Zebrafish, Medaka și Turcoaz Killifish pentru înțelegerea tulburărilor neurodegenerative/de neurodezvoltare umane Partea 5

5. Tulburări de neurodezvoltare umană la peștii mici

Tulburările de neurodezvoltare umană sunt diagnosticate pe baza relației relative dintre comportamentul unei persoane și societate, cum ar fi caracteristicile de dezvoltare și dificultățile în viața socială, nu pe baza diagnosticului genetic sau a biomarkerilor precum scanările RMN [123].

Tulburările de neurodezvoltare se referă la anumite dificultăți sau obstacole în dezvoltarea sistemului nervos în timpul copilăriei, care afectează dezvoltarea fizică, cognitivă și comportamentală a copilului. Această boală este frecventă în rândul copiilor și mulți copii sunt afectați. Cu toate acestea, tulburările de neurodezvoltare nu înseamnă că copiii vor fi afectați de-a lungul vieții. Cu intervenția științifică și îngrijirea familiei, copiii pot crește și se pot dezvolta sănătos devenind adulți.

Memoria este una dintre abilitățile cognitive importante ale ființelor umane. Este o parte integrantă a vieții noastre de zi cu zi și a muncii noastre de studiu. Impactul tulburărilor de neurodezvoltare asupra memoriei se manifestă în principal în următoarele aspecte: În primul rând, tulburările de neurodezvoltare pot afecta capacitatea de învățare a copiilor. Deoarece dezvoltarea sistemului nervos este afectată, copilul poate avea dificultăți de limbaj și comunicare, ceea ce îi poate îngreuna înțelegerea cunoștințelor și a materialelor de învățare predate de profesor. În același timp, copiii pot avea lipsă de concentrare în timpul procesului de învățare și pot avea dificultăți de concentrare pe îndeplinirea sarcinilor, ceea ce le va afecta și memoria.

În al doilea rând, tulburările de neurodezvoltare pot afecta capacitatea copilului de a socializa și de a gestiona emoțiile. Acest lucru poate determina copiii să aibă dificultăți în interacțiunea cu semenii și în formarea de relații profunde cu ei. Această problemă de sănătate socială și emoțională poate duce la instabilitatea psihică a copilului, care poate afecta memoria.

Cu toate acestea, deși tulburările de neurodezvoltare au un anumit impact asupra memoriei, acest lucru nu înseamnă că copiii nu pot avea abilități bune de memorie. Cu intervenția științifică și îngrijirea familiei, copiii pot depăși treptat aceste dificultăți. Părinții își pot ajuta copiii să își stabilească obiceiuri bune de studiu în funcție de nevoile lor, să ofere îndrumări direcționate și să lucreze cu profesorii pentru a crea împreună un mediu bun pentru creșterea și dezvoltarea copiilor lor.

În plus, copiii care participă la unele activități sportive, activități muzicale etc. care sunt potrivite pentru ei pot beneficia și de dezvoltarea lor fizică și intelectuală. De asemenea, poate ajuta la întărirea abilităților lor sociale și emoționale, îmbunătățindu-le astfel memoria.

Pe scurt, tulburările de neurodezvoltare pot avea un anumit impact asupra memoriei copiilor, dar acest lucru nu afectează creșterea sănătoasă a copilului. Prin intervenția științifică și îngrijirea familiei, copiii pot depăși treptat obstacolele, pot dezvolta abilități bune de memorie și pot crește în talente utile. Se poate observa că trebuie să îmbunătățim memoria, iar Cistanche deserticola poate îmbunătăți semnificativ memoria, deoarece Cistanche deserticola poate regla și echilibrul neurotransmițătorilor, cum ar fi creșterea nivelului de acetilcolină și a factorilor de creștere. Aceste substanțe sunt foarte importante pentru memorie și învățare. În plus, Cistanche deserticola poate, de asemenea, să îmbunătățească fluxul sanguin și să promoveze livrarea de oxigen, ceea ce poate asigura că creierul primește suficiente nutrienți și energie, îmbunătățind astfel vitalitatea și rezistența creierului.

Faceți clic pe cunoașteți suplimentele pentru a îmbunătăți memoria

O limitare a utilizării peștilor mici pentru a studia tulburările de neurodezvoltare este că nu este probabil ca peștii mici să îndeplinească criteriile de diagnostic pentru acele tulburări de neurodezvoltare umane.

Deși este dificil să se aplice funcțiile complexe de ordin superior ale oamenilor la peștele-zebră, au existat rapoarte în ultimii ani conform cărora peștele-zebră poate fi folosit ca animal model pentru tulburările de neurodezvoltare prin aplicarea analizei comportamentale care imită răspunsurile sociale ale omului.

Mai mult, așa cum sa menționat deja, utilitatea peștilor mici în laborator ca animal model pentru tulburările de neurodezvoltare a condus la multe descoperiri interesante în ceea ce privește observațiile consistente de la scara celulară și moleculară până la analiza tisulară, de dezvoltare și comportamentală. Tulburarea spectrului autist ( ASD) este una dintre cele mai frecvente tulburări de neurodezvoltare.

Deși patogeneza TSA nu a fost stabilită, s-au acumulat rezultate din analiza genetică cuprinzătoare a pacienților cu TSA și a fost creată o bază de date a genelor de risc pentru apariția TSA. SFARI (https://gene.sfari.org/;accesat la 30 noiembrie 2021), o bază de date operată de Fundația Simon din Statele Unite, este disponibilă pentru referință. În prezent, există 1023 de gene înregistrate clasificate după intensitatea riscului.

Mai mult, factorii genetici au fost recunoscuți în patogeneza tulburării cu deficit de atenție/hiperactivitate (ADHD), iar în ultimii ani s-au acumulat constatări din meta-analizele analizelor de asociere la nivelul genomului [124–126]. Următorul este un rezumat al rapoartelor de cercetare care utilizează modele mutante de pește-zebra ale genelor despre care se crede că sunt asociate cu aceste tulburări de neurodezvoltare (Tabelul 2).

DYRK1A este o serină/treonin kinază care este esențială pentru dezvoltarea și funcționarea creierului, iar supraactivarea acestei proteine ​​este observată în sindromul Down [133]. În plus, DYRK1A aparține scorului 1 în baza de date SFARI și este considerată a fi o genă de risc extrem de relevantă pentru ASD. Kim şi colab. a generat și analizat Dyrk1aa knockoutzebrafish, un ortolog al DYRK1A.

Ei au arătat că peștii adulți knockout au prezentat microcefalie, analiza comportamentală a arătat că comportamentul de anxietate a fost redus prin testul nou-tanc, iar interacțiunea socială a fost afectată de testul de shoaling și testul de preferință socială.

Ei au ajuns la concluzia că aceasta a fost o schimbare de comportament asemănătoare cu autismul la pești [127]. În același mod, liniile knockout orthologue de pește zebra au fost generate pentru SHANK3 și NRXN2, care aparțin scorului 1 dintre genele de risc ASD din baza de date SFARI. SHANK3 este exprimat pe scară largă în creier și este implicat în principal în formarea de schele postsinaptice și neurotransmisie [134].

Liu și colab. a generat peștele zebră knockout Shank3b care a arătat interacțiuni sociale afectate prin analiza comportamentală și a raportat o expresie redusă a Homer1, o proteină care leagă SHANK, în creierul peștilor adulți [128]. NRXN2 este o proteină transmembranară care rezidă în terminalul presinaptic și este implicată în construcția insinapsei și mecanismele de eliberare a neurotransmițătorilor [135].

Șoarecii knockout NRXN2 au fost utilizați ca model pentru autism și s-au dovedit că prezintă un comportament asemănător anxietății în teste cum ar fi testul casetei de lumină/întuneric și testul labirint plus crescut [136]. Koh și colab. a generat peștele zebra knockout Nrxn2a și a constatat un comportament crescut de anxietate în noul test de acvariu, sugerând că schimbările comportamentale asemănătoare autismului apar și la peștele zebra [129].

PER1 este cunoscută ca o genă ceas, iar analiza de asociere la nivelul întregului genom a pacienților cu ADHD sugerează că această genă este o genă de risc pentru ADHD [124]. Huang şi colab. a creat peștele-zebră Per1bknockout și a arătat că tinerii erau hiperactivi, aveau o frecvență crescută de atac în testul de atac cu imaginea în oglindă și au fost salvați prin microinjecție de ARNm per1b.

Ei au arătat, de asemenea, că conținutul de dopamină a scăzut în creierul de pește zebră knockout Per1b și că fenotipul hiperactiv ar putea fi salvat de selegilină (inhibitor de monoaminooxidază B) sau metilfenidat (inhibitor de transportor de dopamină, tratament ADHD uman).

Ei au analizat, de asemenea, șoarecii knockout PER1. Similar cu modelul peștelui zebra, șoarecii PER1 knockout au prezentat hiperactivitate și scăderea conținutului de dopamină în probele de creier, sugerând posibilitatea ca anomaliile PER1 să fie implicate în anomaliile neuronale dopaminergice în ADHD [131]. Acest raport este destul de impresionant, deoarece sugerează un fenotip foarte conservat printre speciile de vertebrate, inclusiv caracteristicile comportamentale.

Pentru a rezuma modul în care caracteristicile comportamentale ale peștilor zebra exprimă simptomele tulburărilor de neurodezvoltare umană, „reactivitatea la anxietate” corespunde hipersensibilității senzoriale/privării senzoriale în tulburările din spectrul autismului, „lipsă de aglomerare”, dificultăți în comunicarea socială și interacțiuni interpersonale și „hiperactivitate și agresivitate”; fenotipurile pentru simptomele de hiperactivitate/impulsivitate în ADHD, pot fi evaluate în fiecare test.

Chiar dacă diferențele anatomice și fiziologice nu sunt clare într-un model de boală, dacă un anumit fenotip poate fi obținut prin analiză comportamentală, acesta ar putea fi folosit ca un reper pentru a evalua dacă o intervenție poate oferi salvare, cum ar fi screening-ul farmacologic cu randament ridicat [130– 132].

Ceea ce ar trebui luat în considerare cu atenție este interpretarea sa în analiza comportamentală. În timp ce analiza comportamentală a șoarecilor are o istorie lungă și a fost standardizată de mulți cercetători, analiza comportamentală a peștilor zebra este încă în faza de dezvoltare.

De exemplu, noul test al rezervorului urmărește comportamentul peștilor zebra după ce au fost transferați într-un nou rezervor și cumulează și procesează statistic cât timp au petrecut la ce adâncime a apei și cât de departe au călătorit. În acest test, peștii zebra petrec mai întâi timp ascunzându-se în fundul rezervorului și apoi își extind treptat gama de activități la suprafață.

Dacă se observă că peștele zebră petrec mai puțin timp în fundul rezervorului și încep imediat să se apropie de suprafață, acesta poate avea semnificații diferite, în funcție de faptul că este explicat ca „nu se simte anxios ușor” sau „hiperactivitate și impulsivitate”. A se vedea referințele pentru o listă de comportamente ale peștilor zebra [137], un rezumat al analizei comportamentale și limitările acesteia și contrastul cu analiza comportamentală la șoareci [138-140].

Analiza comportamentală analizează obiceiurile peștilor, dar este necesar să le luăm în considerare în mod critic atunci când le aplicăm la oameni. Ar fi mai convingător dacă tendințele fenotipurilor ar putea fi observate în mai multe teste, mai degrabă decât să se facă ipoteze bazate pe rezultatul unei singure analize comportamentale.

Pe lângă analiza comportamentală, sunt luate în considerare și alte tipuri de metode care pot evalua răspunsurile la stres; de exemplu, prin evaluarea nivelului de cortizol, care este unul dintre hormonii de stres [141–143].

Există încă multe aspecte necunoscute ale utilizării peștilor mici ca model pentru funcțiile superioare ale creierului uman și tulburările de neurodezvoltare umane și sperăm că se vor acumula cercetări în creștere.

În plus, peștii zebra sunt folosiți și în domeniul psihiatriei pentru a analiza schizofrenia și depresia. Este foarte interesant să vedem fenotipul peștelui zebra ca animal model pentru simptomele psihiatrice [144,145]. Chiar dacă câmpurile sunt diferite, peștii zebra sunt utilizați în moduri similare celor descrise în această revizuire. Pentru mai multe informații, consultați alte publicații excelente [139,146,147].

6. Concluzii

În această revizuire, am discutat despre caracteristicile peștilor zebra, medaka și turcoazekillifish în laborator și analiza efectivă a bolilor neurodegenerative și a tulburărilor de neurodezvoltare folosind acești pești mici. În analiza tulburărilor neurologice umane, peștii mici sunt animale model foarte bune și vor fi dezvoltați în continuare în viitor. În acest moment, trebuie să avem un sentiment de umilință față de animalele model mamifere. Chiar dacă la peștii mici sunt prezentate diferite rezultate experimentale, dacă același lucru poate fi arătat la șoareci, impactul poate fi mai mare la șoareci.

Pentru a demonstra semnificația și valoarea utilizării peștilor mici, se așteaptă ca proiectele de cercetare să profite de caracteristicile peștilor mici și de beneficiile acestora în laborator, așa cum este descris în această recenzie. În plus, nu ar trebui să uităm că ne uităm la nervii umani. sistem prin pești mici. S-ar putea să nu fie clar ce înseamnă modificările ARN-ului și proteinelor din peștii mici în contextul bolilor și tulburărilor umane dacă acordăm atenție doar peștilor mici.

Același lucru este valabil și pentru semnificația modificărilor morfologiei și funcțiilor fiziologice la nivel de organ și semnificația modificărilor comportamentelor obținute prin analiza comportamentală. Semnificația rezultatelor obținute de la peștii mici va deveni clar atunci când rezultatele vor fi legate la animale model mamifere, cum ar fi șoarecii, și apoi la analiza umană. Dacă se poate stabili o astfel de relație între peștii mici și alte mostre, acești pești pot deveni instrumente din ce în ce mai puternice și utile pentru rezolvarea tulburărilor neurologice umane.

Contribuții autor: HM și KK au scris manuscrisul. Toți autorii au citit și au fost de acord cu versiunea publicată a manuscrisului.

Finanțare: Această lucrare a fost susținută de granturi de la AMED (Numere de grant JP19gm6110028 și JP19dm0107154 (HM)), Fundația pentru știință Takeda (HM), JSPS KAKENHI (Numere de grant JP 14516799 (HM), JP 166907 (HM), JP 166907) (HM) și JP 166907) și JST [Moonshot R&D] [GrantNumber JPMJMS2024] (HM).

Declarația Comisiei de revizuire instituțională: Nu se aplică.

Declarație de consimțământ informat: Nu se aplică.

Declarație de disponibilitate a datelor: Datele și instrumentele descrise în acest manuscris sunt disponibile la cerere.

Mulțumiri: Mulțumim lui Shinano Kobayashi și Noriko Matsui pentru participarea la discuții utile și pentru sprijinul continuu. Îi mulțumim lui Ai Ito pentru munca ei la ilustrații.

Conflicte de interese: Autorii nu declară niciun conflict de interese.

Referințe

1. Delomas, TA; Dabrowski, K. Creșterea larvelor de pește zebra la temperaturi suboptimale. J. Therm. Biol. 2018, 74, 170–173. [CrossRef]

2. Shima, A.; Mitani, H. Medaka ca organism de cercetare: Trecut, prezent și viitor. Mech. Dev. 2004, 121, 599–604. [CrossRef]

3. Kirchmaier, S.; Naruse, K.; Wittbrodt, J.; Loosli, F. Cutia de instrumente genomice și genetice a teleostei medaka (Oryzias latipes). Genetics2015, 199, 905–918. [CrossRef]

4. Reichard, M.; Polacik, M.; Sedlácek, O. Distribuția, polimorfismul culorii și utilizarea habitatului peștelui african Nothobranchiusfurzeri, vertebrata cu cea mai scurtă durată de viață. J. Peşte. Biol. 2009, 74, 198–212. [CrossRef]

5. Dodzian, J.; Kean, S.; Seidel, J.; Valenzano, DR A Protocol for Laboratory Housing of Turquoise Killifish (Nothbranchius furzeri).J. Vis. Exp. 2018, 134, 57073. [CrossRef]

6. Valenzano, DR; Benayoun, BA; Singh, PP; Zhang, E.; Etter, PD; Hu, CK; Clément-Ziza, M.; Willemsen, D.; Cui, R.; Harel, I.;et al. Genomul african Turquoise Killifish oferă perspective asupra evoluției și arhitecturii genetice a duratei de viață. Celula 2015,163, 1539–1554. [CrossRef]

7. Poeschla, M.; Valenzano, DR Turcoazul killifish: un model manevrabil genetic pentru studiul îmbătrânirii. J. Exp. Biol. 2020, 223(Supl. 1), jeb209296. [CrossRef]

8. Lowery, LA; Sive, H. Formarea inițială a ventriculilor creierului de pește zebra are loc independent de circulație și necesită produsele genei nagie oko și snakehead/atp1a1a.1. Dezvoltare 2005, 132, 2057–2067. [CrossRef]

9. Holzschuh, J.; Ryu, S.; Aberger, F.; Driever, expresia transportorului de dopamină W. distinge neuronii dopaminergici de alți neuroni catecolaminergici din embrionul de pește zebra în curs de dezvoltare. Mech. Dev. 2001, 101, 237–243. [CrossRef]

10. Tay, TL; Ronneberger, O.; Ryu, S.; Nitschke, R.; Driever, W. Analiza cuprinzătoare de proiecție catecolaminergică dezvăluie integrarea unui singur neuron a sistemelor dopaminergice ascendente și descendente ale peștilor zebra. Nat. comun. 2011, 2, 171. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com