Zebravis, Medaka en Turquoise Killifish voor het begrijpen van menselijke neurodegeneratieve/neuroontwikkelingsstoornissen Deel 4

Voor zebravissen beschikt ZFIN (Zebrafish Information Network, https://zfin.org/; geraadpleegd op 30 november 2021) over een database met zebravisgenen, gecreëerde transgene lijnen en mutantlijnen.

Met de voortdurende ontwikkeling van wetenschap en technologie is genetisch gemodificeerde technologie een van de belangrijkste instrumenten in de moderne landbouwproductie geworden. Door het genetisch materiaal van planten of dieren te veranderen, kunnen meer verworven superieure variëteiten voor mensen worden gecreëerd, waardoor problemen zoals voedseltekort en ondervoeding worden opgelost. In de samenleving bestaat er echter nog steeds controverse over deze technologie. Sommige mensen betwijfelen dat genetisch gemodificeerde variëteiten negatieve effecten zullen hebben op de menselijke gezondheid, maar er is geen wetenschappelijk bewijs om deze opvatting te ondersteunen.

De afgelopen jaren hebben onderzoekers een verband ontdekt tussen genetisch gemodificeerde soorten en het geheugen. In sommige gevallen kan genetische modificatie het geheugen van een dier verbeteren. Wetenschappers hebben bijvoorbeeld transgene technologie gebruikt om specifieke genen in de cellen van bepaalde organismen aan te passen, zodat deze organismen beter presteren bij het uitvoeren van geheugentaken.

Daarnaast proberen onderzoekers ook de hersenen te bewerken om de menselijke intelligentie en leervermogen te verbeteren. Er wordt gedacht dat sommige genen de intelligentie en het leervermogen van een persoon beïnvloeden. Door deze genen te bewerken, kan men een geoptimaliseerd hersensysteem creëren dat een verbeterd geheugen en leervermogen bevordert.

Hoewel genetisch gemodificeerde technologie het potentieel heeft om het geheugen en de intelligentie van organismen te verbeteren, bevindt het onderzoek zich uiteraard nog in de beginfase en zijn er meer experimentele gegevens en wetenschappelijke verificatie nodig. Tegelijkertijd moeten we ons ook realiseren dat de menselijke intelligentie en het geheugen ook door vele factoren worden beïnvloed, zoals de omgeving, het onderwijs en de genetica. Daarom is genetisch gemodificeerde technologie niet de enige manier om onderwijs- en cognitieve problemen op te lossen.

Kortom, de ontwikkeling en toepassing van genetisch gemodificeerde technologie zijn van groot belang voor het verbeteren van de kwaliteit van organismen en het verhogen van de productie-efficiëntie. We moeten deze technologie niet blindelings afwijzen, maar we moeten op een rationele en objectieve manier naar de voor- en nadelen van deze technologie kijken, gebaseerd op wetenschappelijk bewijs, en deze gebruiken om de ontwikkeling van de landbouw, de geneeskunde en de milieubescherming te bevorderen. Het is duidelijk dat we het geheugen moeten verbeteren, en Cistanche deserticola kan het geheugen aanzienlijk verbeteren, omdat Cistanche deserticola antioxiderende, ontstekingsremmende en anti-verouderingseffecten heeft, die kunnen helpen de oxidatie- en ontstekingsreacties in de hersenen te verminderen, waardoor de hersenen worden beschermd. gezondheid van het zenuwstelsel. Bovendien kan Cistanche deserticola ook de groei en het herstel van zenuwcellen bevorderen, waardoor de connectiviteit en functie van neurale netwerken wordt verbeterd. Deze effecten kunnen het geheugen, het leervermogen en de denksnelheid helpen verbeteren en kunnen ook de ontwikkeling van cognitieve stoornissen en neurodegeneratieve ziekten voorkomen.

Klik op Know om het kortetermijngeheugen te verbeteren

Veel lijnen, waaronder ENU-mutageneseproducten of transgene reporterlijnen, zijn te koop en worden beheerd door ZIRC (Zebrafish International Resource Center) of EZRC (European Zebrafish Resource Center).

Voor medaka kunt u terecht op de NBRP-medakawebsite (https://shigen.nig.ac.jp/medaka/top/top.jsp; geraadpleegd op 30 november 2021) om te zoeken naar verschillende mutante en transgene lijnen.

Bovendien biedt NFIN (The Nothobranchius furzeriInformation Network, https://www.nothobranchius.info/; geraadpleegd op 30 november 2021) informatie over laboratoriumprocedures en een genendatabase van turquoise killifish.

4. Gemak van laboratoriumbeheer en experimenten met zebravissen, Medaka en turquoise killivissen

Neurodegeneratie is een fenomeen dat wordt gekenmerkt door het voortschrijdende verlies van neuronen, en de ziekte van Alzheimer, de ziekte van Parkinson en amyotrofische laterale sclerose zijn de belangrijkste neurodegeneratieve ziekten bij de mens.

Het zijn progressieve ziekten met een relatief langzaam chronisch klinisch beloop, en de hersenen vertonen een abnormale eiwitafzetting. Elke neurodegeneratieve ziekte heeft een relatief selectief neuronaal verlies; dopaminerge neuronen en het autonome zenuwstelsel zijn bijvoorbeeld kwetsbaar bij de ziekte van Parkinson, en het motorneuronensysteem gaat selectief verloren bij amyotrofische laterale sclerose [67].

De laatste tijd is er veel onderzoek gedaan naar neurodegeneratieve ziekten waarbij gebruik werd gemaakt van de gunstige eigenschappen van kleine vissen. Om ziektemodellen te genereren en te analyseren, kunnen medicamenteuze behandeling met neurotoxische chemicaliën, directe micro-injectie van abnormale eiwitten, knock-out van ziektegerelateerde genen en knock-in van gemuteerde genen worden gebruikt.

Voor onderzoek naar de ziekte van Alzheimer zijn transgene tau-zebravissen [68,69] en zebravissen met directe micro-injectie van A gerapporteerd [70,71].

Voor onderzoeken naar amyotrofische laterale sclerose zijn TDP-43--, SOD1-- of C9orf72--gerelateerde zebravismodellen gebruikt om de pathogenese te analyseren en te screenen op nieuwe medicijnen [30,72-76]. Hier bespreken we de ziekte van Parkinson; voor meer informatie over andere neurodegeneratieve ziekten, zie andere reviews [77,78].

4.1. Zebravis- en Medaka-modellen van de ziekte van Parkinson
De ziekte van Parkinson komt vaak voor bij ouderen en wordt gekenmerkt door progressieve motorische stoornissen, verlies van dopaminerge neuronen in de substantia nigra, en alfa-synucleïne-positieve inclusielichaampjes, Lewy-lichaampjes genoemd.

Wij en anderen hebben een verscheidenheid aan kleine vissen gebruikt om de pathogenese van de ziekte van Parkinson te bestuderen. Gifstoffen zoals 1-methyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP), 6-hydroxydopamine (6-OHDA) en In verschillende diermodellen is bekend dat rotenon giftig is voor dopaminerge neuronen.

MPTP is een neurotoxine dat bij verschillende dieren, waaronder mensen, de ziekte van Parkinson veroorzaakt. Het wordt in gliacellen gemetaboliseerd tot 1-methyl-4-fenylpyridinium (MPP+) en vervolgens opgenomen door dopaminerge neuronen via dopaminetransporters, en remt de activiteit van de mitochondriale ademhalingsketen. Als gevolg van deze metabolische route worden dopaminerge neuronen selectief beschadigd [79,80].

MPTP induceert ook de ziekte van Parkinson-achtige symptomen bij Medaka. Het houden van medaka-larven in MPTP-bevattend water leidt snel tot een vermindering van de spontane zwembeweging en een verlies van dopaminerge neuronen in het diencephalon [81].

MPTP-blootstelling is ook uitgevoerd met behulp van zebravislarven en volwassenen. Deze onderzoeken hebben het effect van MPTP op de voortbeweging en dopaminerge neuronen aangetoond [82-87].

6-OHDA kan worden opgenomen door de dopaminetransporter, wat resulteert in oxidatieve stress en selectieve schade aan dopaminerge neuronen. 6-OHDA veroorzaakt, wanneer het rechtstreeks in het hersenvocht wordt toegediend, ook een verlies van dopamine-neuronen en een afname van de spontane zwembewegingen [88].

De injectie van 6-OHDA in het ventrale diencephalon van volwassen zebravissen, of door zebravislarven in 6-OHDA-bevattend water te houden, kan een vermindering van indopaminerge neuronen en verminderde zwembewegingen veroorzaken [89-92].

Het houden van zebravislarven in rotenonhoudend water veroorzaakt ook een vermindering van dopamine en verminderde zwembewegingen [93,94]. Andere chemicaliën, waaronder proteasoomremmers [88], ammoniumchloride of tunicamycine [95], kunnen bij kleine vissen de ziekte van Parkinson veroorzaken. Deze door toxines geïnduceerde modellen kunnen nuttig zijn voor onderzoek naar de ziekte van Parkinson en screening van geneesmiddelen.

Vervolgens zullen we genetische modellen van de ziekte van Parkinson introduceren met behulp van zebravissen en medaka. Het is verrassend moeilijk om de ziekte van Parkinson bij mensen te simuleren door genetische manipulatie bij muizen, een van de meest representatieve modeldieren.

Zelfs bij triple knock-out muizen met Parkin, PINK1 en DJ-1, de genproducten die verantwoordelijk zijn voor autosomaal recessieve familiale ziekte van Parkinson, is er bijvoorbeeld geen verlies van dopaminerge neuronen [96].

Net als bij muizen vertoont Parkin of Pink1 single knock-out medaka geen dopaminerge celverlies [97,98]. We analyseerden Parkin en Pink1 dubbele knock-out medaka en ontdekten dat er een verlies van dopaminerge neuronen optrad, wat niet werd waargenomen bij enkele knock-outvissen [98]. In het geval van de zebravis is een enkele uitputting van Pink1 voldoende om het verlies van dopaminerge neuronen te veroorzaken [99-101].

Er zijn ook DJ-1 knock-out zebravissen en medaka-modellen gemaakt, die verdere pathologische evaluaties nodig hebben, maar veelbelovend zijn voor de productie van nieuwe vismodellen voor de ziekte van Parkinson [102-105].

ATP13A2 is een ander genproduct dat verantwoordelijk is voor autosomaal recessief parkinsonisme met vroege aanvang, dat wordt gekenmerkt door levodopa-responsiviteit, supranucleaire gazepalsie, piramidale tekenen en dementie [106].

We hebben de Atp13a2-mutante medaka gemaakt, die een mutatie vertoont die vergelijkbaar is met die bij menselijke patiënten, en deze vis vertoont verlies van dopaminerge neuronen met een afname van de cathepsine D-activiteit en de vorming van vingerafdrukachtige insluitingslichamen [107].

Atp13a2 knock-out zebravissen vertonen ook vergelijkbare fenotypes [108]. GBA, dat ook het veroorzakende gen is van de ziekte van Gaucher, is een van de risicogenen voor de idiopathische ziekte van Parkinson, en Gba knock-out medaka en zebravissen vertonen niet alleen dopaminerge neurodegeneratie maar ook alfa-synucleïne. accumulatie [109–111].

LRRK2-mutaties zijn een relatief veel voorkomende oorzaak van autosomaal dominante familiale ziekte van Parkinson en houden ook verband met de idiopathische ziekte van Parkinson [112,113]. Het is moeilijk om dergelijke autosomaal dominante ziekten te begrijpen, omdat het misschien niet duidelijk is of een verlies van de normale functie van het gen een belangrijke oorzaak is van het fenotype, of dat een toename van de toxische functie de ziekte kan verklaren.

Er zijn verschillende zebravismodellen van Lrrk2 geweest, maar we zullen wachten op verdere evaluaties en consistente bevindingen [114-117].

Op deze manier kunnen verschillende modellen van de ziekte van Parkinson worden gegenereerd door zebravissen of medaka te behandelen met chemicaliën of door genetische modificatie van het zebravis- of medaka-genoom uit te voeren.

Deze modellen zijn zeer nuttig om de functie van moleculen die verband houden met de ziekte van Parkinson in vivo te analyseren en om de pathofysiologie van de ziekte van Parkinson bij mensen te begrijpen.

Bovendien wordt het al op grote schaal gebruikt op het gebied van de ontdekking van geneesmiddelen. High-throughput screening met behulp van de kenmerken van de zebravis heeft veel verbindingen opgepikt die het potentieel hebben om de pathologie van de ziekte van Parkinson te verbeteren.

Zie het recente overzicht over de ontdekking van geneesmiddelen voor belangrijke neurodegeneratieve ziekten, waaronder de ziekte van Parkinson [77]. Eén beperking van het gebruik van kleine vissen als modeldieren is uiteraard dat er een discrepantie kan bestaan ​​tussen vissen en mensen.

Zoals het geval is bij de meeste ziekten bij de mens, wordt het ontstaan ​​van de ziekte gecompliceerd door verschillende factoren, zoals veroudering, omgevingsfactoren en multifactoriële genetische effecten.

Daarom moeten we verschillende modellen zorgvuldig onderzoeken, waaronder cellijnen, kleine vissen of zoogdieren, en het is ook belangrijk om menselijke monsters te onderzoeken. Door heen en weer te gaan tussen modellen zoals monsters van vissen en mensen, kunnen we de menselijke pathologie betrouwbaarder begrijpen.

4.2. Idiopathische fenotypes van de ziekte van Parkinson gezien in turquoise killifish

Vervolgens hebben we ons gericht op turquoise killifish om de idiopathische ziekte van Parkinson te begrijpen, die niet erfelijk is en 90-95% van alle gevallen van de ziekte van Parkinson vertegenwoordigt. Turquoisekillifish is een kleine vissoort die leeft in vijvers, moerassen en plassen in Mozambique en andere landen [7].

Zijn leefgebied heeft een lang droog seizoen en een kort regenseizoen, en tijdens het droge seizoen droogt het water waarin de turquoise killifish leeft op en kunnen de volwassen vissen niet overleven.

Hij heeft echter als soort kunnen overleven door een levensgeschiedenis over te nemen waarin hij droogtebestendige eieren in de grond afzet, die tijdens het volgende of toekomstige regenseizoen uitkomen.

In een dergelijke levenscyclus werkt positieve selectiedruk voor anti-veroudering niet [118]. Hoogstwaarschijnlijk hebben turquoise killifish een korte levensduur en vertonen ze in zeer korte tijd een verouderend fenotype.

Concreet is de levensduur van turquoise killivissen ongeveer vier tot zes maanden, en rond de leeftijd van drie maanden vertonen ze verschillende tekenen van veroudering, waaronder orgaanatrofie, kromming van de wervelkolom en verhoogde niveaus van senescentie-geassocieerde bèta-galactosidase [119-121].

Hoewel de ziekte van Parkinson sterk geassocieerd is met veroudering bij mensen, is het mogelijk dat de meeste proefdieren tijdens het ouder worden niet voldoende ziektefenotype vertonen. We hebben ontdekt dat turquoise killifish degeneratie van dopaminerge en noradrenerge neuronen en de progressie van alfa-synucleïne-pathologie met veroudering vertoont [122]. Deze pathologische fenotypes zijn vergelijkbaar met die waargenomen bij de ziekte van Parkinson bij mensen.

Genetische uitputting van alfa-synucleïne door het CRISPR-Cas9-systeem verbetert de neurodegeneratie, wat suggereert dat alfa-synucleïne geen omstander is in de pathogenese van de ziekte van Parkinson, maar een veroorzakend eiwit is van neurodegeneratie.

De turquoise killifish heeft het potentieel om de mechanismen van de ziekte van Parkinson te onthullen, vooral de meerderheid van de gevallen van de idiopathische ziekte van Parkinson. Deze unieke vis zal ook nuttig zijn bij andere leeftijdsgebonden aandoeningen in de hersenen en andere organen.

For more information:1950477648nn@gmail.com