Zebrafisk, Medaka og turkis killifish til forståelse af menneskelige neurodegenerative/neuroudviklingsmæssige lidelser, del 4

For zebrafisk har ZFIN (Zebrafish Information Network, https://zfin.org/; adgang til den 30. november 2021) en database med zebrafiskgener, skabte transgene linjer og mutantlinjer.

Med den fortsatte udvikling af videnskab og teknologi er genetisk modificeret teknologi blevet et af de vigtige værktøjer i moderne landbrugsproduktion. Ved at ændre på planters eller dyrs genetiske materiale kan der skabes mere erhvervede overlegne varianter til mennesker og derved løse problemer som fødevaremangel og underernæring. Men i samfundet eksisterer der stadig uenighed om denne teknologi. Nogle mennesker tvivler på, at genetisk modificerede sorter vil have negative virkninger på menneskers sundhed, men der er ingen videnskabelige beviser, der understøtter dette synspunkt.

I de senere år har forskere opdaget en sammenhæng mellem genetisk modificerede stammer og hukommelse. I nogle tilfælde kan genetisk modifikation forbedre et dyrs hukommelse. For eksempel har forskere brugt transgen teknologi til at justere specifikke gener i cellerne i visse organismer, så disse organismer klarer sig bedre, når de udfører hukommelsesopgaver.

Derudover forsøger forskere også at genredigere hjernen for at forbedre menneskets intelligens og indlæringsevner. Nogle gener menes at påvirke en persons intelligens og indlæringsevne, så ved at redigere disse gener kan man skabe et optimeret hjernesystem, der fremmer forbedret hukommelse og indlæringsevner.

Selv om genetisk modificeret teknologi har potentialet til at forbedre organismers hukommelse og intelligens, er forskningen naturligvis stadig i sin indledende fase, og der er behov for mere eksperimentelle data og videnskabelig verifikation. Samtidig må vi også indse, at menneskets intelligens og hukommelse også påvirkes af mange faktorer, såsom miljø, uddannelse og genetik. Derfor er genmodificeret teknologi ikke den eneste måde at løse uddannelse og kognitive problemer på.

Kort sagt er udvikling og anvendelse af genmodificeret teknologi af stor betydning for at forbedre kvaliteten af ​​organismer og øge produktionseffektiviteten. Vi bør ikke blindt afvise denne teknologi, men bør se på fordele og ulemper ved denne teknologi rationelt og objektivt baseret på videnskabelig dokumentation og bruge den til at fremme udviklingen af ​​landbrug, medicin og miljøbeskyttelse. Det kan ses, at vi skal forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen markant, fordi Cistanche deserticola har antioxidant-, anti-inflammatoriske og anti-aldringseffekter, som kan hjælpe med at reducere oxidation og inflammatoriske reaktioner i hjernen og derved beskytte nervesystemets sundhed. Derudover kan Cistanche deserticola også fremme vækst og reparation af nerveceller og derved forbedre forbindelsen og funktionen af ​​neurale netværk. Disse effekter kan hjælpe med at forbedre hukommelsen, indlæringen og tænkehastigheden og kan også forhindre udviklingen af ​​kognitiv dysfunktion og neurodegenerative sygdomme.

Klik på Kend for at forbedre korttidshukommelsen

Mange linjer, herunder ENU-mutageneseprodukter eller transgene reporterlinjer, er tilgængelige for køb og administreres af ZIRC (Zebrafish International Resource Center) eller EZRC (European Zebrafish Resource Center).

For medaka, besøg venligst NBRP medaka-webstedet (https://shigen.nig.ac.jp/medaka/top/top.jsp; adgang til den 30. november 2021) for at se efter forskellige mutante og transgene linjer.

Derudover giver NFIN (The Nothobranchius furzeriInformation Network, https://www.nothobranchius.info/; adgang til den 30. november 2021) oplysninger om laboratorieprocedurer og en gendatabase over turkis killifish.

4. Nem laboratoriestyring og eksperimentering med Zebrafisk, Medaka og Turkis Killifish

Neurodegeneration er et fænomen karakteriseret ved det progressive tab af neuroner og Alzheimers sygdom, Parkinsons sygdom og amyotrofisk lateral sklerose er de største neurodegenerative sygdomme blandt mennesker.

Det er progressive sygdomme med et relativt langsomt kronisk klinisk forløb, og hjernen viser unormal proteinaflejring. Hver neurodegenerativ sygdom har et relativt selektivt neuronalt tab; for eksempel er dopaminerge neuroner og det autonome nervesystem sårbare ved Parkinsons sygdom, og motorneuronsystemet går selektivt tabt i amyotrofisk lateral sklerose [67].

For nylig har der været meget forskning i neurodegenerative sygdomme ved hjælp af de fordelagtige egenskaber ved små fisk. For at generere og analysere sygdomsmodeller kan lægemiddelbehandling med neurotoksiske kemikalier, direkte mikroinjektion af unormale proteiner, knock-out af sygdomsrelaterede gener og knock-in af muterede gener anvendes.

Til undersøgelser af Alzheimers sygdom er tau transgene zebrafisk [68,69] og zebrafisk med direkte mikroinjektion af A blevet rapporteret [70,71].

Til undersøgelser af amyotrofisk lateral sklerose er TDP-43-, SOD1-eller C9orf72--relaterede zebrafiskmodeller blevet brugt til at analysere patogenesen og screene for nye lægemidler [30,72-76]. Her diskuterer vi Parkinsons sygdom; for mere information om andre neurodegenerative sygdomme, se andre anmeldelser [77,78].

4.1. Zebrafisk og Medaka modeller af Parkinsons sygdom
Parkinsons sygdom er almindelig hos ældre og er karakteriseret ved progressiv motorisk svækkelse, tab af dopaminerge neuroner i substantia nigra og alfa-synuclein-positive inklusionslegemer kaldet Lewy-legemer.

Vi og andre har brugt en række små fisk til at studere patogenesen af ​​Parkinsons sygdom. Toksiner såsom 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin (MPTP), 6-hydroxydopamin (6-OHDA) og rotenon er kendt for at være toksisk for dopaminerge neuroner i forskellige dyremodeller.

MPTP er et neurotoksin, der inducerer Parkinsons sygdom-lignende symptomer hos forskellige dyr, herunder mennesker. Det metaboliseres til 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+) i gliaceller og inkorporeres efterfølgende af dopaminerge neuroner via dopamintransportører og hæmmer aktiviteten af ​​den mitokondrielle respiratoriske kæde. På grund af denne metaboliske vej bliver dopaminerge neuroner selektivt beskadiget [79,80].

MPTP inducerer også Parkinsons sygdom-lignende symptomer i medaka. At holde medaka-larver i MPTP-holdigt vand inducerer hurtigt en reduktion i spontan svømmebevægelse og et tab af dopaminerge neuroner i diencephalon [81].

MPTP-eksponering er også blevet udført ved hjælp af zebrafisklarver og voksne. Disse undersøgelser har vist effekten af ​​MPTP på bevægelse og dopaminerge neuroner [82-87].

6-OHDA kan optages af dopamintransportøren, hvilket resulterer i oxidativt stress og selektiv skade på dopaminerge neuroner. 6-OHDA, når det administreres direkte i cerebrospinalvæsken, inducerer også et tab af dopaminneuroner og et fald i spontane svømmebevægelser inmedaka [88].

Injektionen af ​​6-OHDA i den ventrale diencephalon hos voksne zebrafisk ved at holde zebrafisklarver i 6-OHDA-holdigt vand kan forårsage en reduktion af indopaminerge neuroner og svækkede svømmebevægelser [89-92].

At holde zebrafisklarver i rotenonholdigt vand forårsager også en reduktion i dopamin og svækkede svømmebevægelser [93,94]. Andre kemikalier, herunder proteasomhæmmere [88], ammoniumchlorid eller tunicamycin [95], kan inducere Parkinsons sygdom-lignende fænotyper hos små fisk. Disse toksin-inducerede modeller kan være nyttige til Parkinsons sygdom forskning og lægemiddel screening.

Dernæst vil vi introducere genetiske modeller for Parkinsons sygdom ved hjælp af zebrafisk og medaka. Det er overraskende vanskeligt at simulere menneskelig Parkinsons sygdom ved genetisk manipulation i mus, som er et af de mest repræsentative modeldyr.

For eksempel, selv i triple knockout-mus med Parkin, PINK1 og DJ-1, de genprodukter, der er ansvarlige for autosomal recessiv familiær Parkinsons sygdom, er der intet dopaminergt neurontab [96].

I lighed med mus viser Parkin eller Pink1 single knockout medaka ikke dopaminerge celletab [97,98]. Vi analyserede Parkin og Pink1 dobbelt knockout medaka og fandt ud af, at der opstod et tab af dopaminerge neuroner, hvilket ikke blev observeret hos enkelt knockoutfisk [98]. I tilfælde af zebrafisk er en enkelt udtømning af Pink1 tilstrækkelig til at inducere tabet af dopaminerge neuroner [99-101].

DJ-1 knockout zebrafisk og medaka-modeller er også blevet skabt, som har brug for yderligere patologiske evalueringer, men som er lovende for produktionen af ​​nye fiskemodeller af Parkinsons sygdom [102-105].

ATP13A2 er et andet genprodukt, der er ansvarlig for autosomal recessiv tidligt opstået parkinsonisme, som er karakteriseret ved levodopa-responsivitet, supranukleær gazepalsi, pyramidale tegn og demens [106].

Vi skabte Atp13a2 mutant medaka, som viser en mutation, der ligner den, der ses hos humane patienter, og denne fisk viser tab af dopaminerge neuroner med et fald i cathepsin D-aktivitet og fingeraftrykslignende dannelse af inklusionslegeme [107].

Atp13a2 knockout zebrafisk viser også lignende fænotyper [108]. GBA, som også er årsagsgenet til Gauchers sygdom, er et af højrisikogener foridiopatisk Parkinsons sygdom, og Gba knockout medaka og zebrafisk udviser ikke kun dopaminerg al neurofadegeneration, men også akkumulering [109-111].

LRRK2-mutationer er en relativt almindelig årsag til autosomal dominant familiær Parkinsons sygdom, og de er også relateret til idiopatisk Parkinsons sygdom [112,113]. Der er vanskeligheder med at forstå en sådan autosomal dominant sygdom, fordi det måske ikke er klart, om et tab af genets normale funktion er en væsentlig årsag til fænotypen, eller om en forøgelse af toksisk funktion kan forklare sygdommen.

Der har været flere zebrafiskmodeller af Lrrk2, men vi vil afvente yderligere evalueringer og konsistente resultater [114-117].

På denne måde kan forskellige modeller af Parkinsons sygdom genereres ved at behandle zebrafisk eller medaka med kemikalier eller ved at udføre genetisk modifikation af zebrafisk medaka genomet.

Disse modeller er meget nyttige til at analysere funktionen af ​​molekyler relateret til Parkinsons sygdom in vivo og til at forstå patofysiologien af ​​menneskelig Parkinsons sygdom.

Desuden er det allerede blevet meget brugt inden for lægemiddelopdagelse. High-throughput screening ved hjælp af karakteristika for zebrafisk har opfanget mange forbindelser med potentiale til at forbedre patologien af ​​Parkinsons sygdom.

Der henvises til den nylige gennemgang af lægemiddelopdagelse til større neurodegenerative sygdomme, herunder Parkinsons sygdom [77]. Selvfølgelig er en begrænsning ved at bruge små fisk som modeldyr, at der kan være en uoverensstemmelse mellem fisk og mennesker.

Som det er tilfældet med de fleste menneskelige sygdomme, kompliceres sygdomsdebut af flere faktorer, såsom aldring, miljøfaktorer og multifaktorielle genetiske effekter.

Derfor bør vi omhyggeligt undersøge forskellige modeller, herunder cellelinjer, små fisk eller pattedyr, og det er også vigtigt at undersøge humane prøver. Ved at gå frem og tilbage mellem modeller, såsom fisk og prøver fra mennesker, kan vi forstå menneskelig patologi mere pålideligt.

4.2. Idiopatiske fænotyper af Parkinsons sygdom set i turkis killifish

Dernæst fokuserede vi på turkis killifish for at forstå idiopatisk Parkinsons sygdom, som ikke er arvelig og tegner sig for 90-95% af alle Parkinsons sygdomstilfælde. Turkiskillifish er en lille fiskeart, der lever i damme, sumpe og vandpytter i Mozambique og andre lande [7].

Dens levested har en lang tørsæson og en kort regnsæson, og i tørsæsonen tørrer vandet, hvori den turkise dræberfisk lever, op, og de voksne fisk kan ikke overleve.

Imidlertid har den været i stand til at overleve som art ved at adoptere en livshistorie, hvor den gyder tørkeresistente æg i jorden, som klækkes i den kommende eller fremtidige regnsæson.

I en sådan livscyklus virker positivt selektionstryk for anti-aging ikke [118]. Mest sandsynligt har turkis killifish en kort levetid og udviser en aldrende fænotype i en meget kort periode.

Specifikt er levetiden for turkiskillifish cirka fire til seks måneder, og omkring tre måneders alderen viser de forskellige tegn på aldring, herunder organatrofi, krumning af rygsøjlen og øgede niveauer af alderdomsassocieret beta-galactosidase [119-121].

Selvom Parkinsons sygdom er stærkt forbundet med aldring hos mennesker, viser de fleste forsøgsdyr muligvis ikke en tilstrækkelig sygdomsfænotype under aldring. Vi har fundet ud af, at turkis killifishex hæmmer degeneration af dopaminerge og noradrenerge neuroner og progressionen af ​​alfa-synuclein patologi med aldring [122]. Disse patologiske fænotyper ligner dem, der observeres ved menneskelig Parkinsons sygdom.

Genetisk udtømning af alfa-synuclein af CRISPR-Cas9-systemet forbedrer neurodegeneration, hvilket tyder på, at alfa-synuclein ikke er en tilskuer i patogenesen af ​​Parkinsons sygdom, men er et forårsagende protein af neurodegeneration.

Den turkise killifish har potentialet til at afsløre mekanismerne bag Parkinsons sygdom, især de fleste tilfælde af idiopatisk Parkinsons sygdom. Denne unikke fisk vil også være nyttig til andre aldersrelaterede lidelser i hjernen og andre organer.

For more information:1950477648nn@gmail.com