].

Ми створили мутантну медаку Atp13a2, яка демонструє мутацію, подібну до тієї, що спостерігається у пацієнтів-людей, і ця риба демонструє втрату дофамінергічних нейронів зі зниженням активності катепсину D і утворенням тільця-включення, схожого на відбиток пальця [107].

Рибки даніо з нокаутом за Atp13a2 також демонструють подібні фенотипи [108]. GBA, який також є причинним геном хвороби Гоше, є одним із генів високого ризику розвитку ідіопатичної хвороби Паркінсона, а нокаутні за Gba медака та рибки даніо демонструють не лише дофамінергічну нейродегенерацію, але й альфа-синуклеїн. накопичення [109–111].

Мутації LRRK2 є відносно частою причиною аутосомно-домінантної сімейної хвороби Паркінсона, і вони також пов’язані з ідіопатичною хворобою Паркінсона [112,113]. Існує складність у розумінні такого аутосомно-домінантного захворювання, оскільки може бути незрозуміло, чи є втрата нормальної функції гена основною причиною фенотипу, чи посилення токсичної функції може пояснити хворобу.

Було створено декілька моделей рибок даніо Lrrk2, але ми чекатимемо подальших оцінок і послідовних висновків [114–117].

Таким чином можна створювати різні моделі хвороби Паркінсона, обробляючи рибку даніо або медаку хімічними речовинами або проводячи генетичну модифікацію генома рибки даніо або медаки.

Ці моделі дуже корисні для аналізу функції молекул, пов’язаних із хворобою Паркінсона in vivo, і для розуміння патофізіології хвороби Паркінсона у людини.

Крім того, він уже широко використовується в області відкриття ліків. Високопродуктивний скринінг із використанням характеристик рибок даніо виявив багато сполук, які потенційно можуть покращити патологію хвороби Паркінсона.

Будь ласка, зверніться до нещодавнього огляду відкриття ліків для основних нейродегенеративних захворювань, включаючи хворобу Паркінсона [77]. Звичайно, одним з обмежень використання дрібних рибок як модельних тварин є те, що між рибами та людьми може виникнути розбіжність.

Як і у випадку з більшістю захворювань людини, початок захворювання ускладнюється кількома факторами, такими як старіння, фактори навколишнього середовища та багатофакторні генетичні наслідки.

Тому ми повинні ретельно вивчити різні моделі, включаючи клітинні лінії, дрібних риб або ссавців, а також важливо досліджувати зразки людей. Переходячи вперед і назад між моделями, такими як зразки риби та людини, ми можемо більш надійно зрозуміти людську патологію.

4.2. Фенотипи ідіопатичної хвороби Паркінсона, які спостерігаються у бірюзових вбивць

Далі ми зосередилися на бірюзовій морській рибі, щоб зрозуміти ідіопатичну хворобу Паркінсона, яка не є спадковою та становить 90–95% усіх випадків хвороби Паркінсона. Бірюзова риба — невеликий вид риби, що живе в ставках, болотах і калюжах Мозамбіку та інших країн [7].

У її середовищі існування тривалий сухий сезон і короткий сезон дощів, і під час сухого сезону вода, в якій живе бірюзова вата, висихає, і дорослі риби не можуть вижити.

Однак він зміг вижити як вид, прийнявши життєву історію, в якій він відкладає стійкі до посухи яйця в ґрунті, які вилуплюються під час наступного або майбутнього сезону дощів.

У такому життєвому циклі позитивний тиск відбору для запобігання старінню не працює [118]. Швидше за все, бірюзові вата мають короткий термін життя і демонструють фенотип старіння за дуже короткий період.

Зокрема, тривалість життя бірюзових морських риб становить приблизно чотири-шість місяців, і приблизно у віці трьох місяців вони мають різні ознаки старіння, включаючи атрофію органів, викривлення хребта та підвищення рівня бета-галактозидази, пов’язаної зі старінням [119–121].

Хоча хвороба Паркінсона тісно пов'язана зі старінням у людей, у більшості піддослідних тварин може не виявлятися достатній фенотип захворювання під час старіння. Ми виявили, що бірюзова риба-кіллі демонструє дегенерацію дофамінергічних і норадренергічних нейронів і прогресування альфа-синуклеїнової патології зі старінням [122]. Ці патологічні фенотипи подібні до тих, що спостерігаються при хворобі Паркінсона у людини.

Генетичне виснаження альфа-синуклеїну системою CRISPR-Cas9 полегшує нейродегенерацію, що свідчить про те, що альфа-синуклеїн не є спостерігачем у патогенезі хвороби Паркінсона, а є причинним білком нейродегенерації.

Бірюзова морська риба має потенціал для виявлення механізмів хвороби Паркінсона, особливо більшості випадків ідіопатичної хвороби Паркінсона. Ця унікальна риба буде корисна і при інших вікових порушеннях в роботі мозку та інших органів.

For more information:1950477648nn@gmail.com