Sebrakala, medaka ja türkiissinine tapjakala inimese neurodegeneratiivsete/neuroarenguhäirete mõistmiseks, 4. osa

Sebrakala jaoks on ZFIN-il (Sebrafish Information Network, https://zfin.org/; juurdepääs 30. novembril 2021) sebrakala geenide, loodud transgeensete liinide ja mutantliinide andmebaas.

Teaduse ja tehnoloogia pideva arenguga on geneetiliselt muundatud tehnoloogiast saanud tänapäevase põllumajandustootmise üks olulisi tööriistu. Taimede või loomade geneetilist materjali muutes saab luua inimestele rohkem omandatud paremaid sorte, lahendades sellega probleeme, nagu toidupuudus ja alatoitumus. Ühiskonnas on selle tehnoloogia üle siiski vaidlusi. Mõned inimesed kahtlevad, et geneetiliselt muundatud sortidel on inimeste tervisele negatiivne mõju, kuid selle seisukoha toetamiseks puuduvad teaduslikud tõendid.

Viimastel aastatel on teadlased avastanud seose geneetiliselt muundatud tüvede ja mälu vahel. Mõnel juhul võib geneetiline muundamine parandada looma mälu. Näiteks on teadlased kasutanud transgeenset tehnoloogiat, et kohandada teatud organismide rakkudes spetsiifilisi geene, et need organismid mäluülesannete täitmisel paremini toimiksid.

Lisaks üritavad teadlased ka aju geenide abil muuta, et parandada inimese intelligentsust ja õppimisvõimet. Arvatakse, et mõned geenid mõjutavad inimese intelligentsust ja õppimisvõimet, seega saab neid geene muutes luua optimeeritud ajusüsteemi, mis soodustab mälu ja õppimisvõime paranemist.

Muidugi, kuigi geneetiliselt muundatud tehnoloogial on potentsiaali parandada organismide mälu ja intelligentsust, on uuringud siiski alles esialgses etapis ning vaja on rohkem eksperimentaalseid andmeid ja teaduslikku kontrolli. Samal ajal peame ka mõistma, et inimese intelligentsust ja mälu mõjutavad ka paljud tegurid, nagu keskkond, haridus ja geneetika. Seetõttu pole geneetiliselt muundatud tehnoloogia ainus viis hariduse ja kognitiivsete probleemide lahendamiseks.

Lühidalt öeldes on geneetiliselt muundatud tehnoloogia väljatöötamisel ja rakendamisel suur tähtsus organismide kvaliteedi parandamisel ja tootmise efektiivsuse tõstmisel. Me ei tohiks seda tehnoloogiat pimesi tagasi lükata, vaid peaksime vaatama selle tehnoloogia eeliseid ja puudusi ratsionaalselt ja objektiivselt, tuginedes teaduslikele tõenditele ning kasutama seda põllumajanduse, meditsiini ja keskkonnakaitse arengu edendamiseks. On näha, et peame parandama mälu ja Cistanche deserticola võib oluliselt parandada mälu, kuna Cistanche deserticola omab antioksüdantset, põletikuvastast ja vananemisvastast toimet, mis võib aidata vähendada oksüdatsiooni ja põletikulisi reaktsioone ajus, kaitstes seeläbi närvisüsteemi tervis. Lisaks võib Cistanche deserticola soodustada ka närvirakkude kasvu ja paranemist, parandades seeläbi närvivõrkude ühenduvust ja funktsiooni. Need mõjud võivad aidata parandada mälu, õppimist ja mõtlemiskiirust ning võivad samuti ära hoida kognitiivse düsfunktsiooni ja neurodegeneratiivsete haiguste teket.

Lühimälu parandamiseks klõpsake nuppu Tea

Paljud liinid, sealhulgas ENU mutageneesi tooted või transgeensed reporterliinid, on ostmiseks saadaval ja neid haldab ZIRC (Sebrafishi rahvusvaheline ressursikeskus) või EZRC (Euroopa Sebrakala ressursikeskus).

Medaka jaoks külastage NBRP medakaveebi (https://shigen.nig.ac.jp/medaka/top/top.jsp; juurdepääs 30. novembril 2021), et otsida erinevaid mutantseid ja transgeenseid liine.

Lisaks pakub NFIN (The Nothobranchius furzeriInformation Network, https://www.nothobranchius.info/; juurdepääs 30. novembril 2021) teavet laboratoorsete protseduuride kohta ja türkiissinise kalade geenide andmebaasi.

4. Sebrakala, medaka ja türkiisise kalaga katsetamise lihtsus

Neurodegeneratsioon on nähtus, mida iseloomustab neuronite progresseeruv kadu ja Alzheimeri tõbi, Parkinsoni tõbi ja amüotroofne lateraalskleroos on inimeste peamised neurodegeneratiivsed haigused.

Need on progresseeruvad haigused, millel on suhteliselt aeglane krooniline kliiniline kulg ja ajudes esineb ebanormaalne valkude ladestumine. Igal neurodegeneratiivsel haigusel on suhteliselt selektiivne neuronite kadu; Näiteks dopamiinergilised neuronid ja autonoomne närvisüsteem on Parkinsoni tõve korral haavatavad ning motoorsete neuronite süsteem kaob selektiivselt amüotroofse lateraalskleroosi korral [67].

Viimasel ajal on neurodegeneratiivsete haiguste kohta palju uuritud, kasutades väikeste kalade eeliseid. Haigusmudelite loomiseks ja analüüsimiseks võib kasutada neurotoksiliste kemikaalidega ravi, ebanormaalsete valkude otsest mikrosüstimist, haigusega seotud geenide väljalülitamist ja muteerunud geenide sisselülitamist.

Alzheimeri tõve uuringutes on teatatud tau transgeensetest sebrakaladest [68, 69] ja A otsese mikrosüstiga sebrakaladest [70, 71].

Amüotroofse lateraalskleroosi uuringutes on patogeneesi analüüsimiseks ja uute ravimite sõeluuringuks kasutatud TDP-43-, SOD1- või C9orf72-sebrakala mudeleid [30,72–76]. Siin käsitleme Parkinsoni tõbe; Lisateavet teiste neurodegeneratiivsete haiguste kohta leiate teistest ülevaadetest [77, 78].

4.1. Sebrakala ja Medaka Parkinsoni tõve mudelid
Parkinsoni tõbi on levinud eakatel ja seda iseloomustab progresseeruv motoorne kahjustus, dopamiinergiliste neuronite kadumine mustas aines, andalfa-sünukleiin-positiivsed inklusioonkehad, mida nimetatakse Lewy kehadeks.

Meie ja teised oleme Parkinsoni tõve patogeneesi uurimiseks kasutanud mitmesuguseid väikeseid kalu. Toksiinid nagu 1-metüül-4-fenüül-1,2,3,6-tetrahüdropüridiin (MPTP), 6-hüdroksüdopamiin (6-OHDA) ja rotenoon on teadaolevalt toksiline dopamiinergiliste neuronite suhtes erinevates loommudelites.

MPTP on neurotoksiin, mis kutsub esile Parkinsoni tõvega sarnaseid sümptomeid erinevatel loomadel, sealhulgas inimestel. See metaboliseeritakse gliiarakkudes 1-metüül-4-fenüülpüridiiniumiks (MPP+), seejärel liidetakse see dopamiinergiliste neuronitega dopamiini transporterite kaudu ning inhibeerib mitokondriaalse hingamisahela aktiivsust. Selle metaboolse raja tõttu kahjustuvad dopamiinergilised neuronid selektiivselt [79, 80].

MPTP kutsub medakas esile ka Parkinsoni tõvega sarnaseid sümptomeid. Medaka vastsete hoidmine MPTP-d sisaldavas vees põhjustab kiiresti spontaanse ujumisliikumise vähenemise ja dopamiinergiliste neuronite kadumise vahekehas [81].

MPTP-ga kokkupuudet on läbi viidud ka sebrakala vastsete ja täiskasvanud loomadega. Need uuringud on näidanud MPTP mõju liikumisele ja dopamiinergilistele neuronitele [82–87].

6-Dopamiini transporter võib omastada OHDA-d, mille tulemuseks on oksüdatiivne stress ja dopamiinergiliste neuronite selektiivsed kahjustused. 6-Ohe tserebrospinaalvedelikku manustatuna kutsub OHDA esile ka dopamiini neuronite kadumise ja spontaansete ujumisliigutuste vähenemise [88].

6-OHDA süstimine täiskasvanud sebrafishori kõhuõõnde, hoides sebrakala vastseid 6-OHDA-d sisaldavas vees, võib põhjustada indopamiinergiliste neuronite vähenemist ja ujumisliigutuste halvenemist [89–92].

Sebrakalavastsete hoidmine rotenooni sisaldavas vees põhjustab ka dopamiini vähenemist ja ujumisliigutuste halvenemist [93, 94]. Teised kemikaalid, sealhulgas proteasoomi inhibiitorid [88], ammooniumkloriid või tunikamütsiin [95], võivad väikestes kalades esile kutsuda Parkinsoni tõvega sarnase fenotüübi. Need toksiinidest põhjustatud mudelid võivad olla kasulikud Parkinsoni tõve uurimisel ja ravimite sõeluuringul.

Järgmisena tutvustame sebrakala andmeteaka abil Parkinsoni tõve geneetilisi mudeleid. Inimese Parkinsoni tõbe on üllatavalt raske simuleerida geneetilise manipuleerimisega hiirtel, kes on üks esinduslikumaid mudelloomi.

Näiteks ei esine dopamiinergiliste neuronite kadu isegi Parkin, PINK1 ja DJ-1, autosoomse retsessiivse perekondliku Parkinsoni tõve eest vastutavate geeniproduktidega kolmikknockout hiirtel [96].

Sarnaselt hiirtele ei näita Parkin või Pink1 single knockout medaka dopamiinergiliste rakkude kadu [97, 98]. Analüüsisime Parkini ja Pink1 topeltknockouti medakat ning leidsime, et toimus dopamiinergiliste neuronite kadu, mida üksikute knockoutfishide puhul ei täheldatud [98]. Sebrakala puhul piisab ühest Pink1 ammendumisest dopamiinergiliste neuronite kadumise esilekutsumiseks [99–101].

Samuti on loodud DJ-1 knockout sebrakala ja medaka mudelid, mis vajavad täiendavaid patoloogilisi hinnanguid, kuid on paljutõotavad Parkinsoni tõve uute kalamudelite tootmiseks [102–105].

ATP13A2 on veel üks geeniprodukt, mis vastutab autosoomse retsessiivse varajase algusega parkinsonismi eest, mida iseloomustab levodopale reageerimisvõime, supranukleaarne gazepalsy, püramiidsed nähud ja dementsus [106].

Lõime Atp13a2 mutantse medaka, mis näitab inimpatsientidel täheldatuga sarnast mutatsiooni ja sellel kalal on dopamiinergiliste neuronite kadu koos katepsiin D aktiivsuse vähenemisega ja sõrmejäljelaadse inklusioonikeha moodustumisega [107].

Sarnased fenotüübid on ka Atp13a2 väljalülitatud sebrakaladel [108]. GBA, mis on ka Gaucheri tõve põhjustav geen, on üks kõrge riskiga geene foridiopaatilise Parkinsoni tõve korral ning Gba knockout medaka ja sebrakala ei näita mitte ainult dopamiinergiliste, vaid ka alfa-neurodegeneratsiooni. kuhjumine [109–111].

LRRK2 mutatsioonid on autosoomselt domineeriva perekondliku Parkinsoni tõve suhteliselt levinud põhjus ja need on seotud ka idiopaatilise Parkinsoni tõvega [112,113]. Sellist autosomaalset domineerivat haigust on raske mõista, kuna ei pruugi olla selge, kas geeni normaalse funktsiooni kadumine on fenotüübi peamine põhjus või kas toksilise funktsiooni suurenemine võib haigust seletada.

Lrrk2 sebrakala mudeleid on olnud mitu, kuid ootame edasisi hinnanguid ja järjepidevaid leide [114–117].

Sel viisil saab sebrakala või medaka kemikaalidega töötlemise või sebrafishor medaka genoomi geneetilise modifitseerimise teel luua erinevaid Parkinsoni tõve mudeleid.

Need mudelid on väga kasulikud Parkinsoni tõvega seotud molekulide funktsioonide analüüsimiseks in vivo ja inimese Parkinsoni tõve patofüsioloogia mõistmiseks.

Lisaks on seda juba laialdaselt kasutatud ravimite avastamise valdkonnas. Sebrakala omadusi kasutav suure läbilaskevõimega sõeluuring on leidnud palju ühendeid, mis võivad parandada Parkinsoni tõve patoloogiat.

Vaadake hiljutist ülevaadet peamiste neurodegeneratiivsete haiguste, sealhulgas Parkinsoni tõve ravimite avastamise kohta [77]. Muidugi on väikeste kalade mudeliloomadena kasutamise piirang see, et kalade ja inimeste vahel võib esineda lahknevusi.

Nagu enamiku inimeste haiguste puhul, raskendavad haiguse algust mitmed tegurid, nagu vananemine, keskkonnategurid ja mitmefaktorilised geneetilised mõjud.

Seetõttu peaksime hoolikalt uurima erinevaid mudeleid, sealhulgas rakuliine, väikseid kalu või imetajaid, ning samuti on oluline uurida inimese proove. Mudelite, näiteks kalade ja inimeste proovide vahel edasi-tagasi liikudes saame inimese patoloogiat usaldusväärsemalt mõista.

4.2. Idiopaatilise Parkinsoni tõve fenotüübid, mida on nähtud türkiissinises kalakalas

Järgmisena keskendusime türkiissinisele tapvale, et mõista idiopaatilist Parkinsoni tõbe, mis ei ole pärilik ja moodustab 90–95% kõigist Parkinsoni tõve juhtudest. Türkiiskillikala on väike kalaliik, kes elab Mosambiigis ja teistes riikides tiikides, soodes ja lompides [7].

Tema elupaigas on pikk kuivaperiood ja lühike vihmaperiood ning kuival hooajal kuivab vesi, kus elab türkiissinine kalakala, ja täiskasvanud kalad ei suuda ellu jääda.

Siiski on ta suutnud liigina ellu jääda, võttes kasutusele eluloo, mille käigus ta kudeb mulda põuakindlaid mune, mis kooruvad järgmisel või tulevasel vihmaperioodil.

Sellises elutsüklis vananemisvastase positiivse valiku surve ei tööta [118]. Tõenäoliselt on türkiissiniste kalade eluiga lühike ja neil on väga lühikese aja jooksul vananev fenotüüp.

Täpsemalt, türkiisisekillkalade eluiga on ligikaudu neli kuni kuus kuud ja umbes kolme kuu vanuselt ilmnevad neil mitmesugused vananemise tunnused, sealhulgas elundite atroofia, selgroo kõverus ja vananemisega seotud beeta-galaktosidaasi taseme tõus [119–121].

Kuigi Parkinsoni tõbi on inimestel tugevalt seotud vananemisega, ei pruugi enamikul katseloomadel vananemise ajal esineda piisavat haiguse fenotüüpi. Oleme avastanud, et türkiissinine killifish näitab dopamiinergiliste ja noradrenergiliste neuronite degeneratsiooni ning alfa-sünukleiini patoloogia progresseerumist koos vananemisega [122]. Need patoloogilised fenotüübid on sarnased inimese Parkinsoni tõve korral täheldatutega.

Alfa-sünukleiini geneetiline ammendumine CRISPR-Cas9 süsteemi poolt leevendab neurodegeneratsiooni, mis viitab sellele, et alfa-sünukleiin ei ole Parkinsoni tõve patogeneesis kõrvalseisja, vaid on neurodegeneratsiooni põhjustav valk.

Türkiissinine kalapuu võib paljastada Parkinsoni tõve mehhanismid, eriti enamiku idiopaatilise Parkinsoni tõve juhtudest. See ainulaadne kala on kasulik ka muude vanusega seotud häirete korral ajus ja muudes organites.

For more information:1950477648nn@gmail.com