Zebrafish, Medaka i tirkizna morska riba za razumijevanje ljudskih neurodegenerativnih/neurorazvojnih poremećaja, dio 4

Za zebrice, ZFIN (Informacijska mreža Zebrafish, https://zfin.org/; pristupljeno 30. novembra 2021.) ima bazu podataka gena zebrica, kreiranih transgenih linija i mutantnih linija.

Kontinuiranim razvojem nauke i tehnologije, genetski modifikovana tehnologija postala je jedan od važnih alata u savremenoj poljoprivrednoj proizvodnji. Promjenom genetskog materijala biljaka ili životinja, mogu se stvoriti više stečenih superiornih sorti za ljude, čime se rješavaju problemi kao što su nedostatak hrane i pothranjenost. Međutim, u društvu još uvijek postoje kontroverze oko ove tehnologije. Neki ljudi sumnjaju da će genetski modifikovane sorte imati negativne efekte na ljudsko zdravlje, ali ne postoje naučni dokazi koji podržavaju ovo gledište.

Posljednjih godina istraživači su otkrili vezu između genetski modificiranih sojeva i pamćenja. U nekim slučajevima, genetska modifikacija može poboljšati pamćenje životinje. Na primjer, naučnici su koristili transgensku tehnologiju kako bi prilagodili specifične gene u stanicama određenih organizama tako da ti organizmi bolje rade kada obavljaju zadatke pamćenja.

Osim toga, istraživači također pokušavaju genski urediti mozak kako bi poboljšali ljudsku inteligenciju i sposobnosti učenja. Smatra se da neki geni utiču na nečiju inteligenciju i sposobnost učenja, tako da se uređivanjem ovih gena može stvoriti optimizovan moždani sistem koji unapređuje bolje pamćenje i sposobnosti učenja.

Naravno, iako genetski modificirana tehnologija ima potencijal da poboljša pamćenje i inteligenciju organizama, istraživanja su još uvijek u preliminarnim fazama i potrebno je više eksperimentalnih podataka i naučne provjere. Istovremeno, moramo shvatiti da na ljudsku inteligenciju i pamćenje također utiču mnogi faktori, kao što su okruženje, obrazovanje i genetika. Stoga genetski modificirana tehnologija nije jedini način rješavanja obrazovnih i kognitivnih problema.

Ukratko, razvoj i primjena genetski modificirane tehnologije od velikog su značaja za poboljšanje kvaliteta organizama i povećanje efikasnosti proizvodnje. Ne treba slepo odbaciti ovu tehnologiju, već treba racionalno i objektivno sagledati prednosti i nedostatke ove tehnologije zasnovane na naučnim dokazima i koristiti je za promicanje razvoja poljoprivrede, medicine i zaštite životne sredine. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje, a Cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje, jer Cistanche deserticola djeluje antioksidativno, protuupalno i protiv starenja, što može pomoći u smanjenju oksidacije i upalnih reakcija u mozgu, čime se štiti zdravlje nervnog sistema. Osim toga, Cistanche deserticola također može promovirati rast i popravak nervnih ćelija, čime se poboljšava povezanost i funkcija neuronskih mreža. Ovi efekti mogu pomoći u poboljšanju pamćenja, učenja i brzine razmišljanja, a također mogu spriječiti razvoj kognitivne disfunkcije i neurodegenerativnih bolesti.

Kliknite Znaj da poboljšate kratkoročno pamćenje

Mnoge linije, uključujući ENU proizvode mutageneze ili transgene reporterske linije, dostupne su za kupovinu i njima upravlja ZIRC (Međunarodni resursni centar Zebrafish) ili EZRC (European Zebrafish Resource Center).

Za medaku, posjetite NBRP medaka web stranicu (https://shigen.nig.ac.jp/medaka/top/top.jsp; pristupljeno 30. novembra 2021.) da potražite različite mutantne i transgene linije.

Pored toga, NFIN (The Nothobranchius furzeriInformation Network, https://www.nothobranchius.info/; pristupljeno 30. novembra 2021.) pruža informacije o laboratorijskim procedurama i bazu podataka gena tirkizne morske ribe.

4. Lakoća laboratorijskog upravljanja i eksperimentiranja sa zebricom, medakom i tirkiznom morskom ribom

Neurodegeneracija je fenomen karakteriziran progresivnim gubitkom neurona, a Alchajmerova bolest, Parkinsonova bolest i amiotrofična lateralna skleroza su glavne neurodegenerativne bolesti među ljudima.

To su progresivne bolesti sa relativno sporim hroničnim kliničkim tokom, a mozak pokazuje abnormalno taloženje proteina. Svaka neurodegenerativna bolest ima relativno selektivan gubitak neurona; na primjer, dopaminergički neuroni i autonomni nervni sistem su ranjivi kod Parkinsonove bolesti, a motorni neuronski sistem se selektivno gubi kod amiotrofične lateralne skleroze [67].

Nedavno je bilo mnogo istraživanja o neurodegenerativnim bolestima koristeći prednosti malih riba. Za generiranje i analizu modela bolesti može se koristiti liječenje lijekovima neurotoksičnim hemikalijama, direktna mikroinjekcija abnormalnih proteina, nokautiranje gena povezanih s bolešću i ubacivanje mutiranih gena.

Za studije Alchajmerove bolesti, prijavljene su tau transgene zebrice [68,69] i zebrice sa direktnom mikroinjektacijom A [70,71].

Za studije amiotrofične lateralne skleroze korišćeni su modeli zebrica povezanih sa TDP-43-, SOD1-ili C9orf72- za analizu patogeneze i skrining novih lijekova [30,72–76]. Ovdje raspravljamo o Parkinsonovoj bolesti; za više informacija o drugim neurodegenerativnim bolestima, pogledajte druge preglede [77,78].

4.1. Zebrafish i Medaka modeli Parkinsonove bolesti
Parkinsonova bolest je česta kod starijih osoba i karakterizira je progresivna motorička oštećenja, gubitak dopaminergičkih neurona u supstanciji nigra, andalfa-sinuklein-pozitivna inkluzijska tijela koja se nazivaju Lewyjeva tijela.

Mi i drugi koristili smo razne male ribe za proučavanje patogeneze Parkinsonove bolesti. Toksini kao što su 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridin (MPTP), 6-hidroksidopamin (6-OHDA) i poznato je da je rotenon toksičan za dopaminergičke neurone na različitim životinjskim modelima.

MPTP je neurotoksin koji izaziva simptome slične Parkinsonovoj bolesti kod raznih životinja, uključujući ljude. Metaboliše se u 1-metil-4-fenilpiridinijum (MPP+) u glijalnim ćelijama, a zatim ga inkorporiraju dopaminergički neuroni preko dopaminskih transportera i inhibira aktivnost mitohondrijalnog respiratornog lanca. Zbog ovog metaboličkog puta, dopaminergički neuroni su selektivno oštećeni [79,80].

MPTP također izaziva simptome slične Parkinsonovoj bolesti u medaki. Držanje larvi medaka u vodi koja sadrži MPTP brzo izaziva smanjenje spontanog plivanja i gubitak dopaminergičkih neurona u diencefalonu [81].

Izlaganje MPTP-u je također provedeno pomoću larvi i odraslih jedinki zebrice. Ove studije su pokazale učinak MPTP-a na lokomociju i dopaminergičke neurone [82-87].

6-OHDA može preuzeti transporter dopamina, što dovodi do oksidativnog stresa i selektivnog oštećenja dopaminergičkih neurona. 6-OHDA, kada se daje direktno u cerebrospinalnu tečnost, takođe izaziva gubitak dopaminskih neurona i smanjenje spontanih plivačkih pokreta u medaki [88].

Injekcija 6-OHDA u ventralni diencefalon odraslog zebrafishora zadržavanjem larvi zebrice u vodi koja sadrži 6-OHDA može uzrokovati smanjenje indopaminergičkih neurona i poremećene plivačke pokrete [89–92].

Držanje ličinki zebrica u vodi koja sadrži rotenon također uzrokuje smanjenje dopamina i poremećene pokrete plivanja [93,94]. Druge hemikalije, uključujući inhibitore proteasoma [88], amonijum hlorid ili tunikamicin [95], mogu izazvati fenotipove slične Parkinsonovoj bolesti kod malih riba. Ovi modeli izazvani toksinom mogu biti korisni za istraživanje Parkinsonove bolesti i skrining lijekova.

Zatim ćemo predstaviti genetske modele Parkinsonove bolesti koristeći zebricu i medaku. Iznenađujuće je teško simulirati ljudsku Parkinsonovu bolest genetskom manipulacijom kod miševa, koji je jedna od najreprezentativnijih modela životinja.

Na primjer, čak i kod miševa s trostrukim nokautiranjem s Parkinom, PINK1 i DJ-1, genskim proizvodima odgovornim za autosomno recesivnu porodičnu Parkinsonovu bolest, nema gubitka dopaminergičkog neurona [96].

Slično kao kod miševa, Parkin ili Pink1 medaka sa jednim nokautom ne pokazuje gubitak dopaminergičkih ćelija [97,98]. Analizirali smo Parkin i Pink1 dvostruku nokaut medaku i otkrili da je došlo do gubitka dopaminergičkih neurona, što nije uočeno kod pojedinačne nokaut ribe [98]. U slučaju zebrice, jedno smanjenje Pink1 dovoljno je da izazove gubitak dopaminergičkih neurona [99–101].

Napravljeni su i DJ-1 nokaut modeli zebrice i medaka, koji zahtijevaju daljnje patološke procjene, ali obećavaju za proizvodnju novih ribljih modela Parkinsonove bolesti [102–105].

ATP13A2 je još jedan genski proizvod koji je odgovoran za autosomno recesivni rani parkinsonizam koji se karakterizira reakcijom na levodopu, supranuklearnom gazepalsijom, piramidalnim znacima i demencijom [106].

Napravili smo Atp13a2 mutantnu medaku, koja pokazuje mutaciju sličnu onoj uočenoj kod ljudskih pacijenata, a ova riba pokazuje gubitak dopaminergičkih neurona sa smanjenjem aktivnosti katepsina D i formiranjem inkluzijskog tijela nalik otisku prsta [107].

Atp13a2 nokaut zebrafish također pokazuje slične fenotipove [108].GBA, koji je također uzročnik gena Gaucherove bolesti, jedan je od gena visokog rizika za idiopatsku Parkinsonovu bolest, a Gba nokaut medaka i zebrafish pokazuju ne samo dopaminergičku neurofadnu generaciju akumulacija [109–111].

LRRK2 mutacije su relativno čest uzrok autosomno dominantne porodične Parkinsonove bolesti, a također su povezane s idiopatskom Parkinsonovom bolešću [112,113]. Postoji poteškoća u razumijevanju takve autosomno dominantne bolesti jer možda nije jasno da li je gubitak normalne funkcije gena glavni uzrok fenotipa ili povećanje toksične funkcije može objasniti bolest.

Bilo je nekoliko modela zebrica Lrrk2, ali ćemo sačekati daljnje procjene i konzistentne nalaze [114–117].

Na taj način se mogu generirati različiti modeli Parkinsonove bolesti tretiranjem zebrice ili medake hemikalijama ili provođenjem genetske modifikacije genoma zebrafishor medaka.

Ovi modeli su vrlo korisni za analizu funkcije molekula povezanih s Parkinsonovom bolešću in vivo i za razumijevanje patofiziologije ljudske Parkinsonove bolesti.

Nadalje, već se široko koristio u području otkrivanja lijekova. Visoko propusni skrining koji koristi karakteristike zebrice otkrio je mnoga jedinjenja koja imaju potencijal da poboljšaju patologiju Parkinsonove bolesti.

Molimo pogledajte nedavni pregled otkrića lijekova za glavne neurodegenerativne bolesti uključujući Parkinsonovu bolest [77]. Naravno, jedno od ograničenja upotrebe malih riba kao modela životinja je da može postojati neslaganje između riba i ljudi.

Kao što je slučaj sa većinom ljudskih bolesti, početak bolesti je komplikovan zbog nekoliko faktora, kao što su starenje, faktori okoline i multifaktorski genetski efekti.

Stoga bismo trebali pažljivo ispitati različite modele uključujući stanične linije, male ribe ili sisare, a također je važno istražiti ljudske uzorke. Idući naprijed-nazad između modela kao što su uzorci riba i ljudi, možemo pouzdanije razumjeti ljudsku patologiju.

4.2. Fenotipovi idiopatske Parkinsonove bolesti viđeni u tirkiznoj morskoj ribi

Zatim smo se fokusirali na tirkiznu morsku ribu kako bismo razumjeli idiopatsku Parkinsonovu bolest, koja nije nasljedna i čini 90-95% svih slučajeva Parkinsonove bolesti. Tirkizna riba je mala vrsta ribe koja živi u ribnjacima, močvarama i lokvama u Mozambiku i drugim zemljama [7].

Njegovo stanište ima dugu sušnu sezonu i kratku kišnu sezonu, a tokom sušne sezone voda u kojoj živi tirkizna morska riba presuši i odrasle ribe ne mogu preživjeti.

Međutim, uspjela je da preživi kao vrsta usvajajući životnu istoriju u kojoj mrijesti jaja otporna na sušu u tlu, koja se izlegu tokom sljedeće ili buduće kišne sezone.

U takvom životnom ciklusu, pozitivni selekcijski pritisak za anti-aging ne funkcionira [118]. Najvjerovatnije, tirkizna morska riba ima kratak životni vijek i ispoljava fenotip u vrlo kratkom periodu.

Konkretno, životni vijek tirkiznih ribica je otprilike četiri do šest mjeseci, a u dobi od tri mjeseca, one pokazuju različite znakove starenja, uključujući atrofiju organa, zakrivljenost kralježnice i povećan nivo beta-galaktozidaze povezane sa starenjem [119–121].

Iako je Parkinsonova bolest snažno povezana sa starenjem kod ljudi, većina eksperimentalnih životinja možda neće imati dovoljan fenotip bolesti tokom starenja. Otkrili smo da tirkizna kilifish pokazuje degeneraciju dopaminergičkih i noradrenergičkih neurona i progresiju alfa-sinukleinske patologije sa starenjem [122]. Ovi patološki fenotipovi su slični onima uočenim kod ljudske Parkinsonove bolesti.

Genetsko iscrpljivanje alfa-sinukleina od strane CRISPR-Cas9 sistema poboljšava neurodegeneraciju, sugerirajući da alfa-sinuklein nije posmatrač u patogenezi Parkinsonove bolesti, već je uzročnik proteina neurodegeneracije.

Tirkizna morska riba ima potencijal da otkrije mehanizme Parkinsonove bolesti, posebno većine slučajeva idiopatske Parkinsonove bolesti. Ova jedinstvena riba bit će korisna i za druge poremećaje u mozgu i drugim organima vezanim za starenje.

For more information:1950477648nn@gmail.com