Рыба данио, медака и бирюзовый киллифиш для понимания нейродегенеративных нарушений/нарушений нейроразвития человека. Часть 4.

Что касается рыбок данио, ZFIN (Информационная сеть рыбок данио, https://zfin.org/; по состоянию на 30 ноября 2021 г.) имеет базу данных генов рыбок данио, созданных трансгенных линий и мутантных линий.

В условиях постоянного развития науки и техники генетически модифицированные технологии стали одним из важных инструментов современного сельскохозяйственного производства. Изменяя генетический материал растений или животных, можно создать для людей более совершенные сорта, решая тем самым такие проблемы, как нехватка продовольствия и недоедание. Однако в обществе до сих пор существуют споры по поводу этой технологии. Некоторые люди сомневаются в том, что генетически модифицированные сорта окажут негативное воздействие на здоровье человека, но научных доказательств, подтверждающих эту точку зрения, нет.

В последние годы исследователи обнаружили связь между генетически модифицированными штаммами и памятью. В некоторых случаях генетическая модификация может улучшить память животного. Например, ученые использовали трансгенную технологию для корректировки определенных генов в клетках определенных организмов, чтобы эти организмы лучше выполняли задачи по запоминанию.

Кроме того, исследователи также пытаются отредактировать гены мозга, чтобы улучшить человеческий интеллект и способности к обучению. Считается, что некоторые гены влияют на интеллект и способность к обучению человека, поэтому, редактируя эти гены, можно создать оптимизированную систему мозга, которая способствует улучшению памяти и способностей к обучению.

Конечно, хотя генетически модифицированная технология потенциально может улучшить память и интеллект организмов, исследования все еще находятся на предварительных стадиях, и необходимы дополнительные экспериментальные данные и научные проверки. В то же время мы также должны осознавать, что на человеческий интеллект и память также влияют многие факторы, такие как окружающая среда, образование и генетика. Поэтому генетически модифицированные технологии — не единственный способ решения образовательных и когнитивных проблем.

Короче говоря, разработка и применение генетически модифицированных технологий имеют большое значение для улучшения качества организмов и повышения эффективности производства. Мы не должны слепо отвергать эту технологию, а должны рационально и объективно, на основе научных данных, взглянуть на преимущества и недостатки этой технологии и использовать ее для содействия развитию сельского хозяйства, медицины и защиты окружающей среды. Видно, что нам необходимо улучшить память, а Cistanche Deserticola может значительно улучшить память, поскольку Cistanche Deserticola обладает антиоксидантным, противовоспалительным и омолаживающим действием, что может помочь уменьшить окислительные и воспалительные реакции в мозге, тем самым защищая здоровье нервной системы. Кроме того, Cistanche Deserticola также может способствовать росту и восстановлению нервных клеток, тем самым улучшая связь и функцию нейронных сетей. Эти эффекты могут помочь улучшить память, скорость обучения и мышления, а также предотвратить развитие когнитивной дисфункции и нейродегенеративных заболеваний.

Нажмите «Знать», чтобы улучшить кратковременную память.

Многие линии, включая продукты мутагенеза ЕНУ или трансгенные репортерные линии, доступны для покупки и управляются ZIRC (Международным ресурсным центром рыб данио) или EZRC (Европейским ресурсным центром рыб данио).

Что касается медаки, посетите веб-сайт NBRP medaka (https://shigen.nig.ac.jp/medaka/top/top.jsp; по состоянию на 30 ноября 2021 г.), чтобы найти различные мутантные и трансгенные линии.

Кроме того, NFIN (Информационная сеть Nothobranchius Furzeri, https://www.nothobranchius.info/; по состоянию на 30 ноября 2021 г.) предоставляет информацию о лабораторных процедурах и базу данных генов бирюзовой рыбы-убийцы.

4. Простота лабораторного управления и экспериментирования с рыбками данио, медакой и бирюзовыми киллифишами.

Нейродегенерация – это явление, характеризующееся прогрессирующей потерей нейронов, а болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и боковой амиотрофический склероз являются основными нейродегенеративными заболеваниями среди людей.

Это прогрессирующие заболевания с относительно медленным хроническим клиническим течением, при которых в мозге обнаруживаются аномальные отложения белка. Каждое нейродегенеративное заболевание сопровождается относительно избирательной гибелью нейронов; например, дофаминергические нейроны и вегетативная нервная система уязвимы при болезни Паркинсона, а система двигательных нейронов избирательно утрачивается при боковом амиотрофическом склерозе [67].

В последнее время было проведено много исследований нейродегенеративных заболеваний с использованием полезных свойств мелких рыб. Для создания и анализа моделей заболеваний можно использовать медикаментозное лечение нейротоксичными химическими веществами, прямую микроинъекцию аномальных белков, нокаут генов, связанных с заболеванием, и нокаут мутировавших генов.

В исследованиях болезни Альцгеймера сообщалось о тау-трансгенных рыбках данио [68,69] и рыбках данио с прямой микроинъекцией А [70,71].

Для исследований бокового амиотрофического склероза модели данио, связанные с TDP-43-, SOD1- или C9orf72-, использовались для анализа патогенеза и скрининга новых лекарств [30,72–76]. Здесь мы обсуждаем болезнь Паркинсона; дополнительную информацию о других нейродегенеративных заболеваниях см. в других обзорах [77,78].

4.1. Модели болезни Паркинсона рыб данио и медака
Болезнь Паркинсона часто встречается у пожилых людей и характеризуется прогрессирующими двигательными нарушениями, потерей дофаминергических нейронов в черной субстанции и альфа-синуклеин-положительных телец включения, называемых тельцами Леви.

Мы и другие ученые использовали различных мелких рыбок для изучения патогенеза болезни Паркинсона. Токсины, такие как 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридин (MPTP), 6-гидроксидофамин (6-OHDA) и Ротенон, как известно, токсичен для дофаминергических нейронов на различных моделях животных.

МФТП представляет собой нейротоксин, который вызывает симптомы, подобные болезни Паркинсона, у различных животных, включая человека. Он метаболизируется до 1-метил-4-фенилпиридиния (MPP+) в глиальных клетках, а затем включается в дофаминергические нейроны через транспортеры дофамина и ингибирует активность дыхательной цепи митохондрий. Из-за этого метаболического пути дофаминергические нейроны избирательно повреждаются [79,80].

MPTP также вызывает симптомы, подобные болезни Паркинсона, в медаке. Содержание личинок медаки в воде, содержащей МФТП, быстро вызывает снижение спонтанных плавательных движений и потерю дофаминергических нейронов в промежуточном мозге [81].

Воздействие MPTP также проводилось с использованием личинок и взрослых рыбок данио. Эти исследования продемонстрировали влияние МФТП на локомоцию и дофаминергические нейроны [82–87].

6-OHDA может поглощаться транспортером дофамина, что приводит к окислительному стрессу и избирательному повреждению дофаминергических нейронов. 6-OHDA при введении непосредственно в спинномозговую жидкость также вызывает потерю дофаминовых нейронов и уменьшение спонтанных плавательных движений у медаки [88].

Инъекция 6-OHDA в вентральный промежуточный мозг взрослой особи данио при содержании личинок рыбок данио в воде, содержащей 6-OHDA, может вызывать редукцию индофаминергических нейронов и нарушение плавательных движений [89–92].

Содержание личинок данио в ротенонсодержащей воде также вызывает снижение уровня дофамина и нарушение плавательных движений [93,94]. Другие химические вещества, в том числе ингибиторы протеасом [88], хлорид аммония или туникомицин [95], могут индуцировать фенотипы, подобные болезни Паркинсона, у мелких рыб. Эти индуцированные токсинами модели могут быть полезны для исследования болезни Паркинсона и скрининга лекарств.

Далее мы представим генетические модели болезни Паркинсона с использованием рыбок данио и медаки. Удивительно сложно смоделировать болезнь Паркинсона у человека путем генетических манипуляций на мышах, которые являются одними из наиболее репрезентативных модельных животных.

Например, даже у мышей с тройным нокаутом с Parkin, PINK1 и DJ-1, генными продуктами, ответственными за аутосомно-рецессивную семейную болезнь Паркинсона, не происходит потери дофаминергических нейронов [96].

Подобно мышам, медака с одиночным нокаутом Parkin или Pink1 не демонстрирует потери дофаминергических клеток [97,98]. Мы проанализировали медаку с двойным нокаутом Parkin и Pink1 и обнаружили, что произошла потеря дофаминергических нейронов, чего не наблюдалось у рыб с одиночным нокаутом [98]. В случае рыбок данио однократного истощения Pink1 достаточно, чтобы вызвать потерю дофаминергических нейронов [99–101].

Также были созданы модели рыб данио с нокаутом DJ-1 и медаки, которые нуждаются в дальнейших патологических оценках, но являются многообещающими для создания новых рыбных моделей болезни Паркинсона [102–105].

ATP13A2 — еще один генный продукт, ответственный за аутосомно-рецессивный паркинсонизм с ранним началом, который характеризуется чувствительностью к леводопе, супрануклеарной газепалией, пирамидными симптомами и деменцией [106].

Мы создали мутантную медаку по Atp13a2, которая демонстрирует мутацию, аналогичную той, которая наблюдается у пациентов-людей, и у этой рыбы наблюдается потеря дофаминергических нейронов со снижением активности катепсина D и образованием телец включения, подобных отпечаткам пальцев [107].

Рыбки данио с нокаутом по Atp13a2 также демонстрируют сходные фенотипы [108]. GBA, который также является причинным геном болезни Гоше, является одним из генов высокого риска для идиопатической болезни Паркинсона, а медака и рыбки данио с нокаутом Gba демонстрируют не только дофаминергическую нейродегенерацию, но и альфа-синуклеин. накопление [109–111].

Мутации LRRK2 являются относительно распространенной причиной аутосомно-доминантной семейной болезни Паркинсона, а также связаны с идиопатической болезнью Паркинсона [112,113]. Понимание такого аутосомно-доминантного заболевания затруднено, поскольку неясно, является ли потеря нормальной функции гена основной причиной фенотипа или может ли усиление токсической функции объяснить заболевание.

Было создано несколько моделей Lrrk2 у рыбок данио, но мы будем ждать дальнейших оценок и последовательных результатов [114–117].

Таким образом, различные модели болезни Паркинсона можно создать, обрабатывая рыбок данио или медаку химическими веществами или проводя генетическую модификацию генома рыбок данио или медаки.

Эти модели очень полезны для анализа функции молекул, связанных с болезнью Паркинсона in vivo, и для понимания патофизиологии болезни Паркинсона у человека.

Более того, он уже широко используется в области открытия лекарств. Высокопроизводительный скрининг с использованием характеристик рыбок данио выявил множество соединений, которые потенциально могут улучшить патологию болезни Паркинсона.

Пожалуйста, обратитесь к недавнему обзору открытия лекарств для лечения основных нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Паркинсона [77]. Конечно, одним из ограничений использования маленьких рыбок в качестве модельных животных является то, что между рыбами и людьми может возникнуть несоответствие.

Как и в случае с большинством заболеваний человека, возникновение заболевания осложняется несколькими факторами, такими как старение, факторы окружающей среды и многофакторные генетические эффекты.

Поэтому мы должны тщательно изучать различные модели, включая клеточные линии, мелких рыб или млекопитающих, а также важно исследовать человеческие образцы. Переходя между моделями, такими как образцы рыбы и человека, мы можем более достоверно понять патологию человека.

4.2. Фенотипы идиопатической болезни Паркинсона обнаружены у бирюзовых киллифишей

Затем мы сосредоточились на бирюзовом киллифише, чтобы понять идиопатическую болезнь Паркинсона, которая не является наследственной и составляет 90–95% всех случаев болезни Паркинсона. Бирюзовый киллифиш — мелкий вид рыб, обитающий в прудах, болотах и ​​лужах Мозамбика и других стран [7].

В ее среде обитания длинный засушливый сезон и короткий сезон дождей, а в засушливый сезон вода, в которой обитает бирюзовый киллифас, высыхает, и взрослая рыба не может выжить.

Тем не менее, он смог выжить как вид, приняв жизненный цикл, в ходе которого он откладывает в почве устойчивые к засухе яйца, которые вылупляются во время следующего или будущего сезона дождей.

В таком жизненном цикле положительное давление отбора в отношении борьбы со старением не работает [118]. Скорее всего, бирюзовые киллифиши имеют короткую продолжительность жизни и проявляют фенотип старения за очень короткий период.

В частности, продолжительность жизни бирюзовых киллифиш составляет примерно четыре-шесть месяцев, и примерно в возрасте трех месяцев у них проявляются различные признаки старения, включая атрофию органов, искривление позвоночника и повышенный уровень бета-галактозидазы, связанной со старением [119–121].

Хотя болезнь Паркинсона тесно связана со старением человека, у большинства экспериментальных животных во время старения может не проявляться достаточный фенотип заболевания. Мы обнаружили, что бирюзовая рыба-убийца демонстрирует дегенерацию дофаминергических и норадренергических нейронов и прогрессирование патологии альфа-синуклеина с возрастом [122]. Эти патологические фенотипы подобны тем, которые наблюдаются при болезни Паркинсона у человека.

Генетическое истощение альфа-синуклеина системой CRISPR-Cas9 улучшает нейродегенерацию, что позволяет предположить, что альфа-синуклеин не является свидетелем патогенеза болезни Паркинсона, а является белком, вызывающим нейродегенерацию.

Бирюзовая рыба-убийца потенциально может раскрыть механизмы болезни Паркинсона, особенно большинства случаев идиопатической болезни Паркинсона. Эта уникальная рыба будет полезна и при других возрастных нарушениях в работе мозга и других органов.

For more information:1950477648nn@gmail.com