Zebrafisk, Medaka og turkis killifish til forståelse af menneskelige neurodegenerative/neuroudviklingsmæssige lidelser, del 5

5. Humane neuroudviklingsforstyrrelser hos små fisk

Menneskelige neuroudviklingsforstyrrelser diagnosticeres baseret på det relative forhold mellem en persons adfærd og samfund, såsom udviklingskarakteristika og vanskeligheder i det sociale liv, ikke baseret på genetisk diagnose eller biomarkører såsom MR-scanninger [123].

Neuroudviklingsforstyrrelser refererer til visse vanskeligheder eller forhindringer i udviklingen af ​​nervesystemet i barndommen, som påvirker barnets fysiske, kognitive og adfærdsmæssige udvikling. Denne sygdom er almindelig blandt børn, og mange børn er ramt. Men neuroudviklingsforstyrrelser betyder ikke, at børn vil blive påvirket hele livet. Med videnskabelig intervention og familiepleje kan børn vokse og udvikle sig sundt til voksne.

Hukommelse er en af ​​de vigtige kognitive evner hos mennesker. Det er en integreret del af vores daglige liv og studiearbejde. Indvirkningen af ​​neuroudviklingsforstyrrelser på hukommelsen kommer hovedsageligt til udtryk i følgende aspekter: For det første kan neuroudviklingsforstyrrelser påvirke børns indlæringsevne. Fordi nervesystemets udvikling er påvirket, kan barnet få sprog- og kommunikationsbesvær, hvilket kan gøre det svært for barnet at forstå den viden og det læringsmateriale, læreren underviser i. Samtidig kan børn mangle koncentration under læringsprocessen og have svært ved at koncentrere sig om at udføre opgaver, hvilket også vil påvirke deres hukommelse.

For det andet kan neuroudviklingsforstyrrelser påvirke et barns evne til at socialisere og håndtere følelser. Dette kan få børn til at have svært ved at interagere med jævnaldrende og danne dybe relationer til dem. Dette sociale og følelsesmæssige sundhedsproblem kan føre til et barns mentale ustabilitet, hvilket kan påvirke hukommelsen.

Men selvom neuroudviklingsforstyrrelser har en vis indflydelse på hukommelsen, betyder det ikke, at børn ikke kan have gode hukommelsesevner. Med videnskabelig intervention og familiepleje kan børn gradvist overvinde disse vanskeligheder. Forældre kan hjælpe deres børn med at etablere gode studievaner efter deres behov, give målrettet vejledning og samarbejde med lærere om i fællesskab at skabe et godt miljø for deres børns vækst og udvikling.

Derudover kan børn, der deltager i nogle sportsaktiviteter, musikaktiviteter osv., der passer til dem, også gavne deres fysiske og intellektuelle udvikling. Det kan også være med til at styrke deres sociale og følelsesmæssige evner og derved forbedre deres hukommelse.

Kort sagt kan neuroudviklingsforstyrrelser have en vis indflydelse på børns hukommelse, men det påvirker ikke barnets sunde vækst. Gennem videnskabelig intervention og familiepleje kan børn gradvist overvinde forhindringer, udvikle gode hukommelsesevner og vokse til nyttige talenter. Det kan ses, at vi skal forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen markant, fordi Cistanche deserticola også kan regulere balancen af ​​neurotransmittere, såsom at øge niveauet af acetylcholin og vækstfaktorer. Disse stoffer er meget vigtige for hukommelse og indlæring. Derudover kan Cistanche deserticola også forbedre blodgennemstrømningen og fremme ilttilførsel, hvilket kan sikre, at hjernen får tilstrækkelige næringsstoffer og energi, og derved forbedre hjernens vitalitet og udholdenhed.

Klik på kend kosttilskud for at forbedre hukommelsen

En begrænsning ved at bruge små fisk til at studere neuroudviklingsforstyrrelser er, at det ikke er sandsynligt, at små fisk vil opfylde de diagnostiske kriterier for disse humane neuroudviklingslidelser.

Selvom det er vanskeligt at anvende menneskers komplekse højere-ordens funktioner på zebrafisk, har der i de seneste år været rapporter om, at zebrafisk kan bruges som et modeldyr for neuroudviklingsforstyrrelser ved at anvende adfærdsanalyse, der efterligner menneskelige sociale reaktioner.

Ydermere, som det allerede er blevet nævnt, førte brugen af ​​små fisk i laboratoriet som et modeldyr til neuroudviklingsforstyrrelser til mange interessante fund i form af konsistente observationer fra den cellulære og molekylære skala til vævs-, udviklings- og adfærdsanalyse. Autismespektrumforstyrrelse ( ASD) er en af ​​de mest almindelige neuro-udviklingslidelser.

Selvom patogenesen af ​​ASD ikke er blevet fastslået, er resultater fra omfattende genetisk analyse af patienter med ASD blevet akkumuleret, og der er oprettet en database over risikogener for debut af ASD. SFARI (https://gene.sfari.org/; adgang til den 30. november 2021), en database, der drives af Simon Foundation i USA, er tilgængelig som reference. Der er i øjeblikket 1023 registrerede gener klassificeret efter risikointensitet.

Desuden er genetiske faktorer blevet anerkendt i patogenesen af ​​opmærksomhedsunderskud/hyperaktivitetsforstyrrelse (ADHD), og i de senere år er fund fra metaanalyser af genomomfattende associationsanalyser akkumuleret [124-126]. Det følgende er et resumé af forskningsrapporter, der anvender mutantmodeller af zebrafisk af gener, der menes at være forbundet med disse neuroudviklingslidelser (tabel 2).

DYRK1A er en serin/threoninkinase, der er essentiel for hjernens udvikling og funktion, og overaktivering af dette protein ses ved Downs syndrom [133]. Derudover tilhører DYRK1A score 1 i SFARI-databasen og anses for at være et yderst relevant risikogen for ASD. Kim et al. genereret og analyseret Dyrk1aa knockoutzebrafisk, en ortolog af DYRK1A.

De viste, at voksne knockout-fisk udviste mikrocefali, adfærdsanalyse viste, at angstadfærd blev reduceret af noveltank-testen, og social interaktion blev svækket af stimetesten og social præferencetest.

De konkluderede, at dette var en autistisk-lignende adfærdsændring hos fisk [127]. På samme måde blev zebrafisk-ortologe knockout-linjer genereret for SHANK3 og NRXN2, som tilhører score 1 af ASD-risikogener i SFARI-databasen. SHANK3 er bredt udtrykt i hjernen og er hovedsageligt involveret i dannelsen af ​​postsynaptiske stilladser og neurotransmission [134].

Liu et al. genererede Shank3b knockout zebrafisk, der viste svækkede sociale interaktioner ved adfærdsanalyse og rapporterede reduceret udtryk for Homer1, et SHANK-bindende protein, i den voksne fiskehjerne [128]. NRXN2 er et transmembranprotein, der ligger i den præsynaptiske terminal og er involveret i insynapsekonstruktion og neurotransmitterfrigivelsesmekanismer [135].

NRXN2 knockoutmus er blevet brugt som en model for autisme og har vist sig at udvise øget angstlignende adfærd i assays såsom lys/mørke boks-testen og den forhøjede plus mazetest [136]. Koh et al. genererede Nrxn2a knockout zebrafisk og fandt øget angstlignende adfærd i den nye tanktest, hvilket tyder på, at autismelignende adfærdsændringer også forekommer hos zebrafisk [129].

PER1 er kendt som et clock-gen, og genom-dækkende associationsanalyse af ADHD-patienter tyder på, at dette gen er et risikogen for ADHD [124]. Huang et al. skabte Per1bknockout zebrafisk og viste, at unge var hyperaktive, havde øget angrebsfrekvens i spejlbillede-angrebstesten og blev reddet ved mikroinjektion af per1b mRNA.

De viste også, at dopaminindholdet var faldet i Per1b knockout zebrafiskhjerner, og at den overaktive fænotype kunne reddes af selegilin (monoaminoxidase B-hæmmer) eller methylphenidat (dopamintransporthæmmer, human ADHD-behandling).

De analyserede også PER1 knockout-mus. I lighed med zebrafiskmodellen viste PER1 knockout-mus hyperaktivitet og nedsat dopaminindhold i hjerneprøver, hvilket tyder på muligheden for, at PER1-abnormiteter kan være involveret i dopaminerge neuralabnormaliteter i ADHD [131]. Denne rapport er ret imponerende, fordi den antyder en meget konserveret fænotype blandt hvirveldyrarter, herunder adfærdsmæssige karakteristika.

For at opsummere, hvordan zebrafiskens adfærdsmæssige karakteristika udtrykker symptomerne på menneskelige neuroudviklingsforstyrrelser, svarer "reaktivitet over for angst" til sensorisk overfølsomhed/sensorisk afsavn ved autismespektrumforstyrrelser, "mangel på trængsel" som vanskeligheder i social kommunikation og interpersonelle interaktioner og "hyperaktivitet og aggression" som fænotyper for hyperaktivitet/impulsivitetssymptomer ved ADHD, kan evalueres i hvert assay.

Selvom de anatomiske og fysiologiske forskelle ikke er klare i en sygdomsmodel, hvis en fænotype kan opnås gennem adfærdsanalyse, kan den bruges som en milepæl til at vurdere, om en eller anden intervention kan give redning, såsom farmakologisk high-throughput screening [130- 132].

Hvad der bør overvejes nøje, er dens fortolkning i adfærdsanalyse. Mens adfærdsanalysen af ​​mus har en lang historie og er blevet standardiseret af mange forskere, er adfærdsanalysen af ​​zebrafisk stadig i sin udviklingsfase.

For eksempel sporer den nye tanktest adfærden hos zebrafisk, efter at de er blevet overført til en ny tank, og samler og behandler statistisk, hvor meget tid de brugte på hvilken vanddybde og hvor langt de rejste. I denne analyse bruger zebrafisk først tid på at gemme sig i bunden af ​​tanken, og derefter udvider de gradvist deres aktiviteter til overfladen.

Hvis det observeres, at zebrafisken bruger mindre tid i bunden af ​​tanken og straks begynder at bevæge sig tættere på overfladen, kan det have forskellige betydninger, afhængigt af om det forklares som "ikke let at føle sig angst" eller "hyperaktivitet og impulsivitet". Se referencerne for en liste over zebrafiskadfærd [137], et resumé af adfærdsanalyse og dens begrænsninger, og kontrast med adfærdsanalyse hos mus [138-140].

Adfærdsanalyse ser på fiskens vaner, men det er nødvendigt at overveje dem kritisk, når man anvender dem på mennesker. Det ville være mere overbevisende, hvis tendenser i fænotyper kunne observeres i flere assays, i stedet for at lave antagelser baseret på resultatet af en enkelt adfærdsanalyse.

Ud over adfærdsanalyse overvejes også andre typer metoder, der kan evaluere stressreaktioner; for eksempel ved at evaluere niveauet af kortisol, som er et af stresshormonerne [141-143].

Der er stadig mange ukendte aspekter ved at bruge små fisk som en model for menneskelige højere hjernefunktioner og menneskelige neuroudviklingsforstyrrelser, og vi håber, at stigende forskning vil blive akkumuleret.

Derudover bruges zebrafisk også inden for psykiatrien til at analysere skizofreni og depression. Det er meget interessant at se fænotypen af ​​zebrafisk som et modeldyr for psykiatriske symptomer [144,145]. Selvom felterne er forskellige, bruges zebrafisk på lignende måder som beskrevet i denne anmeldelse. For mere information henvises til andre fremragende publikationer [139,146,147].

6. Konklusioner

I denne gennemgang har vi diskuteret funktionerne ved zebrafisk, medaka og turkiskillifish i laboratoriet og den faktiske analyse af neurodegenerative sygdomme og neurodegenerative lidelser ved hjælp af disse små fisk. I analysen af ​​menneskelige neurologiske lidelser er små fisk meget gode modeldyr og vil blive videreudviklet i fremtiden. På dette tidspunkt er vi nødt til at have en følelse af ydmyghed over for pattedyrsmodeldyr. Selv hvis der vises forskellige forsøgsresultater i små fisk, hvis det samme kan påvises i mus, kan påvirkningen være større hos mus.

For at demonstrere betydningen og værdien af ​​at bruge små fisk, forventes forskningsdesign at drage fordel af egenskaberne ved små fisk og deres fordele i laboratoriet, som beskrevet i denne anmeldelse. Derudover bør vi ikke glemme, at vi ser på menneskets nervøse system gennem små fisk. Det er måske ikke klart, hvad ændringerne i RNA og proteiner i små fisk i forbindelse med menneskelige sygdomme og lidelser betyder, hvis vi kun er opmærksomme på småfisk.

Det samme gælder betydningen af ​​ændringerne i morfologi og fysiologiske funktioner på organniveau og betydningen af ​​ændringer i adfærd opnået gennem adfærdsanalyse. Betydningen af ​​resultaterne opnået fra små fisk vil blive tydelig, når resultaterne kobles til pattedyrsmodeldyr såsom mus og derefter til menneskelig analyse. Hvis et sådant forhold kan etableres mellem små fisk og andre prøver, kan disse fisk blive stadig mere kraftfulde og nyttige værktøjer til at løse menneskelige neurologiske lidelser.

Forfatterbidrag: HM og KK skrev manuskriptet. Alle forfattere har læst og accepteret den offentliggjorte version af manuskriptet.

Finansiering: Dette arbejde blev støttet af tilskud fra AMED (Grant Numbers JP19gm6110028 andJP19dm0107154 (HM)), Takeda Science Foundation (HM), JSPS KAKENHI (Grant NumbersJP 14516799 (HM), JP 16690755 (JP 16690735) (7HM) og JST [Moonshot R&D] [GrantNumber JPMJMS2024] (HM).

Udtalelse fra det institutionelle bedømmelsesudvalg: Ikke relevant.

Erklæring om informeret samtykke: Ikke relevant.

Erklæring om datatilgængelighed: Data og værktøjer beskrevet i dette manuskript er tilgængelige efter anmodning.

Tak: Vi anerkender Shinano Kobayashi og Noriko Matsui for at deltage i nyttige diskussioner og yde kontinuerlig støtte. Vi anerkender Ai Ito for hendes arbejde med illustrationerne.

Interessekonflikter: Forfatterne erklærer ingen interessekonflikter.

Referencer

1. Delomas, TA; Dabrowski, K. Larveopdræt af zebrafisk ved suboptimale temperaturer. J. Therm. Biol. 2018, 74, 170-173. [CrossRef]

2. Shima, A.; Mitani, H. Medaka som forskningsorganisme: Fortid, nutid og fremtid. Mech. Dev. 2004, 121, 599-604. [CrossRef]

3. Kirchmaier, S.; Naruse, K.; Wittbrodt, J.; Loosli, F. Den genomiske og genetiske værktøjskasse af teleost medaka (Oryzias latipes). Genetics2015, 199, 905-918. [CrossRef]

4. Reichard, M.; Polacik, M.; Sedlácek, O. Udbredelse, farvepolymorfi og habitatbrug af den afrikanske dræberfisk Nothobranchiusfurzeri, hvirveldyret med den korteste levetid. J. Fisk. Biol. 2009, 74, 198-212. [CrossRef]

5. Dodzian, J.; Kean, S.; Seidel, J.; Valenzano, DR En protokol for laboratorieopstaldning af turkis-killifish (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. Det afrikanske turkise Killifish-genom giver indsigt i evolution og genetisk arkitektur af levetid. Celle 2015,163, 1539-1554. [CrossRef]

7. Poeschla, M.; Valenzano, DR Den turkise killifish: En genetisk traktabel model til studiet af aldring. J. Exp. Biol. 2020, 223(Suppl. 1), jeb209296. [CrossRef]

8. Lowery, LA; Sive, H. Den indledende dannelse af zebrafisks hjerneventrikler sker uafhængigt af kredsløbet og kræver genprodukterne nagie okoand snakehead/atp1a1a.1. Udvikling 2005, 132, 2057–2067. [CrossRef]

9. Holzschuh, J.; Ryu, S.; Aberger, F.; Driever, W. Dopamintransportørekspression adskiller dopaminerge neuroner fra andre katekolaminerge neuroner i det udviklende zebrafiskembryo. Mech. Dev. 2001, 101, 237-243. [CrossRef]

10. Tay, TL; Ronneberger, O.; Ryu, S.; Nitschke, R.; Driever, W. Omfattende katekolaminerg projektionsanalyse afslører enkelt-neuronintegration af opstigende og nedadgående dopaminerge systemer af zebrafisk. Nat. Commun. 2011, 2, 171. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com