Zebrafish، Medaka و Killifish فیروزه ای برای درک اختلالات عصبی/توسعه عصبی انسان قسمت 4

برای گورخرماهی، ZFIN (شبکه اطلاعاتی Zebrafish، https://zfin.org/؛ دسترسی به 30 نوامبر 2021) دارای پایگاه داده ای از ژن های گورخرماهی، ایجاد خطوط تراریخته و خطوط جهش یافته است.

با پیشرفت مداوم علم و فناوری، فناوری اصلاح شده ژنتیکی به یکی از ابزارهای مهم در تولیدات کشاورزی مدرن تبدیل شده است. با تغییر ماده ژنتیکی گیاهان یا جانوران می توان ارقام برتر اکتسابی بیشتری برای انسان ایجاد کرد و از این طریق مشکلاتی مانند کمبود مواد غذایی و سوء تغذیه را برطرف کرد. با این حال، در جامعه، بحث و جدل در مورد این فناوری هنوز وجود دارد. برخی افراد تردید دارند که گونه های اصلاح شده ژنتیکی اثرات منفی بر سلامت انسان داشته باشند، اما هیچ مدرک علمی برای حمایت از این دیدگاه وجود ندارد.

در سال های اخیر، محققان ارتباطی بین سویه های اصلاح شده ژنتیکی و حافظه کشف کرده اند. در برخی موارد، اصلاح ژنتیکی می تواند حافظه حیوان را بهبود بخشد. به عنوان مثال، دانشمندان از فناوری تراریخته برای تنظیم ژن های خاص در سلول های موجودات خاص استفاده کرده اند تا این موجودات در هنگام انجام وظایف حافظه عملکرد بهتری داشته باشند.

علاوه بر این، محققان همچنین در تلاش برای ویرایش ژنی مغز برای افزایش هوش و توانایی های یادگیری انسان هستند. تصور می‌شود که برخی از ژن‌ها بر هوش و توانایی یادگیری افراد تأثیر می‌گذارند، بنابراین با ویرایش این ژن‌ها، می‌توان یک سیستم مغزی بهینه ایجاد کرد که حافظه و توانایی‌های یادگیری را بهبود می‌بخشد.

البته، اگرچه فناوری اصلاح شده ژنتیکی پتانسیل بهبود حافظه و هوش موجودات را دارد، اما تحقیقات هنوز در مراحل اولیه است و به داده های تجربی و تایید علمی بیشتری نیاز است. در عین حال، باید متوجه باشیم که هوش و حافظه انسان نیز تحت تأثیر عوامل زیادی مانند محیط، تحصیلات و ژنتیک است. بنابراین فناوری اصلاح شده ژنتیکی تنها راه حل مشکلات آموزشی و شناختی نیست.

به طور خلاصه، توسعه و به کارگیری فناوری اصلاح شده ژنتیکی برای بهبود کیفیت موجودات و افزایش کارایی تولید اهمیت زیادی دارد. ما نباید کورکورانه این فناوری را رد کنیم، بلکه باید بر اساس شواهد علمی به مزایا و معایب این فناوری نگاه منطقی و عینی داشته باشیم و از آن برای توسعه کشاورزی، پزشکی و حفاظت از محیط زیست استفاده کنیم. مشاهده می شود که ما نیاز به بهبود حافظه داریم و سیستانش دسرتیکولا می تواند حافظه را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد، زیرا گیاه سیستانچ دسرتیکولا دارای اثرات آنتی اکسیدانی، ضد التهابی و ضد پیری است که می تواند به کاهش اکسیداسیون و واکنش های التهابی در مغز کمک کند و در نتیجه از مغز محافظت کند. سلامت سیستم عصبی علاوه بر این، Cistanche deserticola همچنین می‌تواند رشد و ترمیم سلول‌های عصبی را افزایش داده و در نتیجه اتصال و عملکرد شبکه‌های عصبی را افزایش دهد. این اثرات می تواند به بهبود حافظه، یادگیری و سرعت تفکر کمک کند و همچنین ممکن است از ایجاد اختلالات شناختی و بیماری های عصبی جلوگیری کند.

برای بهبود حافظه کوتاه مدت، روی دانستن کلیک کنید

بسیاری از خطوط، از جمله محصولات جهش زایی ENU یا خطوط گزارشگر تراریخته، برای خرید در دسترس هستند و توسط ZIRC (مرکز منابع بین المللی Zebrafish) یا EZRC (مرکز منابع گورخرماهی اروپایی) مدیریت می شوند.

برای medaka، لطفاً از وب‌سایت NBRP medakaweb (https://shigen.nig.ac.jp/medaka/top/top.jsp؛ دسترسی به 30 نوامبر 2021) برای یافتن خطوط مختلف جهش یافته و تراریخته بازدید کنید.

علاوه بر این، NFIN (شبکه اطلاعاتی Nothobranchius furzeriInformation، https://www.nothobranchius.info/؛ دسترسی به 30 نوامبر 2021) اطلاعاتی در مورد روش های آزمایشگاهی و یک پایگاه داده ژنی فیروزه ماهی فیروزه ارائه می دهد.

4. سهولت مدیریت آزمایشگاهی و آزمایش با گورخرماهی، مداکا و فیروزه کیلیفیش

نورودژنراسیون پدیده‌ای است که با از دست دادن پیشرونده نورون‌ها مشخص می‌شود و بیماری آلزایمر، بیماری پارکینسون و اسکلروز جانبی آمیوتروفیک بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی اصلی در بین انسان‌ها هستند.

آنها بیماریهای پیشرونده با سیر بالینی مزمن نسبتاً آهسته هستند و مغز رسوب غیر طبیعی پروتئین را نشان می دهد. هر بیماری نورودژنراتیو از دست دادن نورونی نسبتاً انتخابی دارد. به عنوان مثال، نورون‌های دوپامینرژیک و سیستم عصبی خودمختار در بیماری پارکینسون آسیب‌پذیر هستند و سیستم نورون حرکتی به طور انتخابی در اسکلروز جانبی آمیوتروفیک از بین می‌رود [67].

اخیراً تحقیقات زیادی در مورد بیماری های تخریب کننده عصبی با استفاده از ویژگی های مفید ماهی های کوچک انجام شده است. برای تولید و تجزیه و تحلیل مدل‌های بیماری، می‌توان از درمان دارویی با مواد شیمیایی نوروتوکسیک، تزریق مستقیم پروتئین‌های غیرطبیعی، حذف ژن‌های مرتبط با بیماری، و حذف ژن‌های جهش‌یافته استفاده کرد.

برای مطالعات بیماری آلزایمر، گورخرماهی تراریخته تاو [68،69] و گورخرماهی با ریز تزریق مستقیم A گزارش شده است [70،71].

برای مطالعات اسکلروز جانبی آمیوتروفیک، مدل‌های گورخرماهی مربوط به TDP-43-، SOD1-یا C9orf72- برای تجزیه و تحلیل پاتوژنز و غربالگری داروهای جدید استفاده شده است [30،72-76]. در اینجا، ما در مورد بیماری پارکینسون بحث می کنیم. برای اطلاعات بیشتر در مورد سایر بیماری های عصبی، به بررسی های دیگر مراجعه کنید [77،78].

4.1. مدل های گورخرماهی و مداکا از بیماری پارکینسون
بیماری پارکینسون در افراد مسن شایع است و با اختلال حرکتی پیشرونده، از دست دادن نورون‌های دوپامینرژیک در جسم سیاه، اجسام گنجانده آلفا سینوکلئین مثبت به نام بادی‌های لویی مشخص می‌شود.

ما و دیگران از انواع ماهی های کوچک برای مطالعه پاتوژنز بیماری پارکینسون استفاده کرده ایم. سمومی مانند 1-متیل-4-فنیل-1، 2،3،6-تتراهیدروپیریدین (MPTP)، 6-هیدروکسی دوپامین ({{7}OHDA) و روتنون برای نورون های دوپامینرژیک در مدل های مختلف حیوانی سمی شناخته شده است.

MPTP یک نوروتوکسین است که علائم بیماری پارکینسون را در حیوانات مختلف از جمله انسان القا می کند. در سلول‌های گلیال به 1-متیل-4-فنیل پیریدینیم (MPP+) متابولیزه می‌شود و متعاقباً توسط نورون‌های دوپامینرژیک از طریق انتقال‌دهنده‌های دوپامین ترکیب می‌شود و فعالیت زنجیره تنفسی میتوکندری را مهار می‌کند. به دلیل این مسیر متابولیک، نورون های دوپامینرژیک به طور انتخابی آسیب می بینند [79،80].

MPTP همچنین علائم مشابه بیماری پارکینسون را در مداکا ایجاد می کند. نگهداری لارو مداکا در آب حاوی MPTP به سرعت باعث کاهش حرکت خود به خودی شنا و از بین رفتن نورون های دوپامینرژیک در دیانسفالون می شود [81].

قرار گرفتن در معرض MPTP نیز با استفاده از لارو گورخرماهی و بزرگسالان انجام شده است. این مطالعات اثر MPTP را بر حرکت و نورون‌های دوپامینرژیک نشان داده‌اند [82-87].

6-} OHDA را می توان با حمل و نقل Thedopamine برداشت ، و در نتیجه استرس اکسیداتیو و آسیب انتخابی به دوپامینرژیکنی ها. 6-هنگامی که OHDA مستقیماً در مایع مغزی نخاعی تجویز می‌شود، همچنین باعث از بین رفتن نورون‌های دوپامین و کاهش حرکات خود به خودی شنای inmedaka می‌شود [88].

تزریق 6-OHDA به دیانسفالون شکمی گورخرماهی بالغ با نگهداری لاروهای گورخرماهی در آب حاوی 6-OHDA می‌تواند باعث کاهش نورون‌های ایندوپامینرژیک و اختلال در حرکات شنا شود [89-92].

نگهداری لاروهای گورخرماهی در آب حاوی روتنون نیز باعث کاهش دوپامین و اختلال در حرکات شنا می شود [93،94]. سایر مواد شیمیایی، از جمله مهارکننده‌های پروتئازوم [88]، کلرید آمونیوم، یا تونیکامایسین [95]، می‌توانند باعث ایجاد فنوتیپ در ماهی‌های کوچک مانند بیماری پارکینسون شوند. این مدل های ناشی از سم می توانند برای تحقیقات بیماری پارکینسون و غربالگری دارویی مفید باشند.

در ادامه به معرفی مدل های ژنتیکی بیماری پارکینسون با استفاده از گورخرماهی و مداکا می پردازیم. شبیه سازی بیماری پارکینسون انسانی با دستکاری ژنتیکی در موش ها، که یکی از نمونه ترین حیوانات مدل است، به طرز شگفت آوری دشوار است.

به عنوان مثال، حتی در موش های سه گانه ناک اوت با پارکین، PINK1 و DJ{1}}، محصولات ژنی مسئول بیماری پارکینسون خانوادگی مغلوب اتوزومی، هیچ از دست دادن نورون دوپامینرژیک وجود ندارد [96].

مشابه موش ها، Medaka تک ناک اوت پارکین یا Pink1 از دست دادن سلول های دوپامینرژیک را نشان نمی دهد [97،98]. ما پارکین و پینک1 مداکای دو ناک اوت را تجزیه و تحلیل کردیم و دریافتیم که از دست دادن نورون‌های دوپامینرژیک رخ داده است که در ماهی‌های ناک اوت منفرد مشاهده نشد [98]. در مورد گورخرماهی، یک تخلیه Pink1 برای القای از دست دادن نورون‌های دوپامینرژیک کافی است [99-101].

مدل‌های گورخرماهی و مداکا ناک اوت DJ-1 نیز ایجاد شده‌اند که نیاز به ارزیابی‌های آسیب‌شناسی بیشتری دارند، اما برای تولید مدل‌های ماهی جدید بیماری پارکینسون امیدوارکننده هستند [102-105].

ATP13A2 یکی دیگر از محصولات ژنی است که مسئول پارکینسونیسم زودرس اتوزومال مغلوب است که با پاسخ دهی به لوودوپا، غزپالسی فوق هسته ای، علائم هرمی و زوال عقل مشخص می شود [106].

ما مداکای جهش یافته Atp13a2 را ایجاد کردیم که جهشی مشابه آنچه در بیماران انسانی مشاهده می شود را نشان می دهد و این ماهی از دست دادن نورون های دوپامینرژیک را با کاهش فعالیت کاتپسین D و تشکیل بدن گنجانده مانند اثر انگشت نشان می دهد [107].

گورخرماهی ناک اوت Atp13a2 نیز فنوتیپ‌های مشابهی را نشان می‌دهد [108]. GBA، که ژن عامل بیماری گوچر نیز است، یکی از ژن‌های پرخطر بیماری پارکینسون است و Gba ناک اوت medaka و گورخرماهی نه‌تنها دژنراسیون نوروفای دوپامینرژیک را نیز نشان می‌دهند. تجمع [109-111].

جهش های LRRK2 یک علت نسبتاً شایع بیماری پارکینسون خانوادگی غالب اتوزومی هستند و همچنین با بیماری پارکینسون ایدیوپاتیک مرتبط هستند [112,113]. در درک چنین بیماری اتوزومال غالب مشکل وجود دارد زیرا ممکن است مشخص نباشد که از دست دادن عملکرد طبیعی ژن یکی از دلایل اصلی فنوتیپ است یا اینکه افزایش عملکرد سمی می تواند بیماری را توضیح دهد.

چندین مدل گورخرماهی از Lrrk2 وجود داشته است، اما ما منتظر ارزیابی های بیشتر و یافته های سازگار خواهیم بود [114-117].

به این ترتیب، مدل‌های مختلفی از بیماری پارکینسون را می‌توان با درمان گورخرماهی یا مداکا با مواد شیمیایی یا با انجام اصلاح ژنتیکی ژنوم گورخر ماهی‌ماهی تولید کرد.

این مدل‌ها برای تجزیه و تحلیل عملکرد مولکول‌های مرتبط با بیماری پارکینسون در داخل بدن و درک پاتوفیزیولوژی بیماری پارکینسون انسانی بسیار مفید هستند.

علاوه بر این، قبلاً به طور گسترده در زمینه کشف دارو استفاده شده است. غربالگری با توان بالا با استفاده از ویژگی های گورخرماهی ترکیبات زیادی را با پتانسیل بهبود آسیب شناسی بیماری پارکینسون دریافت کرده است.

لطفاً به بررسی اخیر در مورد کشف دارو برای بیماری های عصبی عمده از جمله بیماری پارکینسون مراجعه کنید [77]. البته، یکی از محدودیت‌های استفاده از ماهی‌های کوچک به عنوان حیوانات مدل این است که می‌تواند بین ماهی‌ها و انسان‌ها اختلاف وجود داشته باشد.

همانطور که در مورد اکثر بیماری های انسانی، شروع بیماری توسط عوامل متعددی مانند افزایش سن، عوامل محیطی و اثرات ژنتیکی چند عاملی پیچیده می شود.

بنابراین، ما باید مدل‌های مختلف از جمله خطوط سلولی، ماهی‌های کوچک یا پستانداران را به دقت بررسی کنیم و بررسی نمونه‌های انسانی نیز مهم است. با رفت و برگشت بین مدل‌هایی مانند ماهی و نمونه‌های انسانی، می‌توانیم آسیب‌شناسی انسان را با اطمینان بیشتری درک کنیم.

4.2. فنوتیپ های بیماری پارکینسون ایدیوپاتیک که در ماهی فیروزه دیده می شود

در مرحله بعد، ما برای درک بیماری پارکینسون ایدیوپاتیک، که ارثی نیست و 90 تا 95 درصد از کل موارد بیماری پارکینسون را تشکیل می دهد، بر روی ماهی فیروزه تمرکز کردیم. فیروزکیلی ماهی یک گونه ماهی کوچک است که در برکه ها، مرداب ها و گودال های موزامبیک و سایر کشورها زندگی می کند [7].

زیستگاه آن دارای یک فصل خشک طولانی و یک فصل بارانی کوتاه است و در فصل خشک، آبی که ماهی فیروزه ای در آن زندگی می کند خشک می شود و ماهی بالغ نمی تواند زنده بماند.

با این حال، با اتخاذ تاریخچه حیاتی که در آن تخم‌های مقاوم به خشکی را در خاک تخم‌گذاری می‌کند، توانسته است به عنوان یک گونه زنده بماند که در طول فصل بارانی بعدی یا آینده از تخم بیرون می‌آیند.

در چنین چرخه زندگی، فشار انتخاب مثبت برای ضد پیری کار نمی کند [118]. به احتمال زیاد، ماهی کیلی فیروزه عمر کوتاهی دارد و فنوتیپ پیری را در مدت زمان بسیار کوتاهی از خود نشان می دهد.

به طور خاص، طول عمر فیروزه‌ماهی‌ها تقریباً چهار تا شش ماه است و در حدود سه ماهگی، نشانه‌های مختلفی از پیری از جمله آتروفی اندام، انحنای ستون فقرات و افزایش سطح بتا-گالاکتوزیداز مرتبط با پیری را نشان می‌دهند [119-121].

اگرچه بیماری پارکینسون به شدت با پیری در انسان مرتبط است، اما اکثر حیوانات آزمایشی ممکن است فنوتیپ بیماری کافی را در طول پیری نشان ندهند. ما دریافته‌ایم که ماهی فیروزه‌ای انحطاط نورون‌های دوپامینرژیک و نورآدرنرژیک و پیشرفت آسیب‌شناسی آلفا سینوکلئین با افزایش سن را نشان می‌دهد [122]. این فنوتیپ های پاتولوژیک مشابه آنهایی هستند که در بیماری پارکینسون انسان مشاهده می شود.

کاهش ژنتیکی آلفا سینوکلئین توسط سیستم CRISPR-Cas9 تخریب عصبی را بهبود می بخشد، و نشان می دهد که آلفا سینوکلئین عاملی در پاتوژنز بیماری پارکینسون نیست، بلکه یک پروتئین مسبب دژنراسیون عصبی است.

ماهی فیروزه ای این پتانسیل را دارد که مکانیسم های بیماری پارکینسون، به ویژه اکثر موارد بیماری پارکینسون ایدیوپاتیک را آشکار کند. این ماهی منحصر به فرد برای سایر اختلالات مرتبط با افزایش سن در مغز و سایر اندام ها نیز مفید خواهد بود.

For more information:1950477648nn@gmail.com