Riba zebra, medaka in turkizna morska ribica za razumevanje človeških nevrodegenerativnih/nevrorazvojnih motenj 4. del

Za ribe cebrice ima ZFIN (Informacijska mreža cebric, https://zfin.org/; dostopno 30. novembra 2021) zbirko podatkov o genih cebric, ustvarjenih transgenih linijah in mutantnih linijah.

Z nenehnim razvojem znanosti in tehnologije je gensko spremenjena tehnologija postala eno izmed pomembnih orodij sodobne kmetijske proizvodnje. S spreminjanjem genskega materiala rastlin ali živali je mogoče ustvariti več pridobljenih vrhunskih sort za ljudi in s tem rešiti probleme, kot sta pomanjkanje hrane in podhranjenost. Vendar pa v družbi še vedno obstajajo polemike o tej tehnologiji. Nekateri dvomijo, da bodo imele gensko spremenjene sorte negativne učinke na zdravje ljudi, vendar ni znanstvenih dokazov, ki bi to potrdili.

V zadnjih letih so raziskovalci odkrili povezavo med gensko spremenjenimi sevi in ​​spominom. V nekaterih primerih lahko genska sprememba izboljša spomin živali. Znanstveniki so na primer uporabili transgensko tehnologijo za prilagoditev specifičnih genov v celicah določenih organizmov, tako da ti organizmi bolje delujejo pri opravljanju spominskih nalog.

Poleg tega raziskovalci poskušajo tudi gensko urediti možgane, da bi povečali človeško inteligenco in učne sposobnosti. Nekateri geni naj bi vplivali na človekovo inteligenco in sposobnost učenja, zato lahko z urejanjem teh genov ustvarimo optimiziran možganski sistem, ki spodbuja izboljšan spomin in učne sposobnosti.

Seveda, čeprav ima gensko spremenjena tehnologija potencial za izboljšanje spomina in inteligence organizmov, so raziskave še vedno v začetnih fazah in potrebnih je več eksperimentalnih podatkov in znanstvenih preverjanj. Hkrati pa se moramo tudi zavedati, da na človeško inteligenco in spomin vplivajo tudi številni dejavniki, kot so okolje, izobrazba in genetika. Zato gensko spremenjena tehnologija ni edini način za reševanje izobraževalnih in kognitivnih težav.

Skratka, razvoj in uporaba gensko spremenjene tehnologije imata velik pomen za izboljšanje kakovosti organizmov in povečanje učinkovitosti proizvodnje. Te tehnologije ne smemo slepo zavračati, ampak moramo racionalno in objektivno na podlagi znanstvenih dokazov pogledati prednosti in slabosti te tehnologije ter z njo spodbujati razvoj kmetijstva, medicine in varstva okolja. Vidimo lahko, da moramo izboljšati spomin, in Cistanche deserticola lahko bistveno izboljša spomin, saj ima Cistanche deserticola antioksidativne, protivnetne in anti-aging učinke, ki lahko pomagajo zmanjšati oksidacijo in vnetne reakcije v možganih, s čimer ščitijo zdravje živčnega sistema. Poleg tega lahko Cistanche deserticola spodbuja tudi rast in popravilo živčnih celic ter tako izboljša povezljivost in delovanje nevronskih mrež. Ti učinki lahko pomagajo izboljšati spomin, učenje in hitrost razmišljanja ter lahko tudi preprečijo razvoj kognitivnih motenj in nevrodegenerativnih bolezni.

Kliknite Know za izboljšanje kratkoročnega spomina

Številne linije, vključno z izdelki za mutagenezo ENU ali transgenimi reporterskimi linijami, so na voljo za nakup in jih upravlja ZIRC (Zebrafish International Resource Center) ali EZRC (European Zebrafish Resource Center).

Za medako obiščite spletno stran NBRP medaka (https://shigen.nig.ac.jp/medaka/top/top.jsp; dostopno 30. novembra 2021), da poiščete različne mutirane in transgene linije.

Poleg tega NFIN (The Nothobranchius furzeriInformation Network, https://www.nothobranchius.info/; dostopno 30. novembra 2021) zagotavlja informacije o laboratorijskih postopkih in podatkovni zbirki genov turkizne morske morske ribe.

4. Enostavnost vodenja laboratorija in eksperimentiranja z ribo cebrico, medako in turkizno morbo

Nevrodegeneracija je pojav, za katerega je značilna progresivna izguba nevronov, Alzheimerjeva bolezen, Parkinsonova bolezen in amiotrofična lateralna skleroza pa so glavne nevrodegenerativne bolezni pri ljudeh.

Gre za progresivne bolezni z razmeroma počasnim kroničnim kliničnim potekom, možgani pa kažejo nenormalno odlaganje beljakovin. Vsaka nevrodegenerativna bolezen ima relativno selektivno izgubo nevronov; na primer, dopaminergični nevroni in avtonomni živčni sistem so ranljivi pri Parkinsonovi bolezni, motorični nevronski sistem pa se selektivno izgubi pri amiotrofični lateralni sklerozi [67].

V zadnjem času je bilo opravljenih veliko raziskav o nevrodegenerativnih boleznih z uporabo prednosti majhnih rib. Za ustvarjanje in analizo modelov bolezni je mogoče uporabiti zdravljenje z nevrotoksičnimi kemikalijami, neposredno mikroinjiciranje nenormalnih beljakovin, izločanje genov, povezanih z boleznijo, in vnos mutiranih genov.

Za študije Alzheimerjeve bolezni so poročali o transgenih cebricah tau [68,69] in cebricah z neposrednim mikroinjiciranjem A [70,71].

Za študije amiotrofične lateralne skleroze so bili za analizo patogeneze in pregledovanje novih zdravil uporabljeni modeli cebric, povezani s TDP-43-, SOD1-ali C9orf72- [30,72–76]. Tukaj razpravljamo o Parkinsonovi bolezni; za več informacij o drugih nevrodegenerativnih boleznih glejte druge ocene [77,78].

4.1. Zebrafish in Medaka modeli Parkinsonove bolezni
Parkinsonova bolezen je pogosta pri starejših in je značilna progresivna motorična okvara, izguba dopaminergičnih nevronov v črni substanci in alfa-sinuklein pozitivnih inkluzijskih telesc, imenovanih Lewyjeva telesca.

Mi in drugi smo uporabili vrsto majhnih rib za preučevanje patogeneze Parkinsonove bolezni. Toksini, kot so 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridin (MPTP), 6-hidroksidopamin (6-OHDA) in Znano je, da je rotenon toksičen za dopaminergične nevrone v različnih živalskih modelih.

MPTP je nevrotoksin, ki povzroča Parkinsonovi bolezni podobne simptome pri različnih živalih, vključno z ljudmi. Presnavlja se v 1-metil-4-fenilpiridinij (MPP+) v glialnih celicah, nato pa ga vgradijo dopaminergični nevroni preko prenašalcev dopamina in zavira aktivnost mitohondrijske dihalne verige. Zaradi te presnovne poti so dopaminergični nevroni selektivno poškodovani [79,80].

MPTP povzroča tudi Parkinsonovi bolezni podobne simptome pri medaki. Zadrževanje ličink medaka v vodi, ki vsebuje MPTP, hitro povzroči zmanjšanje spontanega plavalnega gibanja in izgubo dopaminergičnih nevronov v diencefalonu [81].

Izpostavljenost MPTP je bila izvedena tudi z uporabo ličink in odraslih rib cebric. Te študije so pokazale učinek MPTP na gibanje in dopaminergične nevrone [82–87].

6-OHDA lahko prevzame prenašalec dopamina, kar povzroči oksidativni stres in selektivno poškodbo dopaminergičnih nevronov. 6-OHDA, če jo dajemo neposredno v cerebrospinalno tekočino, povzroči tudi izgubo dopaminskih nevronov in zmanjšanje spontanih plavalnih gibov v medaki [88].

Injiciranje 6-OHDA v ventralni diencefalon odraslega cebrice z zadrževanjem ličink cebrice v 6-vodi, ki vsebuje 6-OHDA, lahko povzroči zmanjšanje indopaminergičnih nevronov in oslabljeno plavalno gibanje [89–92].

Zadrževanje ličink cebric v vodi, ki vsebuje rotenon, povzroči tudi zmanjšanje dopamina in motnje plavalnih gibov [93,94]. Druge kemikalije, vključno z zaviralci proteasomov [88], amonijevim kloridom ali tunikamicinom [95], lahko povzročijo fenotip, podoben Parkinsonovi bolezni, pri majhnih ribah. Ti s toksini povzročeni modeli so lahko koristni za raziskave Parkinsonove bolezni in presejanje zdravil.

Nato bomo predstavili genetske modele Parkinsonove bolezni z uporabo rib cebrice in medake. Presenetljivo težko je simulirati človeško Parkinsonovo bolezen z genetsko manipulacijo pri miših, ki so ena najbolj reprezentativnih modelnih živali.

Na primer, tudi pri trojno izločenih miših s Parkinom, PINK1 in DJ-1, genskimi produkti, odgovornimi za avtosomno recesivno družinsko Parkinsonovo bolezen, ni izgube dopaminergičnih nevronov [96].

Podobno kot pri miših, Parkin ali Pink1 single knockout medaka ne kaže izgube dopaminergičnih celic [97, 98]. Analizirali smo Parkin in Pink1 dvojno izločeno medako in ugotovili, da je prišlo do izgube dopaminergičnih nevronov, česar niso opazili pri posameznih izločenih ribah [98]. V primeru ribe cebrice zadostuje ena sama deplecija Pink1, da povzroči izgubo dopaminergičnih nevronov [99–101].

Ustvarjeni so bili tudi DJ-1 modeli cebrice in medaka, ki potrebujejo nadaljnje patološke ocene, vendar so obetavni za proizvodnjo novih ribjih modelov Parkinsonove bolezni [102–105].

ATP13A2 je še en genski produkt, ki je odgovoren za avtosomno recesivni zgodnji parkinsonizem, za katerega so značilni odziv na levodopo, supranuklearna gazepalzija, piramidni znaki in demenca [106].

Ustvarili smo Atp13a2 mutant medako, ki kaže mutacijo, podobno tisti, ki jo opazimo pri človeških bolnikih, in ta riba kaže izgubo dopaminergičnih nevronov z zmanjšanjem aktivnosti katepsina D in tvorbo inkluzijskih teles, podobnih prstnim odtisom [107].

Atp13a2 knockout medaka in cebrice kažejo podobne fenotipe [108]. GBA, ki je tudi vzročni gen Gaucherjeve bolezni, je eden od genov z visokim tveganjem za idiopatsko Parkinsonovo bolezen, Gba knockout medaka in cebrice pa ne kažejo samo dopaminergične nevrodegeneracije, temveč tudi alfa-sinuklein kopičenje [109–111].

Mutacije LRRK2 so relativno pogost vzrok za avtosomno dominantno družinsko Parkinsonovo bolezen in so povezane tudi z idiopatsko Parkinsonovo boleznijo [112,113]. Težko je razumeti takšno avtosomno dominantno bolezen, ker morda ni jasno, ali je izguba normalne funkcije gena glavni vzrok za fenotip ali pa lahko povečanje toksične funkcije pojasni bolezen.

Obstaja več modelov ribe cebrice Lrrk2, vendar bomo počakali na nadaljnje ocene in dosledne ugotovitve [114–117].

Na ta način je mogoče ustvariti različne modele Parkinsonove bolezni z zdravljenjem zebrice ali medake s kemikalijami ali z izvajanjem genske modifikacije genoma zebrice ali medake.

Ti modeli so zelo uporabni za analizo delovanja molekul, povezanih s Parkinsonovo boleznijo in vivo, in za razumevanje patofiziologije človeške Parkinsonove bolezni.

Poleg tega se že pogosto uporablja na področju odkrivanja zdravil. Visoko zmogljivo presejanje z uporabo značilnosti rib cebrice je pobralo veliko spojin, ki lahko izboljšajo patologijo Parkinsonove bolezni.

Glejte nedavni pregled odkrivanja zdravil za glavne nevrodegenerativne bolezni, vključno s Parkinsonovo boleznijo [77]. Seveda je ena od omejitev uporabe majhnih rib kot modelov živali ta, da lahko pride do neskladja med ribami in ljudmi.

Tako kot pri večini človeških bolezni je nastanek bolezni zapleten zaradi več dejavnikov, kot so staranje, okoljski dejavniki in večfaktorski genetski učinki.

Zato bi morali natančno preučiti različne modele, vključno s celičnimi linijami, majhnimi ribami ali sesalci, prav tako pa je pomembno raziskati človeške vzorce. Če gremo naprej in nazaj med modeli, kot so ribji in človeški vzorci, lahko bolj zanesljivo razumemo človeško patologijo.

4.2. Fenotipi idiopatske Parkinsonove bolezni, opaženi pri turkizni ribici

Nato smo se osredotočili na turkizno morbo, da bi razumeli idiopatsko Parkinsonovo bolezen, ki ni dedna in predstavlja 90–95 % vseh primerov Parkinsonove bolezni. Turkizna ribica je majhna ribja vrsta, ki živi v ribnikih, močvirjih in lužah v Mozambiku in drugih državah [7].

Njen habitat ima dolgo sušno in kratko deževno sezono, med sušnim obdobjem pa voda, v kateri živi turkizna ubica, presahne in odrasle ribe ne morejo preživeti.

Vendar pa mu je uspelo preživeti kot vrsta, saj je prevzel življenjsko zgodovino, v kateri drsti na sušo odporna jajčeca v tleh, ki se izležejo v naslednji ali prihodnji deževni sezoni.

V takem življenjskem ciklu pozitivni selekcijski pritisk za preprečevanje staranja ne deluje [118]. Najverjetneje imajo turkizne morske morske ribe kratko življenjsko dobo in kažejo staranje fenotipa v zelo kratkem času.

Natančneje, življenjska doba turkiznih ribic je približno štiri do šest mesecev, okoli starosti treh mesecev pa kažejo različne znake staranja, vključno z atrofijo organov, ukrivljenostjo hrbtenice in povečanimi ravnmi beta-galaktozidaze, povezane s staranjem [119–121].

Čeprav je Parkinsonova bolezen močno povezana s staranjem pri ljudeh, večina poskusnih živali med staranjem morda ne bo predstavljala zadostnega fenotipa bolezni. Ugotovili smo, da turkizna kobilica kaže degeneracijo dopaminergičnih in noradrenergičnih nevronov ter napredovanje patologije alfa-sinukleina s staranjem [122]. Ti patološki fenotipi so podobni tistim, opaženim pri Parkinsonovi bolezni pri ljudeh.

Genetska deplecija alfa-sinukleina s sistemom CRISPR-Cas9 izboljša nevrodegeneracijo, kar nakazuje, da alfa-sinuklein ni stranski opazovalec v patogenezi Parkinsonove bolezni, ampak je vzročni protein nevrodegeneracije.

Turkizna morska morbica lahko razkrije mehanizme Parkinsonove bolezni, zlasti večino primerov idiopatske Parkinsonove bolezni. Ta edinstvena riba bo koristna tudi za druge s starostjo povezane motnje v možganih in drugih organih.

For more information:1950477648nn@gmail.com