Риба зебра, медака и тюркоазена рибка за разбиране на човешките невродегенеративни/невродеволютивни разстройства, част 4

За рибките зебра ZFIN (Информационна мрежа за рибките зебра, https://zfin.org/; достъп на 30 ноември 2021 г.) има база данни с гени на рибки зебра, създадени трансгенни линии и мутантни линии.

С непрекъснатото развитие на науката и технологиите, генетично модифицираните технологии се превърнаха в един от важните инструменти в съвременното земеделско производство. Чрез промяна на генетичния материал на растения или животни могат да бъдат създадени повече придобити превъзходни сортове за хората, като по този начин се решават проблеми като недостиг на храна и недохранване. Въпреки това в обществото все още съществуват противоречия относно тази технология. Някои хора се съмняват, че генетично модифицираните сортове ще имат отрицателни ефекти върху човешкото здраве, но няма научни доказателства в подкрепа на това мнение.

През последните години изследователите откриха връзка между генетично модифицираните щамове и паметта. В някои случаи генетичната модификация може да подобри паметта на животното. Например, учените са използвали трансгенна технология, за да коригират специфични гени в клетките на определени организми, така че тези организми да се представят по-добре, когато изпълняват задачи с паметта.

В допълнение, изследователите също се опитват да редактират гените на мозъка, за да подобрят човешкия интелект и способностите за учене. Смята се, че някои гени влияят върху интелигентността и способността за учене на човек, така че чрез редактиране на тези гени може да се създаде оптимизирана мозъчна система, която насърчава подобрената памет и способностите за учене.

Разбира се, въпреки че генетично модифицираната технология има потенциала да подобри паметта и интелигентността на организмите, изследванията все още са в предварителни етапи и са необходими повече експериментални данни и научна проверка. В същото време трябва да осъзнаем, че човешкият интелект и памет също се влияят от много фактори, като околна среда, образование и генетика. Следователно генетично модифицираната технология не е единственият начин за решаване на образователни и когнитивни проблеми.

Накратко, разработването и прилагането на генетично модифицирани технологии са от голямо значение за подобряване на качеството на организмите и повишаване на ефективността на производството. Не трябва сляпо да отхвърляме тази технология, а трябва да разгледаме предимствата и недостатъците на тази технология рационално и обективно въз основа на научни доказателства и да я използваме за насърчаване на развитието на селското стопанство, медицината и опазването на околната среда. Може да се види, че трябва да подобрим паметта и Cistanche deserticola може значително да подобри паметта, тъй като Cistanche deserticola има антиоксидантни, противовъзпалителни и анти-стареене ефекти, които могат да помогнат за намаляване на окисляването и възпалителните реакции в мозъка, като по този начин предпазват здраве на нервната система. В допълнение, Cistanche deserticola може също така да стимулира растежа и възстановяването на нервните клетки, като по този начин подобрява свързаността и функцията на невронните мрежи. Тези ефекти могат да помогнат за подобряване на паметта, ученето и скоростта на мислене и могат също така да предотвратят развитието на когнитивна дисфункция и невродегенеративни заболявания.

Кликнете върху Know, за да подобрите краткосрочната памет

Много линии, включително ENU продукти за мутагенеза или трансгенни репортерни линии, са достъпни за закупуване и се управляват от ZIRC (Международен ресурсен център за рибка зебра) или EZRC (Европейски ресурсен център за рибка зебра).

За medaka, моля, посетете уебсайта на NBRP medaka (https://shigen.nig.ac.jp/medaka/top/top.jsp; достъпен на 30 ноември 2021 г.), за да потърсите различни мутантни и трансгенни линии.

Освен това NFIN (The Nothobranchius furzeriInformation Network, https://www.nothobranchius.info/; достъпен на 30 ноември 2021 г.) предоставя информация за лабораторни процедури и база данни за гени на тюркоазени морски риби.

4. Лесно управление на лабораторията и експериментиране с риба зебра, медака и тюркоазена риба

Невродегенерацията е феномен, характеризиращ се с прогресивна загуба на неврони и болестта на Алцхаймер, болестта на Паркинсон и амиотрофичната латерална склероза са основните невродегенеративни заболявания сред хората.

Те са прогресиращи заболявания със сравнително бавен хроничен клиничен ход и мозъците показват абнормно отлагане на протеини. Всяко невродегенеративно заболяване има относително селективна загуба на неврони; например допаминергичните неврони и автономната нервна система са уязвими при болестта на Паркинсон, а моторната невронна система се губи селективно при амиотрофична латерална склероза [67].

Напоследък има много изследвания върху невродегенеративните заболявания, като се използват предимствата на малките риби. За генериране и анализиране на модели на заболяване може да се използва лечение с невротоксични химикали, директно микроинжектиране на анормални протеини, нокаут на гени, свързани със заболяването, и включване на мутирали гени.

За проучвания на болестта на Алцхаймер се съобщава за тау трансгенна риба зебра [68,69] и риба зебра с директно микроинжектиране на A [70,71].

За изследвания на амиотрофична латерална склероза, TDP-43-, SOD1-или C9orf72-свързани модели на рибка зебра са използвани за анализиране на патогенезата и скрининг за нови лекарства [30,72–76]. Тук обсъждаме болестта на Паркинсон; за повече информация относно други невродегенеративни заболявания вижте други прегледи [77,78].

4.1. Модели на зебра и Медака на болестта на Паркинсон
Болестта на Паркинсон е често срещана при възрастните хора и се характеризира с прогресивно двигателно увреждане, загуба на допаминергични неврони в substantia nigra и алфа-синуклеин-положителни телца на включване, наречени телца на Lewy.

Ние и други използвахме разнообразие от малки риби, за да изследваме патогенезата на болестта на Паркинсон. Токсини като 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрахидропиридин (MPTP), 6-хидроксидопамин (6-OHDA) и Известно е, че ротенонът е токсичен за допаминергичните неврони в различни животински модели.

MPTP е невротоксин, който предизвиква симптоми, подобни на болестта на Паркинсон при различни животни, включително хора. Той се метаболизира до 1-метил-4-фенилпиридиний (MPP+) в глиалните клетки и впоследствие се включва от допаминергичните неврони чрез транспортери на допамин и инхибира активността на митохондриалната респираторна верига. Поради този метаболитен път, допаминергичните неврони са селективно увредени [79,80].

MPTP също така предизвиква симптоми, подобни на болестта на Паркинсон при medaka. Поддържането на ларви на медака във вода, съдържаща MPTP, бързо предизвиква намаляване на спонтанното плуване и загуба на допаминергични неврони в диенцефалона [81].

Излагането на MPTP също е извършено с помощта на ларви и възрастни рибки зебра. Тези проучвания демонстрират ефекта на MPTP върху двигателните и допаминергичните неврони [82–87].

6-OHDA може да се поеме от транспортера на допамин, което води до оксидативен стрес и селективно увреждане на допаминергичните неврони. 6-OHDA, когато се прилага директно в цереброспиналната течност, също индуцира загуба на допаминови неврони и намаляване на спонтанните плувни движения в медака [88].

Инжектирането на 6-OHDA във вентралния диенцефалон на възрастен зебрафишор чрез задържане на ларви на зебрафишор във вода, съдържаща 6-OHDA, може да причини намаляване на индопаминергичните неврони и нарушени плувни движения [89–92].

Поддържането на ларви на риба зебра във вода, съдържаща ротенон, също води до намаляване на допамина и нарушаване на плувните движения [93,94]. Други химикали, включително протеазомни инхибитори [88], амониев хлорид или туникомицин [95], могат да индуцират подобен на болестта на Паркинсон фенотип при малки риби. Тези индуцирани от токсини модели могат да бъдат полезни за изследване на болестта на Паркинсон и скрининг на лекарства.

След това ще представим генетични модели на болестта на Паркинсон, използвайки риба зебра и медака. Изненадващо е трудно да се симулира човешка болест на Паркинсон чрез генетична манипулация при мишки, които са един от най-представителните моделни животни.

Например, дори при мишки с троен нокаут с Parkin, PINK1 и DJ-1, генните продукти, отговорни за автозомно-рецесивната фамилна болест на Паркинсон, няма загуба на допаминергичен неврон [96].

Подобно на мишки, Parkin или Pink1 единичен нокаут medaka не показва загуба на допаминергични клетки [97,98]. Ние анализирахме Parkin и Pink1 двойна нокаутирана медака и открихме, че е настъпила загуба на допаминергични неврони, което не се наблюдава при единична нокаутирана риба [98]. В случая на риба зебра еднократно изчерпване на Pink1 е достатъчно, за да предизвика загуба на допаминергични неврони [99–101].

Създадени са също DJ-1 нокаут модели на риба зебра и медака, които се нуждаят от допълнителни патологични оценки, но са обещаващи за производството на нови рибни модели на болестта на Паркинсон [102–105].

ATP13A2 е друг генен продукт, който е отговорен за автозомно-рецесивен паркинсонизъм с ранно начало, който се характеризира с реакция на леводопа, супрануклеарна газепалсия, пирамидални признаци и деменция [106].

Създадохме Atp13a2 мутант медака, който показва мутация, подобна на тази, наблюдавана при хора, и тази риба показва загуба на допаминергични неврони с намаляване на активността на катепсин D и образуване на подобно на пръстов отпечатък тяло на включване [107].

Atp13a2 нокаутирани рибки зебра също показват подобни фенотипове [108]. GBA, който също е причинен ген на болестта на Гоше, е един от високорисковите гени за идиопатичната болест на Паркинсон, а Gba нокаутираните медака и рибките зебра показват не само допаминергична невродегенерация, но и алфа-синуклеин натрупване [109–111].

LRRK2 мутациите са относително честа причина за автозомно доминантно фамилно заболяване на Паркинсон и те също са свързани с идиопатичната болест на Паркинсон [112,113]. Съществува трудност при разбирането на такова автозомно-доминантно заболяване, тъй като може да не е ясно дали загубата на нормалната функция на гена е основна причина за фенотипа или усилването на токсичната функция може да обясни заболяването.

Има няколко модела риба зебра на Lrrk2, но ще изчакаме допълнителни оценки и последователни констатации [114–117].

По този начин различни модели на болестта на Паркинсон могат да бъдат генерирани чрез третиране на риба зебра или медака с химикали или чрез провеждане на генетична модификация на генома на риба зебра или медака.

Тези модели са много полезни за анализиране на функцията на молекули, свързани с болестта на Паркинсон in vivo и за разбиране на патофизиологията на болестта на Паркинсон при човека.

Освен това, той вече е широко използван в областта на откриването на лекарства. Високопроизводителният скрининг, използващ характеристиките на рибата зебра, е открил много съединения с потенциал за подобряване на патологията на болестта на Паркинсон.

Моля, вижте скорошния преглед на откриването на лекарства за големи невродегенеративни заболявания, включително болестта на Паркинсон [77]. Разбира се, едно ограничение при използването на малки риби като моделни животни е, че може да има несъответствие между риби и хора.

Както е в случая с повечето човешки заболявания, появата на болестта се усложнява от няколко фактора, като стареене, фактори на околната среда и многофакторни генетични ефекти.

Следователно трябва внимателно да проучим различни модели, включително клетъчни линии, малки риби или бозайници, а също така е важно да изследваме човешки проби. Като се движим напред-назад между модели като рибни и човешки проби, можем да разберем човешката патология по-надеждно.

4.2. Идиопатични фенотипове на болестта на Паркинсон, наблюдавани в Turquoise Killifish

След това се съсредоточихме върху тюркоазената риба килли, за да разберем идиопатичната болест на Паркинсон, която не е наследствена и представлява 90–95% от всички случаи на болестта на Паркинсон. Тюркоазената риба е малък вид риба, който живее в езера, блата и локви в Мозамбик и други страни [7].

Местообитанието му има дълъг сух сезон и кратък дъждовен сезон, а по време на сухия сезон водата, в която живее тюркоазената риба, пресъхва и възрастните риби не могат да оцелеят.

Въпреки това, той е успял да оцелее като вид, възприемайки жизнена история, в която хвърля хайвера си на устойчиви на суша яйца в почвата, които се излюпват през следващия или бъдещ дъждовен сезон.

В такъв жизнен цикъл положителният селективен натиск за предотвратяване на стареенето не работи [118]. Най-вероятно тюркоазените килиби имат кратък живот и проявяват фенотип на стареене за много кратък период от време.

По-конкретно, продължителността на живота на тюркоазената риба е приблизително четири до шест месеца и около тримесечна възраст те показват различни признаци на стареене, включително атрофия на органи, изкривяване на гръбначния стълб и повишени нива на бета-галактозидаза, свързана със стареенето [119–121].

Въпреки че болестта на Паркинсон е силно свързана със стареенето при хората, повечето експериментални животни може да не представят достатъчен фенотип на заболяването по време на стареенето. Ние открихме, че тюркоазената риба кили проявява дегенерация на допаминергични и норадренергични неврони и прогресия на алфа-синуклеинова патология със стареенето [122]. Тези патологични фенотипове са подобни на тези, наблюдавани при болестта на Паркинсон при хора.

Генетичното изчерпване на алфа-синуклеин от системата CRISPR-Cas9 подобрява невродегенерацията, което предполага, че алфа-синуклеинът не е страничен наблюдател в патогенезата на болестта на Паркинсон, а е причинен протеин на невродегенерацията.

Тюркоазената морска риба има потенциала да разкрие механизмите на болестта на Паркинсон, особено повечето случаи на идиопатична болест на Паркинсон. Тази уникална риба ще бъде полезна и при други свързани с възрастта нарушения в мозъка и други органи.

For more information:1950477648nn@gmail.com