Риба даніо, медака та бірюзова риба-кіллі для розуміння нейродегенеративних розладів/розладів розвитку нервової системи людини, частина 5
Mar 28, 2024
5. Розлади нервової системи людини у дрібних риб
Розлади нейророзвитку людини діагностуються на основі відносного зв’язку між поведінкою людини та суспільством, наприклад, особливостей розвитку та труднощів у соціальному житті, а не на основі генетичної діагностики чи біомаркерів, таких як сканування МРТ [123].
Розлади нервового розвитку стосуються певних труднощів або перешкод у розвитку нервової системи в дитинстві, які впливають на фізичний, когнітивний і поведінковий розвиток дитини. Це захворювання поширене серед дітей, і багато дітей хворіють. Однак розлади нервової системи не означають, що діти страждатимуть протягом усього життя. Завдяки науковому втручанню та сімейній турботі діти можуть здорово рости та розвиватися у дорослих.
Пам'ять є однією з важливих когнітивних здібностей людини. Це невід’ємна частина нашого повсякденного життя та навчальної роботи. Вплив розладів нейророзвитку на пам'ять в основному проявляється в таких аспектах: По-перше, розлади нервового розвитку можуть впливати на здатність дітей до навчання. Через порушення розвитку нервової системи у дитини можуть виникнути труднощі з мовою та спілкуванням, через що дитині буде важко зрозуміти знання та навчальні матеріали, які викладає вчитель. У той же час дітям може бути недостатньо зосереджено під час навчального процесу, їм буде важко зосередитися на виконанні завдань, що також позначиться на їхній пам’яті.
По-друге, розлади нервового розвитку можуть вплинути на здатність дитини спілкуватися та керувати емоціями. Через це дітям може бути важко спілкуватися з однолітками та налагоджувати з ними глибокі стосунки. Ця соціальна та емоційна проблема може призвести до психічної нестабільності дитини, що може вплинути на пам’ять.
Однак, незважаючи на те, що розлади нервової системи певним чином впливають на пам’ять, це не означає, що діти не можуть мати хороші навички пам’яті. Завдяки науковому втручанню та сімейній турботі діти можуть поступово подолати ці труднощі. Батьки можуть допомогти своїм дітям виробити хороші звички до навчання відповідно до їхніх потреб, забезпечувати цілеспрямоване репетиторство та працювати з учителями, щоб спільно створити гарне середовище для росту та розвитку своїх дітей.
Крім того, діти, які займаються деякими видами спорту, музикою тощо, які підходять для них, також можуть принести користь своєму фізичному та інтелектуальному розвитку. Це також може допомогти зміцнити їхні соціальні та емоційні здібності, тим самим покращуючи їх пам'ять.
Коротше кажучи, розлади нервової системи можуть мати певний вплив на дитячу пам'ять, але це не впливає на здоровий ріст дитини. Завдяки науковому втручанню та сімейній турботі діти можуть поступово долати перешкоди, розвивати хороші навички пам’яті та розвивати корисні таланти. Видно, що нам потрібно покращити пам’ять, і Cistanche deserticola може значно покращити пам’ять, оскільки Cistanche deserticola також може регулювати баланс нейромедіаторів, наприклад підвищувати рівень ацетилхоліну та факторів росту. Ці речовини дуже важливі для пам'яті та навчання. Крім того, Cistanche deserticola також може покращити кровообіг і сприяти доставці кисню, що може гарантувати, що мозок отримує достатню кількість поживних речовин і енергії, тим самим покращуючи життєздатність і витривалість мозку.
Клацніть знати добавки для покращення пам'яті
Одним з обмежень використання дрібних рибок для вивчення розладів нервової системи є те, що малоймовірно, що маленькі рибки відповідатимуть діагностичним критеріям для цих розладів нервового розвитку людини.
Хоча важко застосувати складні функції вищого порядку людини до рибок даніо, останніми роками з’явилися повідомлення про те, що рибок даніо можна використовувати як модель тварин для розладів нервової системи шляхом застосування аналізу поведінки, який імітує соціальні реакції людини.
Крім того, як уже згадувалося, корисність маленьких рибок у лабораторії як модельної тварини для розладів нервової системи привела до багатьох цікавих висновків у плані послідовних спостережень від клітинного та молекулярного масштабу до аналізу тканин, розвитку та поведінки. Розлад спектру аутизму ( РАС) є одним із найпоширеніших розладів нервової системи.
Хоча патогенез РАС не встановлено, результати комплексного генетичного аналізу пацієнтів з РАС накопичені, а також створена база даних генів ризику виникнення РАС. База даних SFARI (https://gene.sfari.org/; доступ 30 листопада 2021 р.), якою керує Фонд Саймона у Сполучених Штатах, доступна для довідки. Наразі зареєстровано 1023 гени, класифіковані за інтенсивністю ризику.
Крім того, генетичні фактори були визнані в патогенезі синдрому дефіциту уваги/гіперактивності (СДУГ), і в останні роки накопичилися результати мета-аналізу загальногеномного аналізу асоціацій [124–126]. Нижче наведено підсумок звітів про дослідження з використанням мутантних моделей генів рибок даніо, які, як вважають, пов’язані з цими розладами розвитку нервової системи (Таблиця 2).
DYRK1A — це серин/треонін-кіназа, необхідна для розвитку та функціонування мозку, і гіперактивація цього білка спостерігається при синдромі Дауна [133]. Крім того, DYRK1A належить до 1 балу в базі даних SFARI і вважається дуже релевантним геном ризику для РАС. Кім та ін. створив і проаналізував Dyrk1aa нокаутну рибу-зебру, ортолога DYRK1A.
Вони показали, що дорослі нокаутні риби демонстрували мікроцефалію, поведінковий аналіз показав, що тривожна поведінка була знижена за допомогою нового тесту в акваріумі, а соціальна взаємодія була порушена за допомогою тесту на косяки та тесту соціальних переваг.
Вони прийшли до висновку, що це схожа на аутистичну зміну поведінки риб [127]. Таким же чином були створені ортологічні нокаутні лінії рибок даніо для SHANK3 і NRXN2, які належать до оцінки 1 генів ризику РАС у базі даних SFARI. SHANK3 широко експресується в мозку і головним чином бере участь у формуванні постсинаптичних каркасів і нейротрансмісії [134].
Лю та ін. генерував нокаутну рибку даніо Shank3b, яка показала порушення соціальної взаємодії за допомогою аналізу поведінки та повідомила про знижену експресію Homer1, білка, що зв’язує SHANK, у мозку дорослої риби [128]. NRXN2 є трансмембранним білком, який знаходиться в пресинаптичній терміналі та бере участь у будівництві синапсу та механізмах вивільнення нейромедіаторів [135].
Миші з нокаутом NRXN2 використовувалися як модель аутизму, і було показано, що вони демонструють підвищену поведінку, подібну до тривоги, в таких аналізах, як тест світлого/темного ящика та тест підвищеного плюсового лабіринту [136]. Koh та ін. генерували нокаутну рибку даніо Nrxn2a і виявили підвищену поведінку, схожу на тривожність, у новому тесті в акваріумі, що свідчить про те, що поведінкові зміни, подібні до аутизму, також відбуваються у рибок даніо [129].
PER1 відомий як ген годинника, і загальногеномний асоціативний аналіз пацієнтів із СДУГ припускає, що цей ген є геном ризику для СДУГ [124]. Хуан та ін. створив Per1bknockout рибок даніо і показав, що молоді особини були гіперактивними, мали підвищену частоту нападів у тесті на атаку дзеркального зображення та були врятовані мікроін’єкцією мРНК per1b.
Вони також показали, що вміст дофаміну був знижений у нокаутних Per1b мозках рибок даніо і що гіперактивний фенотип можна врятувати за допомогою селегіліну (інгібітор моноаміноксидази В) або метилфенідату (інгібітор транспортера дофаміну, лікування СДУГ людини).
Вони також проаналізували мишей з нокаутом PER1. Подібно до моделі рибок даніо, миші з нокаутом PER1 показали гіперактивність і знижений вміст дофаміну в зразках мозку, що свідчить про можливість того, що аномалії PER1 можуть бути залучені до дофамінергічних нейроланомалій при СДУГ [131]. Цей звіт є досить вражаючим, оскільки він свідчить про висококонсервативний фенотип серед видів хребетних, включаючи поведінкові характеристики.
Якщо підсумувати, як поведінкові характеристики рибок даніо виражають симптоми розладів нервової системи людини, то «реактивність на тривогу» відповідає сенсорній гіперчутливості/сенсорній депривації при розладах спектру аутизму, «відсутність скупченості» як труднощі соціального спілкування та міжособистісних взаємодій, а «гіперактивність і агресія» як фенотипи симптомів гіперактивності/імпульсивності при СДУГ можна оцінити в кожному аналізі.
Навіть якщо анатомічні та фізіологічні відмінності в моделі захворювання нечіткі, якщо певний фенотип можна отримати за допомогою поведінкового аналізу, це можна використовувати як віху для оцінки того, чи може певне втручання забезпечити порятунок, наприклад, фармакологічний високопродуктивний скринінг [130– 132].
Слід уважно розглянути його інтерпретацію в аналізі поведінки. У той час як аналіз поведінки мишей має довгу історію і був стандартизований багатьма дослідниками, аналіз поведінки рибок даніо все ще знаходиться на стадії розробки.
Наприклад, новий тест акваріума відстежує поведінку рибок даніо після того, як їх перевели в новий акваріум і агрегати, а також статистично обробляє, скільки часу вони провели на якій глибині води та яку відстань вони подолали. У цьому аналізі рибки даніо спочатку проводять час, ховаючись на дні акваріуму, а потім поступово розширюють спектр своїх дій на поверхню.
Якщо помічено, що даніо менше часу проводить на дні акваріуму і відразу починає наближатися до поверхні, це може мати різне значення залежно від того, як це пояснюється як «легке відчуття тривоги» або «гіперактивність та імпульсивність». Див. посилання на список поведінки рибок даніо [137], короткий опис поведінкового аналізу та його обмежень, а також порівняння з поведінковим аналізом у мишей [138–140].
Аналіз поведінки розглядає звички риб, але необхідно критично розглядати їх, застосовуючи до людей. Було б переконливіше, якби тенденції у фенотипах можна було спостерігати в кількох аналізах, а не робити припущення на основі результатів одного аналізу поведінки.
Крім аналізу поведінки, також розглядаються інші типи методів, які можуть оцінити реакції на стрес; наприклад, шляхом оцінки рівня кортизолу, який є одним із гормонів стресу [141–143].
Є ще багато невідомих аспектів використання дрібної риби як моделі для вищих функцій мозку людини та розладів нервової системи людини, і ми сподіваємося, що буде накопичено все більше досліджень.
Крім того, рибки даніо також використовуються в галузі психіатрії для аналізу шизофренії та депресії. Дуже цікаво побачити фенотип рибки даніо як моделі тварини для психіатричних симптомів [144,145]. Незважаючи на те, що поля різні, рибки даніо використовуються подібними способами, як описано в цьому огляді. Для отримання додаткової інформації зверніться до інших чудових публікацій [139,146,147].
6. Висновки
У цьому огляді ми обговорили особливості рибки даніо, медаки та бірюзової рибки в лабораторії та фактичний аналіз нейродегенеративних захворювань і порушень розвитку нервової системи за допомогою цих маленьких рибок. При аналізі неврологічних розладів людини малі риби є дуже хорошими модельними тваринами, і їх подальший розвиток буде розвиватися в майбутньому. На цьому етапі ми повинні мати почуття смиренності по відношенню до тварин-моделей ссавців. Навіть якщо різні експериментальні результати продемонструвати на маленьких рибах, якщо те ж саме можна продемонструвати на мишах, вплив може бути більшим на мишах.
Щоб продемонструвати сенс і цінність використання дрібних рибок, очікується, що дослідницькі плани використовуватимуть характеристики дрібних рибок та їхні переваги в лабораторії, як описано в цьому огляді. Крім того, ми не повинні забувати, що ми розглядаємо нервову систему людини. система через дрібних риб. Можливо, буде незрозуміло, що означають зміни в РНК і білках у дрібних рибок у контексті захворювань і розладів людини, якщо ми звернемо увагу лише на дрібних рибок.
Те ж саме стосується значення змін у морфології та фізіологічних функціях на рівні органів і значення змін у поведінці, отриманих за допомогою аналізу поведінки. Значення результатів, отриманих на дрібних рибах, стане зрозумілим, коли результати будуть зв’язані з модельними тваринами ссавців, такими як миші, а потім з аналізом людини. Якщо такий зв’язок вдасться встановити між маленькими рибками та іншими зразками, ці риби можуть стати все більш потужними та корисними інструментами для вирішення людських неврологічних розладів.
Авторські внески: HM і KK написали рукопис. Усі автори прочитали та погодилися з опублікованою версією рукопису.
Фінансування: Ця робота була підтримана грантами AMED (Номери грантів JP19gm6110028 і JP19dm0107154 (HM)), Наукової фундації Такеда (HM), JSPS KAKENHI (Номери грантівJP 14516799 (HM), JP 16690735 (HM) і JP 17925674 (HM)) і JST [Moonshot R&D] [GrantNumber JPMJMS2024] (HM).
Заява інституційної ревізійної ради: не застосовується.
Заява про інформовану згоду: не застосовується.
Заява про доступність даних: дані та інструменти, описані в цьому рукописі, доступні за запитом.
Подяка: Ми дякуємо Сінано Кобаясі та Норіко Мацуї за участь у корисних дискусіях і постійну підтримку. Ми дякуємо Ай Іто за її роботу над ілюстраціями.
Конфлікт інтересів: автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів.
Список літератури
1. Деломас Т.А.; Dabrowski, K. Вирощування личинок рибок даніо при субоптимальних температурах. J. Therm. Biol. 2018, 74, 170–173. [CrossRef]
2. Шима, А.; Мітані, Г. Медака як дослідницький організм: минуле, теперішнє та майбутнє. мех. Dev. 2004, 121, 599–604. [CrossRef]
3. Кірхмаєр, С.; Нарусе, К.; Віттбродт, Дж.; Луслі, Ф. Геномний і генетичний інструментарій телеоста медака (Oryzias latipes). Генетика 2015, 199, 905–918. [CrossRef]
4. Райхард, М.; Полачик, М.; Sedlácek, O. Розповсюдження, поліморфізм забарвлення та використання середовища існування африканської морської вбивці Nothobranchiusfurzeri, хребетної тварини з найкоротшою тривалістю життя. Дж. Фіш. Biol. 2009, 74, 198–212. [CrossRef]
5. Додзян, Я.; Кін, С.; Зайдель, Дж.; Valenzano, DR Протокол щодо лабораторного утримання бірюзових вбивць (Nothobranchius furzeri).J. Vis. Exp. 2018, 134, 57073. [CrossRef]
6. Валенцано, DR; Бенаюн, Б.А.; Сінгх, П.П.; Чжан, Е.; Еттер, П.Д.; Ху, CK; Клеман-Зіза, М.; Віллемсен, Д.; Кюї, Р.; Harel, I.; та ін. Геном африканської бірюзової вбивці дає уявлення про еволюцію та генетичну архітектуру тривалості життя. Cell 2015, 163, 1539–1554. [CrossRef]
7. Пошла, М.; Valenzano, DR Бірюзова морська риба: генетично піддатлива модель для вивчення старіння. J. Exp. Biol. 2020, 223 (Додаток 1), jeb209296. [CrossRef]
8. Лоурі, Луїзіана; Sive, H. Початкове формування шлуночків головного мозку рибки даніо відбувається незалежно від кровообігу і вимагає продуктів генів nagie oko і snakehead/atp1a1a.1. Розвиток 2005, 132, 2057–2067. [CrossRef]
9. Holzschuh, J.; Рю, С.; Абергер, Ф.; Драйвер, В. Експресія транспортера дофаміну відрізняє дофамінергічні нейрони від інших катехоламінергічних нейронів у ембріоні рибки даніо. мех. Dev. 2001, 101, 237–243. [CrossRef]
10. Тей, Т.Л.; Роннебергер, О.; Рю, С.; Нічке, Р.; Драйвер, В. Комплексний аналіз катехоламінергічної проекції виявляє інтеграцію одного нейрона висхідної та низхідної дофамінергічних систем рибки даніо. Нац. Комун. 2011, 2, 171. [CrossRef]
For more information:1950477648nn@gmail.com
