דג זברה, מדקה ו-Turquoise Killifish להבנת הפרעות נוירודגנרטיביות/נוירו-התפתחותיות של האדם חלק 4
Mar 28, 2024
עבור דג הזברה, ל-ZFIN (רשת מידע זברה, https://zfin.org/; נגישה ב-30 בנובמבר 2021) יש מסד נתונים של גנים של דג הזברה, שיצרו קווים טרנסגניים ומוטנטיות.
עם ההתפתחות המתמשכת של המדע והטכנולוגיה, הפכה טכנולוגיה מהונדסת גנטית לאחד הכלים החשובים בייצור חקלאי מודרני. על ידי שינוי החומר הגנטי של צמחים או בעלי חיים, ניתן ליצור זנים מעולים יותר נרכשים עבור בני אדם, ובכך לפתור בעיות כמו מחסור במזון ותת תזונה. עם זאת, בחברה, מחלוקת לגבי טכנולוגיה זו עדיין קיימת. יש אנשים שמפקפקים בכך שלזנים שעברו שינוי גנטי יהיו השפעות שליליות על בריאות האדם, אך אין הוכחות מדעיות התומכות בדעה זו.
בשנים האחרונות גילו חוקרים קשר בין זנים מהונדסים גנטית לבין זיכרון. במקרים מסוימים, שינוי גנטי יכול לשפר את הזיכרון של בעל חיים. לדוגמה, מדענים השתמשו בטכנולוגיה מהונדסת כדי להתאים גנים ספציפיים בתאים של אורגניזמים מסוימים, כך שאורגניזמים אלו מבצעים ביצועים טובים יותר בעת ביצוע משימות זיכרון.
בנוסף, חוקרים מנסים גם לערוך גנטי את המוח כדי לשפר את האינטליגנציה האנושית ויכולות הלמידה. גנים מסוימים נחשבים כמשפיעים על האינטליגנציה ויכולת הלמידה של האדם, ולכן על ידי עריכת גנים אלה, ניתן ליצור מערכת מוח אופטימלית המקדמת שיפור בזיכרון ויכולות למידה.
כמובן, למרות שלטכנולוגיה מהונדסת גנטית יש פוטנציאל לשפר את הזיכרון והאינטליגנציה של אורגניזמים, המחקר עדיין בשלביו המקדימים ויש צורך בנתונים ניסיוניים נוספים ואימות מדעי. יחד עם זאת, עלינו להבין שגם האינטליגנציה והזיכרון האנושיים מושפעים מגורמים רבים, כמו סביבה, חינוך וגנטיקה. לכן, טכנולוגיה מהונדסת גנטית אינה הדרך היחידה לפתור בעיות חינוך וקוגניטיביות.
בקיצור, לפיתוח ויישום של טכנולוגיה מהונדסת גנטית יש משמעות רבה לשיפור איכות האורגניזמים ולהגברת יעילות הייצור. אל לנו לדחות טכנולוגיה זו באופן עיוור, אלא עלינו להסתכל על היתרונות והחסרונות של הטכנולוגיה הזו באופן רציונלי ואובייקטיבי בהתבסס על ראיות מדעיות, ולהשתמש בה כדי לקדם את פיתוח החקלאות, הרפואה והגנת הסביבה. ניתן לראות שאנו צריכים לשפר את הזיכרון, ו-Cistanche deserticola יכולה לשפר משמעותית את הזיכרון, מכיוון של-Cistanche deserticola יש השפעות נוגדות חמצון, אנטי דלקתיות ואנטי-אייג'ינג, שיכולות לסייע בהפחתת חמצון ותגובות דלקתיות במוח, ובכך להגן על בריאות מערכת העצבים. בנוסף, Cistanche deserticola יכול גם לקדם צמיחה ותיקון של תאי עצב, ובכך לשפר את הקישוריות והתפקוד של רשתות עצביות. השפעות אלו יכולות לעזור לשפר את מהירות הזיכרון, הלמידה והחשיבה, ועשויות גם למנוע התפתחות של הפרעות בתפקוד קוגניטיבי ומחלות ניווניות.
לחץ על Know כדי לשפר את הזיכרון לטווח קצר
קווים רבים, כולל מוצרי ENU mutagenesis או קווי כתב טרנסגניים, זמינים לרכישה ומנוהלים על ידי ZIRC (Zebrfish International Resource Center) או EZRC (European Zebrfish Resource Center).
ל-medaka, אנא בקר באתר NBRP medaka (https://shigen.nig.ac.jp/medaka/top/top.jsp; נגיש ב-30 בנובמבר 2021) כדי לחפש קווים מוטנטים ומהונדסים שונים.
בנוסף, NFIN (The Nothobranchius furzeriInformation Network, https://www.nothobranchius.info/; נגישה ב-30 בנובמבר 2021) מספקת מידע על נהלי מעבדה ומסד נתונים של גנים של דג טורקיז.
4. קלות ניהול מעבדה וניסויים עם דג זברה, מדקה וטורקיז קילפיש
ניוון עצבי היא תופעה המאופיינת באובדן מתקדם של נוירונים ומחלת אלצהיימר, מחלת פרקינסון וטרשת צדדית אמיוטרופית הן המחלות הנוירודגנרטיביות העיקריות בקרב בני אדם.
הן מחלות פרוגרסיביות עם מהלך קליני כרוני איטי יחסית, והמוחים מראים שקיעת חלבון לא תקינה. לכל מחלה נוירודגנרטיבית יש אובדן נוירוני סלקטיבי יחסית; לדוגמה, נוירונים דופמינרגיים ומערכת העצבים האוטונומית פגיעים במחלת פרקינסון, ומערכת הנוירונים המוטורית אובדת באופן סלקטיבי בטרשת צידית אמיוטרופית [67].
לאחרונה, היה מחקר רב על מחלות ניווניות עצביות תוך שימוש בתכונות המועילות של דגים קטנים. כדי ליצור ולנתח מודלים של מחלות, ניתן להשתמש בטיפול תרופתי עם כימיקלים נוירוטוקסיים, הזרקת מיקרו ישירה של חלבונים לא תקינים, נוק-אאוט של גנים הקשורים למחלה, ונוק-אין של גנים שעברו מוטציה.
עבור מחקרים על מחלת אלצהיימר, דווח על דג זברה מהונדס טאו [68,69] ודגי זברה עם הזרקת מיקרו ישירה של A [70,71].
עבור מחקרי טרשת צדדית אמיוטרופית, נעשה שימוש במודלים של דג זברה הקשורים ל-TDP-43-, SOD1-או C9orf72- כדי לנתח את הפתוגנזה ולסקר לתרופות חדשות [30,72-76]. כאן, אנו דנים במחלת פרקינסון; למידע נוסף על מחלות ניווניות אחרות, ראה ביקורות אחרות [77,78].
4.1. דגמי זברה ומדאקה למחלת פרקינסון
מחלת פרקינסון שכיחה בקרב קשישים והיא מאופיינת בהפרעה מוטורית מתקדמת, אובדן של נוירונים דופמינרגיים ב-substantia nigra, גופי הכללה חיוביים של אנדאלפא-סינוקלאין הנקראים גופי Lewy.
אנחנו ואחרים השתמשנו במגוון דגים קטנים כדי לחקור את הפתוגנזה של מחלת פרקינסון. רעלנים כגון 1-מתיל-4-פניל-1,2,3,6-טטרה-הידרופירידין (MPTP), 6-הידרוקסידופמין (6-OHDA) ו ידוע כי רוטנון רעיל לנוירונים דופמינרגיים במודלים שונים של בעלי חיים.
MPTP הוא נוירוטוקסין הגורם לתסמינים דמויי מחלת פרקינסון בבעלי חיים שונים, כולל בני אדם. הוא עובר מטבוליזם ל-1-מתיל-4-פנילפירידיניום (MPP+) בתאי גליה, ולאחר מכן הוא משולב על ידי נוירונים דופמינרגיים באמצעות טרנספורטרים של דופמין ומעכב את פעילות שרשרת הנשימה המיטוכונדריאלית. בשל מסלול מטבולי זה, נוירונים דופמינרגיים נפגעים באופן סלקטיבי [79,80].
MPTP גם גורם לתסמינים דמויי מחלת פרקינסון ב-medaka. שמירת זחלי מדקה במים המכילים MPTP גורמת במהירות להפחתה בתנועת שחייה ספונטנית ואובדן נוירונים דופמינרגיים בדיזנפלון [81].
חשיפת MPTP בוצעה גם באמצעות זחלי דג זברה ומבוגרים. מחקרים אלה הוכיחו את ההשפעה של MPTP על תנועה ונוירונים דופמינרגיים [82-87].
6-OHDA יכול להיקלט על ידי הטרנספורטר של דופמין, וכתוצאה מכך לעקה חמצונית ולנזק סלקטיבי לדופמינרגיים נוירונים. 6-OHDA, כאשר ניתנת ישירות לנוזל השדרה, גורם גם לאובדן נוירוני דופמין וירידה בתנועות השחייה הספונטניות אינמדקה [88].
הזרקת 6-OHDA לדיאנצפלון הגחון של דג זברה בוגר על ידי שמירת זחלי דג הזברה במים המכילים 6-OHDA עלולה לגרום להפחתה של נוירונים אינדופמינרגיים ולפגיעה בתנועות השחייה [89-92].
שמירה על דג הזברה במים המכילים רוטנון גורמת גם להפחתה בדופמין ולפגיעה בתנועות השחייה [93,94]. כימיקלים אחרים, כולל מעכבי פרוטאזום [88], אמוניום כלוריד או טוניקמיצין [95], יכולים לגרום לפנוטיפ דמוי מחלת פרקינסון בדגים קטנים. מודלים אלה המושרים על רעלנים יכולים להיות שימושיים עבור מחקר מחלת פרקינסון ובדיקת תרופות.
לאחר מכן, נציג מודלים גנטיים של מחלת פרקינסון באמצעות דג זברה ו-medaka. קשה באופן מפתיע לדמות מחלת פרקינסון אנושית על ידי מניפולציה גנטית בעכברים, שהיא אחת מחיות המודל המייצגות ביותר.
לדוגמה, אפילו בעכברי נוקאאוט משולש עם פרקין, PINK1 ו-DJ-1, תוצרי הגנים האחראים על מחלת פרקינסון משפחתית אוטוזומלית רצסיבית, אין אובדן נוירונים דופמינרגי [96].
בדומה לעכברים, Parkin או Pink1 נוקאאוט יחיד אינו מראה אובדן דופמינרגיים [97,98]. ניתחנו את Medaka הנוקאאוט הכפול של פרקין ו-Pink1 ומצאנו שאובדן נוירונים דופמינרגיים התרחש, שלא נצפה בדג נוקאאוט בודד [98]. במקרה של דג הזברה, דלדול בודד של Pink1 מספיק כדי לגרום לאובדן של נוירונים דופמינרגיים [99-101].
נוצרו גם דגמי דג זברה ונוקאאוט של DJ-1, שזקוקים להערכות פתולוגיות נוספות אך מבטיחים לייצור דגמי דגים חדשים של מחלת פרקינסון [102-105].
ATP13A2 הוא תוצר גנטי נוסף שאחראי לפרקינסוניזם אוטוזומלי רצסיבי מוקדם, המאופיין בהיענות לבודופה, גאזפלזיה על-גרעינית, סימנים פירמידליים ודמנציה [106].
יצרנו Atp13a2 mutant medaka, המציגה מוטציה דומה לזו שנראתה בחולים אנושיים, והדג הזה מראה אובדן של נוירונים דופמינרגיים עם ירידה בפעילות cathepsin D ויצירת גוף הכללה דמוי טביעת אצבע [107].
גם דג הזברה נוקאאוט Atp13a2 מראים פנוטיפים דומים [108]. GBA, שהוא גם הגן הסיבתי של מחלת גושה, הוא אחד הגנים בסיכון גבוה למחלת פרקינסון, ו-Gba נוקאאוט מדקה ודגי הזברה מציגים לא רק ניוון אל-נוירופי-דופמינרגי אלא גם ניוון אל-דופמינרגי. הצטברות [109–111].
מוטציות LRRK2 הן גורם שכיח יחסית למחלת פרקינסון משפחתית אוטוזומלית דומיננטית והן קשורות גם למחלת פרקינסון אידיופטית [112,113]. קיימת קושי בהבנת מחלה אוטוזומלית דומיננטית כזו, כי ייתכן שלא ברור אם אובדן התפקוד התקין של הגן הוא הגורם העיקרי לפנוטיפ או שמא רווח בתפקוד רעיל יכול להסביר את המחלה.
היו מספר דגמי זברה של Lrrk2, אך אנו נחכה להערכות נוספות ולממצאים עקביים [114-117].
בדרך זו, ניתן ליצור מודלים שונים של מחלת פרקינסון על ידי טיפול בדג זברה או מדקה בכימיקלים או על ידי ביצוע שינוי גנטי של גנום מדקה דג הזברה.
מודלים אלה שימושיים מאוד כדי לנתח את הפונקציה של מולקולות הקשורות למחלת פרקינסון in vivo ולהבין את הפתופיזיולוגיה של מחלת פרקינסון האנושית.
יתר על כן, הוא כבר נמצא בשימוש נרחב בתחום גילוי התרופות. בדיקת תפוקה גבוהה תוך שימוש במאפיינים של דג הזברה קלטה תרכובות רבות עם פוטנציאל לשפר את הפתולוגיה של מחלת פרקינסון.
אנא עיין בסקירה האחרונה על גילוי תרופות למחלות ניווניות עיקריות, כולל מחלת פרקינסון [77]. כמובן, מגבלה אחת של שימוש בדגים קטנים בתור חיות מודל היא שיכולה להיות אי התאמה בין דגים לבני אדם.
כפי שקורה לרוב מחלות אנושיות, הופעת המחלה מסובכת על ידי מספר גורמים, כגון הזדקנות, גורמים סביבתיים והשפעות גנטיות רב-גורמיות.
לכן, עלינו לבחון היטב מודלים שונים כולל קווי תאים, דגים קטנים או יונקים וחשוב גם לחקור דגימות אנושיות. על ידי מעבר הלוך ושוב בין דגמים כמו דגים ודגימות אנושיות, נוכל להבין את הפתולוגיה האנושית בצורה אמינה יותר.
4.2. פנוטיפים של מחלת פרקינסון אידיופטיים הנראים ב-Turquoise Killifish
לאחר מכן, התמקדנו ב-killifish בצבע טורקיז כדי להבין את מחלת פרקינסון אידיופטית, שאינה תורשתית ומהווה 90-95% ממקרי מחלת פרקינסון. דג טורקיז הוא זן דגים קטן שחי בבריכות, ביצות ושלוליות במוזמביק ובמדינות אחרות [7].
לבית הגידול שלו יש עונה יבשה ארוכה ועונה גשומה קצרה, ובעונה היבשה, המים שבהם חי דג הטורקיז מתייבשים והדגים הבוגרים לא יכולים לשרוד.
עם זאת, הוא הצליח לשרוד כמין על ידי אימוץ היסטוריית חיים שבה הוא משריץ באדמה ביצים עמידות לבצורת, אשר בוקעות במהלך העונה הגשומה הבאה או העתידית.
במחזור חיים כזה, לחץ בחירה חיובית לאנטי אייג'ינג לא עובד [118]. ככל הנראה, לקיליף בצבע טורקיז יש תוחלת חיים קצרה ומפגינים פנוטיפ מזדקן בתקופה קצרה מאוד.
באופן ספציפי, תוחלת החיים של דגי טורקיז היא כארבעה עד שישה חודשים, ובסביבות גיל שלושה חודשים, הם מציגים סימני הזדקנות שונים, כולל ניוון איברים, עקמומיות בעמוד השדרה ורמות מוגברות של בטא-גלקטוזידאז הקשורות להזדקנות [119-121].
למרות שמחלת פרקינסון קשורה מאוד להזדקנות בבני אדם, רוב חיות הניסוי עשויות שלא להציג פנוטיפ מחלה מספיק במהלך ההזדקנות. מצאנו ש-Turkiz killifishex מעכב ניוון של נוירונים דופמינרגיים ונוראדרנרגיים ואת התקדמות הפתולוגיה של אלפא-סינוקלאין עם ההזדקנות [122]. פנוטיפים פתולוגיים אלו דומים לאלה שנצפו במחלת פרקינסון אנושית.
דלדול גנטי של אלפא-סינוקלאין על ידי מערכת CRISPR-Cas9 משפר את ניוון העצבים, מה שמרמז שאלפא-סינוקלאין אינו צופה מהצד בפתוגנזה של מחלת פרקינסון, אלא הוא חלבון סיבתי של ניוון עצבי.
לדג הטורקיז יש פוטנציאל לחשוף את המנגנונים של מחלת פרקינסון, במיוחד את רוב המקרים של מחלת פרקינסון אידיופטית. דג ייחודי זה יהיה שימושי גם להפרעות אחרות הקשורות לגיל במוח ובאיברים אחרים.
For more information:1950477648nn@gmail.com
