Peixos zebra, medaka i turquesa Killifish per entendre els trastorns neurodegeneratius i del neurodesenvolupament humans Part 4
Mar 28, 2024
Per al peix zebra, ZFIN (Xarxa d'informació de peixos zebra, https://zfin.org/; consultat el 30 de novembre de 2021) té una base de dades de gens de peix zebra, línies transgèniques creades i línies mutants.
Amb el desenvolupament continu de la ciència i la tecnologia, la tecnologia modificada genèticament s'ha convertit en una de les eines importants en la producció agrícola moderna. Al canviar el material genètic de plantes o animals, es poden crear varietats superiors més adquirides per als humans, solucionant així problemes com l'escassetat d'aliments i la desnutrició. No obstant això, a la societat, la controvèrsia sobre aquesta tecnologia encara existeix. Algunes persones dubten que les varietats modificades genèticament tinguin efectes negatius sobre la salut humana, però no hi ha proves científiques que donin suport a aquesta visió.
En els darrers anys, els investigadors han descobert un vincle entre les soques modificades genèticament i la memòria. En alguns casos, la modificació genètica pot millorar la memòria d'un animal. Per exemple, els científics han utilitzat la tecnologia transgènica per ajustar gens específics a les cèl·lules de determinats organismes de manera que aquests organismes funcionin millor quan realitzen tasques de memòria.
A més, els investigadors també estan intentant editar gens el cervell per millorar la intel·ligència humana i les capacitats d'aprenentatge. Es creu que alguns gens afecten la intel·ligència i la capacitat d'aprenentatge d'una persona, de manera que mitjançant l'edició d'aquests gens es pot crear un sistema cerebral optimitzat que promogui la millora de la memòria i les capacitats d'aprenentatge.
Per descomptat, tot i que la tecnologia modificada genèticament té el potencial de millorar la memòria i la intel·ligència dels organismes, la investigació encara es troba en les seves etapes preliminars i calen més dades experimentals i verificació científica. Al mateix temps, també hem d'adonar-nos que la intel·ligència humana i la memòria també es veuen afectades per molts factors, com ara el medi ambient, l'educació i la genètica. Per tant, la tecnologia modificada genèticament no és l'única manera de resoldre problemes educatius i cognitius.
En resum, el desenvolupament i l'aplicació de tecnologia modificada genèticament són de gran importància per millorar la qualitat dels organismes i augmentar l'eficiència de la producció. No hem de rebutjar cegament aquesta tecnologia, sinó que hem de mirar els avantatges i els inconvenients d'aquesta tecnologia de manera racional i objectiva basant-nos en l'evidència científica, i utilitzar-la per promoure el desenvolupament de l'agricultura, la medicina i la protecció del medi ambient. Es pot veure que hem de millorar la memòria, i Cistanche deserticola pot millorar significativament la memòria, perquè Cistanche deserticola té efectes antioxidants, antiinflamatoris i antienvelliment, que poden ajudar a reduir l'oxidació i les reaccions inflamatòries al cervell, protegint així el salut del sistema nerviós. A més, Cistanche deserticola també pot promoure el creixement i la reparació de les cèl·lules nervioses, millorant així la connectivitat i la funció de les xarxes neuronals. Aquests efectes poden ajudar a millorar la memòria, l'aprenentatge i la velocitat de pensament, i també poden prevenir el desenvolupament de disfuncions cognitives i malalties neurodegeneratives.
Feu clic a Saber per millorar la memòria a curt termini
Moltes línies, inclosos els productes de mutagènesi de l'ENU o les línies de reporters transgènics, estan disponibles per a la compra i estan gestionades per ZIRC (Zebrafish International Resource Center) o EZRC (European Zebrafish Resource Center).
Per a medaka, visiteu el lloc web de medaka de NBRP (https://shigen.nig.ac.jp/medaka/top/top.jsp; consultat el 30 de novembre de 2021) per buscar diverses línies mutants i transgèniques.
A més, NFIN (The Nothobranchius furzeriInformation Network, https://www.nothbranchius.info/; consultat el 30 de novembre de 2021) proporciona informació sobre procediments de laboratori i una base de dades de gens de killifish turquesa.
4. Facilitat de gestió i experimentació de laboratori amb peixos zebra, medaka i turquesa Killifish
La neurodegeneració és un fenomen caracteritzat per la pèrdua progressiva de neurones i la malaltia d'Alzheimer, la malaltia de Parkinson i l'esclerosi lateral amiotròfica són les principals malalties neurodegeneratives entre els humans.
Són malalties progressives amb un curs clínic crònic relativament lent, i els cervells mostren una deposició anormal de proteïnes. Cada malaltia neurodegenerativa té una pèrdua neuronal relativament selectiva; per exemple, les neurones dopaminèrgiques i el sistema nerviós autònom són vulnerables a la malaltia de Parkinson, i el sistema de motoneurones es perd selectivament en l'esclerosi lateral amiotròfica [67].
Recentment, hi ha hagut molta investigació sobre malalties neurodegeneratives utilitzant les característiques avantatjoses dels peixos petits. Per generar i analitzar models de malaltia, es pot utilitzar el tractament farmacològic amb substàncies químiques neurotòxiques, la microinjecció directa de proteïnes anormals, la eliminació de gens relacionats amb la malaltia i la incorporació de gens mutats.
Per als estudis de la malaltia d'Alzheimer, s'han informat peixos zebra transgènics tau [68,69] i peixos zebra amb microinjecció directa d'A [70,71].
Per als estudis d'esclerosi lateral amiotròfica, s'han utilitzat models de peix zebra relacionats amb TDP-43-, SOD{1-o C9orf72- per analitzar la patogènesi i detectar nous fàrmacs [30,72–76]. Aquí, parlem de la malaltia de Parkinson; per obtenir més informació sobre altres malalties neurodegeneratives, vegeu altres revisions [77,78].
4.1. Models de peix zebra i medaka de la malaltia de Parkinson
La malaltia de Parkinson és freqüent en la gent gran i es caracteritza per un deteriorament motor progressiu, pèrdua de neurones dopaminèrgiques a la substància negra i cossos d'inclusió positius alfa-sinucleïna anomenats cossos de Lewy.
Nosaltres i altres hem utilitzat una varietat de peixos petits per estudiar la patogènesi de la malaltia de Parkinson. Toxines com ara 1-metil-4-fenil-1, 2,3,6-tetrahidropiridina (MPTP), 6-hidroxidopamina (6-OHDA) i Se sap que la rotenona és tòxica per a les neurones dopaminèrgiques en diversos models animals.
MPTP és una neurotoxina que indueix símptomes semblants a la malaltia de Parkinson en diversos animals, inclosos els humans. Es metabolitza a 1-metil-4-fenilpiridini (MPP+) a les cèl·lules glials i, posteriorment, les neurones dopaminèrgiques l'incorporen mitjançant transportadors de dopamina i inhibeix l'activitat de la cadena respiratòria mitocondrial. A causa d'aquesta via metabòlica, les neurones dopaminèrgiques estan danyades selectivament [79,80].
MPTP també indueix símptomes semblants a la malaltia de Parkinson a medaka. Mantenir les larves de medaka en aigua que conté MPTP indueix ràpidament una reducció del moviment espontani de natació i una pèrdua de neurones dopaminèrgiques al diencèfal [81].
L'exposició a MPTP també s'ha dut a terme utilitzant larves i adults de peix zebra. Aquests estudis han demostrat l'efecte de MPTP sobre la locomoció i les neurones dopaminèrgiques [82–87].
6-OHDA pot ser absorbit pel transportador de dopamina, donant lloc a estrès oxidatiu i dany selectiu a les neurones dopaminèrgiques. 6-OHDA, quan s'administra directament al líquid cefaloraquidi, també indueix la pèrdua de neurones de dopamina i una disminució dels moviments espontanis de natació en medaka [88].
La injecció de 6-OHDA al diencèfal ventral del peix zebra adult mantenint les larves de peix zebra en aigua que conté 6-OHDA pot provocar una reducció de les neurones indopaminèrgiques i alteracions dels moviments de natació [89–92].
Mantenir les larves de peix zebra en aigua que conté rotenona també provoca una reducció de la dopamina i els moviments de natació alterats [93,94]. Altres productes químics, inclosos els inhibidors del proteasoma [88], el clorur d'amoni o la tunicamicina [95], poden induir fenotips semblants a la malaltia de Parkinson en peixos petits. Aquests models induïts per toxines poden ser útils per a la investigació de la malaltia de Parkinson i la detecció de fàrmacs.
A continuació, introduirem models genètics de la malaltia de Parkinson utilitzant peix zebra i medaka. És sorprenentment difícil simular la malaltia de Parkinson humana mitjançant la manipulació genètica en ratolins, que és un dels animals model més representatius.
Per exemple, fins i tot en ratolins de triple eliminació amb Parkin, PINK1 i DJ-1, els productes genètics responsables de la malaltia de Parkinson familiar autosòmica recessiva, no hi ha pèrdua de neurones dopaminèrgiques [96].
De manera similar als ratolins, Parkin o Pink1 medaka d'eliminació única no mostra pèrdua de cèl·lules dopaminèrgiques [97,98]. Vam analitzar Parkin i Pink1 doble knockout medaka i vam trobar que es va produir una pèrdua de neurones dopaminèrgiques, que no es va observar en un sol knockoutfish [98]. En el cas del peix zebra, un sol esgotament de Pink1 és suficient per induir la pèrdua de neurones dopaminèrgiques [99-101].
També s'han creat models de peix zebra i medaka DJ-1, que necessiten més avaluacions patològiques, però són prometedors per a la producció de nous models de peixos de la malaltia de Parkinson [102–105].
L'ATP13A2 és un altre producte genètic que és responsable del parkinsonisme autosòmic recessiu d'inici precoç que es caracteritza per la resposta a la levodopa, la gazepalsy supranuclear, els signes piramidals i la demència [106].
Hem creat medaka mutant Atp13a2, que mostra una mutació similar a la observada en pacients humans, i aquest peix mostra pèrdua de neurones dopaminèrgiques amb una disminució de l'activitat de la catepsina D i la formació de cossos d'inclusió semblants a l'empremta digital [107].
El peix zebra knockout Atp13a2 també mostra fenotips similars [108]. El GBA, que també és el gen causant de la malaltia de Gaucher, és un dels gens d'alt risc per a la malaltia de Parkinson idiopàtica, i el medaka knockout Gba i el peix zebra no només presenten neurodegeneració dopaminèrgica sinó també alfa-sinucleïna. acumulació [109–111].
Les mutacions de LRRK2 són una causa relativament freqüent de la malaltia de Parkinson familiar autosòmica dominant i també estan relacionades amb la malaltia de Parkinson idiopàtica [112,113]. Hi ha dificultats per entendre aquesta malaltia autosòmica dominant perquè potser no està clar si una pèrdua de la funció normal del gen és una de les principals causes del fenotip o si un guany de funció tòxica pot explicar la malaltia.
Hi ha hagut diversos models de peix zebra de Lrrk2, però esperarem més avaluacions i troballes consistents [114–117].
D'aquesta manera, es poden generar diversos models de la malaltia de Parkinson tractant el peix zebra o medaka amb productes químics o mitjançant la modificació genètica del genoma del peix zebra o medaka.
Aquests models són molt útils per analitzar la funció de les molècules relacionades amb la malaltia de Parkinson in vivo i per entendre la fisiopatologia de la malaltia de Parkinson humana.
A més, ja s'ha utilitzat àmpliament en el camp del descobriment de drogues. El cribratge d'alt rendiment que utilitza les característiques del peix zebra ha recollit molts compostos amb el potencial de millorar la patologia de la malaltia de Parkinson.
Consulteu la revisió recent sobre el descobriment de fàrmacs per a les principals malalties neurodegeneratives, inclosa la malaltia de Parkinson [77]. Per descomptat, una limitació de l'ús de peixos petits com a animals model és que hi pot haver una discrepància entre peixos i humans.
Com passa amb la majoria de malalties humanes, l'aparició de la malaltia es complica per diversos factors, com l'envelliment, factors ambientals i efectes genètics multifactorials.
Per tant, hauríem d'examinar acuradament diversos models, com ara línies cel·lulars, peixos petits o mamífers, i també és important investigar mostres humanes. Anant i tornant entre models, com ara peixos i mostres humanes, podem entendre la patologia humana de manera més fiable.
4.2. Fenotips idiopàtics de la malaltia de Parkinson observats a Killifish turquesa
A continuació, ens vam centrar en el killifish turquesa per entendre la malaltia de Parkinson idiopàtica, que no és hereditària i representa el 90-95% de tots els casos de malaltia de Parkinson. El peix turquesa és una petita espècie de peix que viu a estanys, pantans i bassals a Moçambic i altres països [7].
El seu hàbitat té una estació seca llarga i una estació plujosa curta, i durant l'estació seca, l'aigua on viu el peix turquesa s'asseca i els peixos adults no poden sobreviure.
No obstant això, ha pogut sobreviure com a espècie adoptant una història de vida en la qual genera ous resistents a la sequera al sòl, que eclosionen durant la temporada de pluges següent o futura.
En aquest cicle de vida, la pressió de selecció positiva per a l'anti-envelliment no funciona [118]. El més probable és que els killifish turquesa tinguin una vida útil curta i presenten un fenotip d'envelliment en un període molt curt.
Concretament, la vida útil dels peixos turquesa és d'aproximadament de quatre a sis mesos i, al voltant dels tres mesos, presenten diversos signes d'envelliment, com ara l'atròfia d'òrgans, la curvatura de la columna vertebral i l'augment dels nivells de beta-galactosidasa associada a la senescència [119–121].
Tot i que la malaltia de Parkinson està fortament associada amb l'envelliment en humans, la majoria dels animals experimentals poden no presentar suficient fenotip de malaltia durant l'envelliment. Hem trobat que el peix turquesa mostra la degeneració de les neurones dopaminèrgiques i noradrenèrgiques i la progressió de la patologia alfa-sinucleïna amb l'envelliment [122]. Aquests fenotips patològics són similars als observats en la malaltia de Parkinson humana.
L'esgotament genètic de l'alfa-sinucleïna pel sistema CRISPR-Cas9 millora la neurodegeneració, cosa que suggereix que l'alfa-sinucleïna no és un espectador en la patogènesi de la malaltia de Parkinson, sinó que és una proteïna causant de la neurodegeneració.
El killifish turquesa té el potencial de revelar els mecanismes de la malaltia de Parkinson, especialment la majoria dels casos de malaltia de Parkinson idiopàtica. Aquest peix únic també serà útil per a altres trastorns relacionats amb l'edat al cervell i altres òrgans.
For more information:1950477648nn@gmail.com
