Zebrafish, Medaka i tirkizna morska riba za razumijevanje ljudskih neurodegenerativnih/neurorazvojnih poremećaja, dio 5

5. Ljudski neurorazvojni poremećaji kod malih riba

Ljudski neurorazvojni poremećaji se dijagnostikuju na osnovu relativnog odnosa između ponašanja osobe i društva, kao što su razvojne karakteristike i teškoće u društvenom životu, a ne na osnovu genetske dijagnoze ili biomarkera kao što je magnetna rezonanca [123].

Neurorazvojni poremećaji se odnose na određene poteškoće ili prepreke u razvoju nervnog sistema tokom detinjstva, koje utiču na fizički, kognitivni i bihevioralni razvoj deteta. Ova bolest je česta među djecom i mnoga djeca su pogođena. Međutim, neurorazvojni poremećaji ne znače da će djeca biti pogođena tokom cijelog života. Uz naučnu intervenciju i brigu o porodici, djeca mogu zdravo rasti i razvijati se u odrasle.

Pamćenje je jedna od važnih kognitivnih sposobnosti ljudskih bića. Sastavni je dio našeg svakodnevnog života i studijskog rada. Uticaj neurorazvojnih poremećaja na pamćenje uglavnom se manifestuje u sljedećim aspektima: Prvo, neurorazvojni poremećaji mogu utjecati na sposobnost učenja djece. Budući da je narušen razvoj nervnog sistema, dijete može imati jezične i komunikacijske poteškoće, što može otežati djetetu razumijevanje znanja i materijala za učenje koje predaje nastavnik. U isto vrijeme, djeci može nedostajati koncentracija tokom procesa učenja i teško se koncentrirati na izvršavanje zadataka, što će uticati i na njihovo pamćenje.

Drugo, neurorazvojni poremećaji mogu uticati na djetetovu sposobnost da se socijalizira i upravlja emocijama. To može uzrokovati da djeca imaju poteškoća u interakciji s vršnjacima i stvaranju dubokih odnosa s njima. Ovaj društveni i emocionalni zdravstveni problem može dovesti do djetetove mentalne nestabilnosti, što može utjecati na pamćenje.

Međutim, iako neurorazvojni poremećaji imaju određeni utjecaj na pamćenje, to ne znači da djeca ne mogu imati dobre vještine pamćenja. Uz naučnu intervenciju i brigu o porodici, djeca mogu postepeno prevazići ove poteškoće. Roditelji mogu pomoći svojoj djeci da steknu dobre navike učenja u skladu sa njihovim potrebama, obezbjeđuju ciljano podučavanje i rade sa nastavnicima kako bi zajednički stvorili dobro okruženje za rast i razvoj svoje djece.

Osim toga, djeca koja sudjeluju u nekim sportskim aktivnostima, muzičkim aktivnostima i sl. koji su im prikladni mogu imati koristi i za njihov fizički i intelektualni razvoj. Također može pomoći u jačanju njihovih društvenih i emocionalnih sposobnosti, čime se poboljšava njihovo pamćenje.

Ukratko, neurorazvojni poremećaji mogu imati određeni utjecaj na dječje pamćenje, ali to ne utječe na zdrav rast djeteta. Kroz naučnu intervenciju i brigu o porodici, djeca mogu postepeno savladati prepreke, razviti dobre vještine pamćenja i izrasti u korisne talente. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje, a Cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje, jer i Cistanche deserticola može regulisati ravnotežu neurotransmitera, kao što je povećanje nivoa acetilholina i faktora rasta. Ove supstance su veoma važne za pamćenje i učenje. Osim toga, Cistanche deserticola također može poboljšati protok krvi i promovirati isporuku kisika, što može osigurati da mozak dobije dovoljno hranjivih tvari i energije, čime se poboljšava vitalnost i izdržljivost mozga.

Kliknite znati suplemente za poboljšanje pamćenja

Jedno od ograničenja upotrebe malih riba za proučavanje neurorazvojnih poremećaja je to što nije vjerovatno da će male ribe ispuniti dijagnostičke kriterije za te ljudske neurorazvojne poremećaje.

Iako je teško primijeniti složene ljudske funkcije višeg reda na zebrice, posljednjih godina postoje izvještaji da se zebra može koristiti kao model životinje za neurorazvojne poremećaje primjenom analize ponašanja koja imitira ljudske društvene reakcije.

Nadalje, kao što je već spomenuto, korisnost malih riba u laboratoriju kao uzorne životinje za neurorazvojne poremećaje dovela je do mnogih zanimljivih otkrića u smislu konzistentnih zapažanja od ćelijske i molekularne skale do analize tkiva, razvoja i ponašanja. Poremećaj autističnog spektra ( ASD) je jedan od najčešćih neurorazvojnih poremećaja.

Iako patogeneza ASD-a nije utvrđena, akumulirani su nalazi iz sveobuhvatne genetske analize pacijenata sa ASD-om i stvorena je baza podataka o genima rizika za nastanak ASD-a. SFARI (https://gene.sfari.org/; pristupljeno 30. novembra 2021.), baza podataka kojom upravlja Simon fondacija u Sjedinjenim Državama, dostupna je za referencu. Trenutno postoje 1023 registrovana gena klasifikovana prema intenzitetu rizika.

Štaviše, genetski faktori su prepoznati u patogenezi poremećaja pažnje/hiperaktivnosti (ADHD), a posljednjih godina su se akumulirali nalazi iz meta-analiza analiza asocijacija na cijelom genomu [124–126]. Slijedi sažetak izvještaja istraživanja koji koriste modele gena mutanta zebrice za koje se smatra da su povezani s ovim neurorazvojnim poremećajima (tablica 2).

DYRK1A je serin/treonin kinaza koja je neophodna za razvoj i funkciju mozga, a prekomjerna aktivacija ovog proteina je uočena kod Downovog sindroma [133]. Osim toga, DYRK1A pripada rezultatu 1 u bazi podataka SFARI i smatra se visoko relevantnim genom rizika za ASD. Kim i dr. generirao i analizirao Dyrk1aa nokautzebrafish, ortolog DYRK1A.

Pokazali su da su odrasle nokautirane ribe pokazale mikrocefaliju, analiza ponašanja je pokazala da je anksiozno ponašanje smanjeno testom novog tanka, a socijalna interakcija je narušena testom jatanja i testom društvenih preferencija.

Zaključili su da se radi o promjeni ponašanja riba nalik autističnoj [127]. Na isti način, generisane su nokaut linije ortologa zebrice za SHANK3 i NRXN2, koji pripadaju rezultatu 1 gena rizika za ASD u bazi podataka SFARI. SHANK3 je široko eksprimiran u mozgu i uglavnom je uključen u formiranje postsinaptičkih skela i neurotransmisije [134].

Liu et al. generira Shank3b nokaut zebrafish koja je pokazala poremećene društvene interakcije analizom ponašanja i prijavila smanjenu ekspresiju Homer1, proteina koji veže SHANK, u mozgu odrasle ribe [128]. NRXN2 je transmembranski protein koji se nalazi u presinaptičkom terminalu i uključen je u izgradnju sinapse i mehanizme oslobađanja neurotransmitera [135].

NRXN2 nokautmiševi su korišteni kao model za autizam i pokazalo se da pokazuju povećano ponašanje nalik anksioznosti u testovima kao što su test svjetlo/tamna kutija i test povišenog plus mazeta [136]. Koh et al. generirao je Nrxn2a nokautirajuću zebricu i otkrio povećano ponašanje slično anksioznosti u novom testu rezervoara, što sugerira da se promjene ponašanja slične autizmu također javljaju kod zebrica [129].

PER1 je poznat kao sat-gen, a analiza asocijacije pacijenata sa ADHD-om na nivou genoma sugerira da je ovaj gen gen rizika za ADHD [124]. Huang et al. stvorio je Per1bknockout zebricu i pokazao da su mladunci hiperaktivni, da imaju povećanu učestalost napada u testu napada u zrcalnoj slici i da su spašeni mikroinjektiranjem per1b mRNA.

Također su pokazali da je sadržaj dopamina smanjen u Per1b nokautiranim mozgovima zebrice i da se hiperaktivni fenotip može spasiti selegilinom (inhibitor monoaminoksidaze B) ili metilfenidatom (inhibitor transportera dopamina, liječenje ADHD kod ljudi).

Također su analizirali PER1 nokaut miševe. Slično modelu zebrice, PER1 nokaut miševi su pokazali hiperaktivnost i smanjen sadržaj dopamina u uzorcima mozga, što sugerira mogućnost da abnormalnosti PER1 mogu biti uključene u dopaminergičke neuralne normalnosti kod ADHD-a [131]. Ovaj izvještaj je prilično impresivan jer ukazuje na visoko očuvan fenotip među vrstama kralježnjaka, uključujući karakteristike ponašanja.

Da sumiramo kako karakteristike ponašanja zebrice izražavaju simptome ljudskih neurorazvojnih poremećaja, "reaktivnost na anksioznost" odgovara senzornoj preosjetljivosti/senzornoj deprivaciji kod poremećaja iz spektra autizma, "nedostatku gužve" kao teškoćama u društvenoj komunikaciji i međuljudskim interakcijama i "hiperaktivnosti" kao i agresivnosti. fenotipovi simptoma hiperaktivnosti/impulzivnosti kod ADHD-a, mogu se procijeniti u svakom testu.

Čak i ako anatomske i fiziološke razlike nisu jasne u modelu bolesti, ako se neki fenotip može dobiti analizom ponašanja, može se koristiti kao prekretnica za procjenu može li neka intervencija pružiti spas, kao što je farmakološki visokopropusni skrining [130– 132].

Ono što treba pažljivo razmotriti je njegovo tumačenje u analizi ponašanja. Iako analiza ponašanja miševa ima dugu povijest i standardizirana od strane mnogih istraživača, analiza ponašanja zebrica je još uvijek u fazi razvoja.

Na primjer, novi test rezervoara prati ponašanje zebrica nakon što su prebačene u novi rezervoar i agregira i statistički obrađuje koliko su vremena proveli na kojoj dubini vode i koliko su daleko putovali. U ovom testu, zebrice prvo provode vrijeme skrivajući se na dnu spremnika, a zatim postupno proširuju svoj raspon aktivnosti na površinu.

Ako se primijeti da zebra provode manje vremena na dnu akvarija i odmah se počnu približavati površini, to može imati različita značenja ovisno o tome da li se to objašnjava kao "ne osjeća lako anksioznost" ili "hiperaktivnost i impulzivnost". Pogledajte reference za listu ponašanja zebrica [137], sažetak analize ponašanja i njenih ograničenja, te kontrast s analizom ponašanja kod miševa [138–140].

Analiza ponašanja sagledava navike riba, ali ih je potrebno kritički razmotriti kada ih primjenjujemo na ljude. Bilo bi uvjerljivije kada bi se trendovi u fenotipovima mogli promatrati u višestrukim testovima, umjesto da se prave pretpostavke na osnovu rezultata jedne analize ponašanja.

Pored analize ponašanja, razmatraju se i druge vrste metoda koje mogu procijeniti odgovor na stres; na primjer, procjenom nivoa kortizola, koji je jedan od hormona stresa [141–143].

Još uvijek postoje mnogi nepoznati aspekti korištenja malih riba kao modela za ljudske funkcije višeg mozga i poremećaje neurološkog razvoja, i nadamo se da će se sve više istraživanja prikupljati.

Osim toga, zebra se također koristi u polju psihijatrije za analizu šizofrenije i depresije. Vrlo je zanimljivo vidjeti fenotip zebrice kao uzorne životinje za psihijatrijske simptome [144,145]. Iako su polja različita, zebrice se koriste na sličan način kao što je opisano u ovoj recenziji. Za više informacija pogledajte druge odlične publikacije [139,146,147].

6. Zaključci

U ovom pregledu raspravljali smo o karakteristikama zebrice, medake i tirkizne ribice u laboratoriji i stvarnoj analizi neurodegenerativnih bolesti i neurorazvojnih poremećaja korištenjem ovih malih riba. U analizi ljudskih neuroloških poremećaja, male ribice su vrlo dobre uzorne životinje i u budućnosti će se dalje razvijati. U ovom trenutku, moramo imati osjećaj poniznosti prema modelima sisara. Čak i ako se različiti eksperimentalni rezultati pokažu na malim ribama, ako se ista stvar može pokazati kod miševa, utjecaj može biti veći kod miševa.

Kako bi se demonstrirao značenje i vrijednost korištenja malih riba, od istraživačkih nacrta se očekuje da iskoriste karakteristike malih riba i njihove prednosti u laboratoriju, kao što je opisano u ovom pregledu. Osim toga, ne treba zaboraviti da gledamo na ljudski živčani sistem kroz male ribe. Možda neće biti jasno što znače promjene u RNK i proteinima kod malih riba u kontekstu ljudskih bolesti i poremećaja ako obratimo pažnju samo na male ribe.

Ista stvar vrijedi i za značenje promjena u morfologiji i fiziološkim funkcijama na nivou organa i značenje promjena u ponašanju koje se dobije analizom ponašanja. Značenje rezultata dobijenih od malih riba postat će jasno kada se rezultati premoste na modele životinja sisara kao što su miševi, a zatim na analizu ljudi. Ako se takav odnos može uspostaviti između malih riba i drugih uzoraka, ove ribe mogu postati sve moćnije i korisnije oruđe za rješavanje ljudskih neuroloških poremećaja.

Prilozi autora: HM i KK su napisali rukopis. Svi autori su pročitali i složili se s objavljenom verzijom rukopisa.

Finansiranje: Ovaj rad je podržan grantovima AMED-a (brojevi grantova JP19gm6110028 i JP19dm0107154 (HM)), Naučne fondacije Takeda (HM), JSPS KAKENHI (brojevi grantova JP 14516799 (HM), JP3516799 (HM), JP3517779 (JP351777) i JST [Moonshot R&D] [GrantNumber JPMJMS2024] (HM).

Izjava institucionalnog odbora za reviziju: Nije primjenjivo.

Izjava o informiranom pristanku: Nije primjenjivo.

Izjava o dostupnosti podataka: Podaci i alati opisani u ovom rukopisu dostupni su na zahtjev.

Zahvalnice: Zahvaljujemo Shinano Kobayashi i Noriko Matsui na učešću u korisnim diskusijama i pružanju kontinuirane podrške. Zahvaljujemo Ai Ito za njen rad na ilustracijama.

Sukob interesa: Autori izjavljuju da nema sukoba interesa.

Reference

1. Delomas, TA; Dabrowski, K. Uzgoj larvi zebrice na suboptimalnim temperaturama. J. Therm. Biol. 2018, 74, 170–173. [CrossRef]

2. Shima, A.; Mitani, H. Medaka kao istraživački organizam: prošlost, sadašnjost i budućnost. Mech. Dev. 2004, 121, 599–604. [CrossRef]

3. Kirchmaier, S.; Naruse, K.; Wittbrodt, J.; Loosli, F. Genomska i genetska kutija alata teleost medaka (Oryzias latipes). Genetics2015, 199, 905–918. [CrossRef]

4. Reichard, M.; Polacik, M.; Sedlácek, O. Rasprostranjenost, polimorfizam boja i upotreba staništa afričke morske ribe Nothobranchiusfurzeri, kičmenjaka s najkraćim životnim vijekom. J. Fish. Biol. 2009, 74, 198–212. [CrossRef]

5. Dodzian, J.; Kean, S.; Seidel, J.; Valenzano, DR A Protokol za laboratorijsko držanje tirkizne morske ribe (Nothobranchius furzeri).J. Vis. Exp. 2018, 134, 57073. [CrossRef]

6. Valenzano, DR; Benayoun, BA; Singh, PP; Zhang, E.; Etter, PD; Hu, CK; Clément-Ziza, M.; Willemsen, D.; Cui, R.; Harel, I.; et al. Genom afričke tirkizne morske ribe pruža uvid u evoluciju i genetsku arhitekturu životnog vijeka. Cell 2015, 163, 1539–1554. [CrossRef]

7. Poeschla, M.; Valenzano, DR Tirkizna morska riba: genetski podložan model za proučavanje starenja. J. Exp. Biol. 2020, 223 (Suppl. 1), jeb209296. [CrossRef]

8. Lowery, LA; Sive, H. Početno formiranje moždanih komora zebrice odvija se nezavisno od cirkulacije i zahteva nagie oko i zmijoglave/atp1a1a.1 genske proizvode. Razvoj 2005, 132, 2057–2067. [CrossRef]

9. Holzschuh, J.; Ryu, S.; Aberger, F.; Driever, W. Ekspresija transportera dopamina razlikuje dopaminergičke neurone od drugih kateholaminergičkih neurona u embrionu zebrice u razvoju. Mech. Dev. 2001, 101, 237–243. [CrossRef]

10. Tay, TL; Ronneberger, O.; Ryu, S.; Nitschke, R.; Driever, W. Sveobuhvatna kateholaminergička projekcijska analiza otkriva integraciju jednog neurona uzlaznih i silaznih dopaminergičkih sistema zebrice. Nat. Commun. 2011, 2, 171. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com