Zebrafisk, Medaka och turkos köldfisk för att förstå mänskliga neurodegenerativa/neuroutvecklingsstörningar del 4

För zebrafiskar har ZFIN (Zebrafish Information Network, https://zfin.org/; tillgänglig den 30 november 2021) en databas med zebrafiskgener, skapade transgena linjer och mutantlinjer.

Med den kontinuerliga utvecklingen av vetenskap och teknik har genetiskt modifierad teknik blivit ett av de viktiga verktygen i modern jordbruksproduktion. Genom att förändra det genetiska materialet hos växter eller djur kan fler förvärvade överlägsna sorter skapas för människor och därigenom lösa problem som matbrist och undernäring. Men i samhället finns det fortfarande kontroverser om denna teknik. Vissa människor tvivlar på att genetiskt modifierade sorter kommer att ha negativa effekter på människors hälsa, men det finns inga vetenskapliga bevis som stödjer denna uppfattning.

På senare år har forskare upptäckt en koppling mellan genetiskt modifierade stammar och minne. I vissa fall kan genetisk modifiering förbättra ett djurs minne. Till exempel har forskare använt transgen teknologi för att justera specifika gener i cellerna hos vissa organismer så att dessa organismer presterar bättre när de utför minnesuppgifter.

Dessutom försöker forskare också att genredigera hjärnan för att förbättra mänsklig intelligens och inlärningsförmåga. Vissa gener tros påverka en persons intelligens och inlärningsförmåga, så genom att redigera dessa gener kan man skapa ett optimerat hjärnsystem som främjar förbättrat minne och inlärningsförmåga.

Naturligtvis, även om genetiskt modifierad teknologi har potential att förbättra minnet och intelligensen hos organismer, är forskningen fortfarande i sitt preliminära skede och mer experimentell data och vetenskaplig verifiering behövs. Samtidigt måste vi också inse att människans intelligens och minne också påverkas av många faktorer, som miljö, utbildning och genetik. Därför är genetiskt modifierad teknik inte det enda sättet att lösa utbildning och kognitiva problem.

Kort sagt är utveckling och tillämpning av genmodifierad teknologi av stor betydelse för att förbättra organismernas kvalitet och öka produktionseffektiviteten. Vi bör inte blint förkasta denna teknik utan bör se på fördelarna och nackdelarna med denna teknik rationellt och objektivt baserat på vetenskapliga bevis, och använda den för att främja utvecklingen av jordbruk, medicin och miljöskydd. Det kan ses att vi behöver förbättra minnet, och Cistanche deserticola kan förbättra minnet avsevärt, eftersom Cistanche deserticola har antioxidant-, anti-inflammatoriska och anti-aging-effekter, vilket kan hjälpa till att minska oxidation och inflammatoriska reaktioner i hjärnan och därigenom skydda nervsystemets hälsa. Dessutom kan Cistanche deserticola också främja tillväxt och reparation av nervceller, och därigenom förbättra anslutningen och funktionen hos neurala nätverk. Dessa effekter kan hjälpa till att förbättra minnet, inlärnings- och tankehastigheten och kan också förhindra utvecklingen av kognitiv dysfunktion och neurodegenerativa sjukdomar.

Klicka på Vet för att förbättra korttidsminnet

Många linjer, inklusive ENU-mutagenesprodukter eller transgena reporterlinjer, är tillgängliga för inköp och hanteras av ZIRC (Zebrafish International Resource Center) eller EZRC (European Zebrafish Resource Center).

För medaka, besök NBRP:s medakawebbplats (https://shigen.nig.ac.jp/medaka/top/top.jsp; nås den 30 november 2021) för att leta efter olika mutanta och transgena linjer.

Dessutom tillhandahåller NFIN (The Nothobranchius furzeriInformation Network, https://www.nothobranchius.info/; tillgänglig den 30 november 2021) information om laboratorieprocedurer och en gendatabas av turkosa köldfiskar.

4. Enkel laboratoriehantering och experiment med Zebrafisk, Medaka och Turkos Killifish

Neurodegeneration är ett fenomen som kännetecknas av den progressiva förlusten av neuroner och Alzheimers sjukdom, Parkinsons sjukdom och amyotrofisk lateralskleros är de viktigaste neurodegenerativa sjukdomarna bland människor.

De är progressiva sjukdomar med ett relativt långsamt kroniskt kliniskt förlopp, och hjärnorna visar onormal proteindeposition. Varje neurodegenerativ sjukdom har en relativt selektiv neuronal förlust; till exempel är dopaminerga nervceller och det autonoma nervsystemet sårbara vid Parkinsons sjukdom, och motorneuronsystemet förloras selektivt i amyotrofisk lateralskleros [67].

Nyligen har det gjorts mycket forskning om neurodegenerativa sjukdomar med användning av de fördelaktiga egenskaperna hos små fiskar. För att generera och analysera sjukdomsmodeller kan läkemedelsbehandling med neurotoxiska kemikalier, direkt mikroinjektion av onormala proteiner, knockout av sjukdomsrelaterade gener och knock-in av muterade gener användas.

För studier av Alzheimers sjukdom har tau transgen zebrafisk [68,69] och zebrafisk med direkt mikroinjektion av A rapporterats [70,71].

För studier av amyotrofisk lateral skleros har TDP-43-, SOD1-eller C9orf72-relaterade zebrafiskmodeller använts för att analysera patogenesen och screena efter nya läkemedel [30,72–76]. Här diskuterar vi Parkinsons sjukdom; för mer information om andra neurodegenerativa sjukdomar, se andra recensioner [77,78].

4.1. Zebrafisk och Medaka modeller av Parkinsons sjukdom
Parkinsons sjukdom är vanlig hos äldre och kännetecknas av progressiv motorisk funktionsnedsättning, förlust av dopaminerga nervceller i substantia nigra, andalfa-synuklein-positiva inklusionskroppar som kallas Lewy-kroppar.

Vi och andra har använt en mängd olika små fiskar för att studera patogenesen av Parkinsons sjukdom. Toxiner som 1-metyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin (MPTP), 6-hydroxidopamin (6-OHDA) och rotenon är kända för att vara giftigt för dopaminerga neuroner i olika djurmodeller.

MPTP är ett neurotoxin som inducerar Parkinsons sjukdom-liknande symtom hos olika djur, inklusive människor. Det metaboliseras till 1-metyl-4-fenylpyridinium (MPP+) i gliaceller och inkorporeras därefter av dopaminerga neuroner via dopamintransportörer och hämmar aktiviteten i den mitokondriella andningskedjan. På grund av denna metaboliska väg skadas dopaminerga neuroner selektivt [79,80].

MPTP inducerar också Parkinsons sjukdom-liknande symtom i medaka. Att hålla medaka-larver i MPTP-innehållande vatten inducerar snabbt en minskning av spontan simrörelse och en förlust av dopaminerga neuroner i diencephalon [81].

MPTP-exponering har också utförts med hjälp av zebrafisklarver och vuxna. Dessa studier har visat effekten av MPTP på rörelse och dopaminerga neuroner [82-87].

6-OHDA kan tas upp av dopamintransportören, vilket resulterar i oxidativ stress och selektiv skada på dopaminergiska neuroner. 6-OHDA, när det administreras direkt i cerebrospinalvätskan, inducerar också en förlust av dopaminneuroner och en minskning av spontana simrörelser inmedaka [88].

Injektion av 6-OHDA i ventral diencephalon hos vuxna zebrafiskar genom att hålla zebrafisklarver i 6-OHDA-innehållande vatten kan orsaka en minskning av indopaminerga neuroner och försämrade simrörelser [89–92].

Att hålla zebrafisklarver i rotenoninnehållande vatten orsakar också en minskning av dopamin och försämrade simrörelser [93,94]. Andra kemikalier, inklusive proteasomhämmare [88], ammoniumklorid eller tunicamycin [95], kan inducera Parkinsons sjukdom-liknande fenotyper hos små fiskar. Dessa toxin-inducerade modeller kan vara användbara för forskning om Parkinsons sjukdom och läkemedelsscreening.

Därefter kommer vi att introducera genetiska modeller av Parkinsons sjukdom med hjälp av zebrafisk och medaka. Det är förvånansvärt svårt att simulera mänsklig Parkinsons sjukdom genom genetisk manipulation i möss, som är ett av de mest representativa modelldjuren.

Till exempel, även i trippel knockout-möss med Parkin, PINK1 och DJ-1, genprodukterna som är ansvariga för autosomal recessiv familjär Parkinsons sjukdom, finns det ingen dopaminerg neuronförlust [96].

I likhet med möss visar Parkin eller Pink1 single knockout medaka inte förlust av dopaminergiska celler [97,98]. Vi analyserade Parkin och Pink1 dubbel knockout medaka och fann att en förlust av dopaminerga neuroner inträffade, vilket inte observerades i en enda knockoutfisk [98]. När det gäller zebrafisk är en enda utarmning av Pink1 tillräcklig för att inducera förlusten av dopaminerga neuroner [99-101].

DJ-1 knockout-zebrafisk- och medakamodeller har också skapats, som behöver ytterligare patologiska utvärderingar men som är lovande för produktionen av nya fiskmodeller av Parkinsons sjukdom [102–105].

ATP13A2 är en annan genprodukt som är ansvarig för autosomal recessiv tidig parkinsonism som kännetecknas av levodopa-känslighet, supranukleär gazepalsi, pyramidala tecken och demens [106].

Vi skapade Atp13a2 mutant medaka, som visar en mutation som liknar den som ses hos mänskliga patienter, och denna fisk visar förlust av dopaminerga neuroner med en minskning av katepsin D-aktivitet och fingeravtrycksliknande inklusionskroppsbildning [107].

Atp13a2 knockout zebrafisk visar också liknande fenotyper [108]. GBA, som också är orsaksgenen till Gauchers sjukdom, är en av högriskgener för idiopatisk Parkinsons sjukdom, och Gba knockout medaka och zebrafisk uppvisar inte bara dopaminerg al neurofadegeneration utan också ackumulering [109–111].

LRRK2-mutationer är en relativt vanlig orsak till autosomalt dominant familjär Parkinsons sjukdom och de är också relaterade till idiopatisk Parkinsons sjukdom [112,113]. Det är svårt att förstå en sådan autosomal dominant sjukdom eftersom det kanske inte är klart om en förlust av genens normala funktion är en viktig orsak till fenotypen eller om en ökning av toxisk funktion kan förklara sjukdomen.

Det har funnits flera zebrafiskmodeller av Lrrk2, men vi kommer att invänta ytterligare utvärderingar och konsekventa fynd [114–117].

På detta sätt kan olika modeller av Parkinsons sjukdom genereras genom att behandla zebrafisk eller medaka med kemikalier eller genom att utföra genetisk modifiering av zebrafiskens medaka-genom.

Dessa modeller är mycket användbara för att analysera funktionen hos molekyler relaterade till Parkinsons sjukdom in vivo och för att förstå patofysiologin för mänsklig Parkinsons sjukdom.

Dessutom har det redan använts i stor utsträckning inom området för upptäckt av droger. High-throughput screening med hjälp av egenskaperna hos zebrafisk har plockat upp många föreningar med potential att förbättra patologin för Parkinsons sjukdom.

Se den senaste recensionen om läkemedelsupptäckt för stora neurodegenerativa sjukdomar, inklusive Parkinsons sjukdom [77]. Naturligtvis är en begränsning med att använda små fiskar som modelldjur att det kan finnas en diskrepans mellan fiskar och människor.

Som är fallet med de flesta mänskliga sjukdomar, kompliceras sjukdomsuppkomsten av flera faktorer, såsom åldrande, miljöfaktorer och multifaktoriella genetiska effekter.

Därför bör vi noggrant undersöka olika modeller inklusive cellinjer, små fiskar eller däggdjur och det är också viktigt att undersöka mänskliga prover. Genom att gå fram och tillbaka mellan modeller som fisk och mänskliga prover kan vi förstå mänsklig patologi mer tillförlitligt.

4.2. Idiopatiska fenotyper av Parkinsons sjukdom som ses hos turkos köldfisk

Därefter fokuserade vi på turkos killifish för att förstå idiopatisk Parkinsons sjukdom, som inte är ärftlig och står för 90–95 % av alla fall av Parkinsons sjukdom. Turquoisekillifish är en liten fiskart som lever i dammar, träsk och pölar i Moçambique och andra länder [7].

Dess livsmiljö har en lång torrperiod och en kort regnperiod, och under torrperioden torkar vattnet där den turkosa köldfisken lever upp och den vuxna fisken kan inte överleva.

Den har dock kunnat överleva som art genom att anta livets historia där den leker torkresistenta ägg i jorden, som kläcks under nästa eller framtida regnperiod.

I en sådan livscykel fungerar inte positivt urvalstryck för anti-aging [118]. Troligtvis har turkos köldfisk en kort livslängd och uppvisar åldrande fenotyp på mycket kort tid.

Specifikt är livslängden för turkoskillifish cirka fyra till sex månader, och runt tre månaders ålder uppvisar de olika tecken på åldrande, inklusive organatrofi, ryggradens krökning och ökade nivåer av åldringsassocierat beta-galaktosidas [119–121].

Även om Parkinsons sjukdom är starkt förknippad med åldrande hos människor, kanske de flesta försöksdjur inte uppvisar en tillräcklig sjukdomsfenotyp under åldrandet. Vi har funnit att turkos killifishex förhindrar degenerering av dopaminerga och noradrenerga neuroner och progressionen av alfa-synukleinpatologi med åldrande [122]. Dessa patologiska fenotyper liknar de som observeras vid mänsklig Parkinsons sjukdom.

Genetisk utarmning av alfa-synuklein av CRISPR-Cas9-systemet förbättrar neurodegeneration, vilket tyder på att alfa-synuklein inte är en åskådare i patogenesen av Parkinsons sjukdom utan är ett orsakande protein för neurodegeneration.

Den turkosa köldfisken har potential att avslöja mekanismerna för Parkinsons sjukdom, särskilt de flesta fall av idiopatisk Parkinsons sjukdom. Denna unika fisk kommer också att vara användbar för andra åldersrelaterade störningar i hjärnan och andra organ.

For more information:1950477648nn@gmail.com