Ikan Zebra, Medaka Dan Turquoise Killifish Untuk Memahami Gangguan Neurodegeneratif/Saraf Manusia Bahagian 5

5. Gangguan Neurodevelopmental Manusia dalam Ikan Kecil

Gangguan perkembangan saraf manusia didiagnosis berdasarkan hubungan relatif antara tingkah laku seseorang dan masyarakat, seperti ciri-ciri perkembangan dan kesukaran dalam kehidupan sosial, bukan berdasarkan diagnosis genetik atau biomarker seperti imbasan MRI [123].

Gangguan neurodevelopmental merujuk kepada kesukaran atau halangan tertentu dalam perkembangan sistem saraf semasa kanak-kanak, yang menjejaskan perkembangan fizikal, kognitif dan tingkah laku kanak-kanak. Penyakit ini adalah biasa di kalangan kanak-kanak dan ramai kanak-kanak terjejas. Walau bagaimanapun, gangguan perkembangan saraf tidak bermakna kanak-kanak akan terjejas sepanjang hayat mereka. Dengan campur tangan saintifik dan penjagaan keluarga, kanak-kanak boleh membesar dan berkembang dengan sihat menjadi dewasa.

Ingatan adalah salah satu kebolehan kognitif yang penting bagi manusia. Ia adalah sebahagian daripada kehidupan harian dan kerja belajar kita. Kesan gangguan perkembangan saraf pada ingatan terutamanya ditunjukkan dalam aspek berikut: Pertama, gangguan perkembangan saraf boleh menjejaskan keupayaan pembelajaran kanak-kanak. Kerana perkembangan sistem saraf terjejas, kanak-kanak mungkin mengalami masalah bahasa dan komunikasi, yang boleh menyukarkan kanak-kanak untuk memahami pengetahuan dan bahan pembelajaran yang diajar oleh guru. Pada masa yang sama, kanak-kanak mungkin kurang tumpuan semasa proses pembelajaran dan mengalami kesukaran untuk menumpukan perhatian dalam menyiapkan tugasan, yang juga akan menjejaskan daya ingatan mereka.

Kedua, gangguan perkembangan saraf boleh menjejaskan keupayaan kanak-kanak untuk bersosial dan mengurus emosi. Ini boleh menyebabkan kanak-kanak mengalami kesukaran untuk berinteraksi dengan rakan sebaya dan membentuk hubungan yang mendalam dengan mereka. Masalah kesihatan sosial dan emosi ini boleh menyebabkan ketidakstabilan mental kanak-kanak, yang boleh menjejaskan ingatan.

Walau bagaimanapun, walaupun gangguan perkembangan saraf mempunyai sedikit kesan ke atas ingatan, ini tidak bermakna kanak-kanak tidak boleh mempunyai kemahiran ingatan yang baik. Dengan campur tangan saintifik dan penjagaan keluarga, kanak-kanak secara beransur-ansur dapat mengatasi kesukaran ini. Ibu bapa boleh membantu anak-anak mereka mewujudkan tabiat belajar yang baik mengikut keperluan mereka, menyediakan tunjuk ajar yang disasarkan, dan bekerjasama dengan guru untuk bersama-sama mewujudkan persekitaran yang baik untuk pertumbuhan dan perkembangan anak-anak mereka.

Selain itu, kanak-kanak yang menyertai beberapa aktiviti sukan, aktiviti muzik dan lain-lain yang sesuai untuk mereka juga boleh memberi manfaat kepada perkembangan fizikal dan intelek mereka. Ia juga boleh membantu menguatkan kebolehan sosial dan emosi mereka, dengan itu meningkatkan daya ingatan mereka.

Ringkasnya, gangguan perkembangan saraf mungkin mempunyai kesan tertentu terhadap ingatan kanak-kanak, tetapi ini tidak menjejaskan pertumbuhan sihat kanak-kanak. Melalui campur tangan saintifik dan penjagaan keluarga, kanak-kanak secara beransur-ansur dapat mengatasi halangan, mengembangkan kemahiran ingatan yang baik, dan berkembang menjadi bakat yang berguna. Ia boleh dilihat bahawa kita perlu meningkatkan ingatan, dan Cistanche deserticola boleh meningkatkan memori dengan ketara, kerana Cistanche deserticola juga boleh mengawal keseimbangan neurotransmitter, seperti meningkatkan tahap asetilkolin dan faktor pertumbuhan. Bahan-bahan ini sangat penting untuk ingatan dan pembelajaran. Selain itu, Cistanche deserticola juga boleh meningkatkan aliran darah dan menggalakkan penghantaran oksigen, yang dapat memastikan otak menerima nutrien dan tenaga yang mencukupi, seterusnya meningkatkan daya hidup dan daya tahan otak.

Klik tahu suplemen untuk meningkatkan ingatan

Satu had penggunaan ikan kecil untuk mengkaji gangguan perkembangan saraf adalah tidak mungkin ikan kecil akan memenuhi kriteria diagnostik untuk gangguan perkembangan saraf manusia tersebut.

Walaupun sukar untuk menggunakan fungsi peringkat tinggi manusia yang kompleks kepada ikan zebra, terdapat laporan dalam beberapa tahun kebelakangan ini bahawa ikan zebra boleh digunakan sebagai haiwan model untuk gangguan perkembangan saraf dengan menggunakan analisis tingkah laku yang meniru tindak balas sosial manusia.

Tambahan pula, seperti yang telah disebutkan, kegunaan ikan kecil di makmal sebagai haiwan model untuk gangguan perkembangan saraf telah menyebabkan banyak penemuan menarik dari segi pemerhatian yang konsisten daripada skala selular dan molekul kepada analisis tisu, perkembangan dan tingkah laku. Gangguan spektrum autisme ( ASD) adalah salah satu daripada gangguan perkembangan saraf yang paling biasa.

Walaupun patogenesis ASD belum ditubuhkan, penemuan daripada analisis genetik komprehensif pesakit dengan ASD telah terkumpul, dan pangkalan data gen risiko untuk permulaan ASD telah dicipta. SFARI (https://gene.sfari.org/; diakses pada 30 November 2021), pangkalan data yang dikendalikan oleh Yayasan Simon di Amerika Syarikat, tersedia untuk rujukan. Pada masa ini terdapat 1023 gen berdaftar yang diklasifikasikan mengikut intensiti risiko.

Selain itu, faktor genetik telah diiktiraf dalam patogenesis gangguan kekurangan perhatian/hiperaktif (ADHD), dan dalam beberapa tahun kebelakangan ini, penemuan daripada meta-analisis analisis persatuan seluruh genom telah terkumpul [124-126]. Berikut ialah ringkasan laporan penyelidikan menggunakan model gen mutan ikan zebra yang dianggap dikaitkan dengan gangguan perkembangan saraf ini (Jadual 2).

DYRK1A ialah kinase serine/threonine yang penting untuk perkembangan dan fungsi otak, dan pengaktifan berlebihan protein ini diperhatikan dalam sindrom Down [133]. Selain itu, DYRK1A tergolong dalam skor 1 dalam pangkalan data SFARI dan dianggap sebagai gen risiko yang sangat relevan untuk ASD. Kim et al. menjana dan menganalisis Dyrk1aa knockoutzebrafish, ortolog DYRK1A.

Mereka menunjukkan bahawa ikan kalah mati dewasa menunjukkan microcephaly, analisis tingkah laku menunjukkan bahawa tingkah laku kebimbangan dikurangkan oleh ujian tangki novel, dan interaksi sosial terjejas oleh ujian shoaling dan ujian keutamaan sosial.

Mereka membuat kesimpulan bahawa ini adalah perubahan tingkah laku seperti autistik pada ikan [127]. Dengan cara yang sama, garis kalah mati orthologue zebrafish telah dijana untuk SHANK3 danNRXN2, yang tergolong dalam skor 1 gen risiko ASD dalam pangkalan data SFARI. SHANK3 secara meluas dinyatakan dalam otak dan terutamanya terlibat dalam pembentukan postsynapticscaffolds dan neurotransmisi [134].

Liu et al. menghasilkan ikan zebra kalah mati Shank3b yang menunjukkan interaksi sosial terjejas oleh analisis tingkah laku dan melaporkan pengurangan ekspresi Homer1, protein pengikat SHANK, dalam otak ikan dewasa [128]. NRXN2 ialah protein transmembran yang berada di terminal presinaptik dan terlibat dalam pembinaan insynaps dan mekanisme pelepasan neurotransmitter [135].

Tikus kalah mati NRXN2 telah digunakan sebagai model untuk autisme dan telah ditunjukkan untuk menunjukkan peningkatan tingkah laku seperti kebimbangan dalam ujian seperti ujian kotak terang/gelap dan ujian tambah tinggi [136]. Koh et al. menjana ikan zebra kalah mati Nrxn2a dan mendapati peningkatan tingkah laku seperti kebimbangan dalam ujian tangki novel, menunjukkan bahawa perubahan tingkah laku seperti autisme juga berlaku pada ikan zebra [129].

PER1 dikenali sebagai gen jam, dan analisis persatuan seluruh genom pesakit ADHD menunjukkan bahawa gen ini adalah gen risiko untuk ADHD [124]. Huang et al. mencipta ikan zebra Per1bknockout dan menunjukkan bahawa juvana adalah hiperaktif, telah meningkatkan kekerapan serangan dalam ujian serangan imej cermin, dan diselamatkan dengan suntikan mikro mRNA per1b.

Mereka juga menunjukkan bahawa kandungan dopamin telah berkurangan dalam Per1b knockout zebrafishbrains dan bahawa fenotip yang terlalu aktif boleh diselamatkan oleh selegiline (monoamineoxidase B inhibitor) atau methylphenidate (inhibitor pengangkut dopamin, rawatan ADHD manusia).

Mereka juga menganalisis tikus kalah mati PER1. Sama seperti model ikan zebra, tikus PER1 knockout menunjukkan hiperaktif dan penurunan kandungan dopamin dalam sampel otak, menunjukkan kemungkinan keabnormalan PER1 mungkin terlibat dalam neuralabnormaliti dopaminergik dalam ADHD [131]. Laporan ini agak mengagumkan kerana ia menunjukkan fenotip yang sangat terpelihara di kalangan spesies vertebrata, termasuk ciri-ciri tingkah laku.

Untuk meringkaskan bagaimana ciri-ciri tingkah laku ikan zebra menyatakan simptom gangguan perkembangan saraf manusia, "reaktiviti terhadap kebimbangan" sepadan dengan hipersensitiviti deria/kekurangan deria dalam gangguan spektrum autisme, "kekurangan kesesakan" sebagai kesukaran dalam komunikasi sosial dan interaksi interpersonal dan "hiperaktif dan pencerobohan" sebagai fenotip untuk gejala hiperaktif/impulsif dalam ADHD, boleh dinilai dalam setiap ujian.

Walaupun perbezaan anatomi dan fisiologi tidak jelas dalam model penyakit, jika beberapa fenotip boleh diperolehi melalui analisis tingkah laku, ia mungkin digunakan sebagai tonggak untuk menilai sama ada beberapa campur tangan boleh memberikan penyelamatan, seperti saringan farmakologi tinggi pemprosesan [130- 132].

Apa yang perlu dipertimbangkan dengan teliti ialah tafsirannya dalam analisis tingkah laku. Walaupun analisis tingkah laku tikus mempunyai sejarah yang panjang dan telah diseragamkan oleh ramai penyelidik, analisis tingkah laku ikan zebra masih dalam fasa pembangunannya.

Sebagai contoh, ujian tangki baru menjejaki kelakuan ikan zebra selepas ia dipindahkan ke tangki baharu dan mengagregat dan memproses secara statistik berapa banyak masa yang mereka habiskan pada kedalaman air dan sejauh mana mereka mengembara. Dalam ujian ini, ikan zebra mula-mula menghabiskan masa bersembunyi di bahagian bawah tangki dan kemudian secara beransur-ansur mengembangkan rangkaian aktiviti mereka ke permukaan.

Jika diperhatikan bahawa ikan zebra menghabiskan lebih sedikit masa di bahagian bawah tangki dan serta-merta mula bergerak lebih dekat ke permukaan, ia mungkin mempunyai makna yang berbeza bergantung kepada sama ada ia dijelaskan sebagai "tidak mudah berasa cemas" atau "hiperaktif dan impulsif". Lihat rujukan untuk senarai tingkah laku ikan zebra [137], ringkasan analisis tingkah laku dan batasannya, dan kontras dengan analisis tingkah laku pada tikus [138-140].

Analisis tingkah laku melihat pada tabiat ikan, tetapi ia adalah perlu untuk mempertimbangkan secara kritis apabila menerapkannya kepada manusia. Ia akan menjadi lebih meyakinkan jika trend dalam fenotip boleh diperhatikan dalam berbilang ujian, daripada membuat andaian berdasarkan hasil analisis tingkah laku tunggal.

Selain analisis tingkah laku, kaedah lain yang boleh menilai tindak balas tekanan juga sedang dipertimbangkan; contohnya, dengan menilai tahap kortisol, yang merupakan salah satu hormon tekanan [141–143].

Masih terdapat banyak aspek yang tidak diketahui dalam menggunakan model ikan kecil sebagai model untuk fungsi otak manusia yang lebih tinggi dan gangguan perkembangan saraf manusia, dan kami berharap bahawa peningkatan penyelidikan akan terkumpul.

Selain itu, ikan zebra juga digunakan dalam bidang psikiatri untuk menganalisis skizofrenia dan kemurungan. Sangat menarik untuk melihat fenotip ikan zebra sebagai haiwan model untuk gejala psikiatri [144,145]. Walaupun ladang berbeza, ikan zebra digunakan dengan cara yang sama seperti yang diterangkan dalam ulasan ini. Untuk maklumat lanjut, rujuk kepada penerbitan cemerlang lain [139,146,147].

6. Kesimpulan

Dalam ulasan ini, kami telah membincangkan ciri ikan zebra, medaka, dan turquoisekillifish di makmal dan analisis sebenar penyakit neurodegeneratif dan gangguan perkembangan saraf menggunakan ikan kecil ini. Dalam analisis gangguan saraf manusia, ikan kecil adalah haiwan model yang sangat baik dan akan dikembangkan lagi pada masa hadapan. Pada ketika ini, kita perlu mempunyai rasa rendah diri terhadap model haiwan mamalia. Walaupun pelbagai keputusan eksperimen ditunjukkan dalam ikan kecil, jika perkara yang sama boleh ditunjukkan pada tikus, kesannya boleh lebih besar pada tikus.

Untuk menunjukkan makna dan nilai menggunakan ikan kecil, reka bentuk penyelidikan dijangka mengambil kesempatan daripada ciri-ciri ikan kecil dan faedahnya di makmal, seperti yang diterangkan dalam ulasan ini. Di samping itu, kita tidak boleh lupa bahawa kita sedang melihat saraf manusia. sistem melalui ikan kecil. Mungkin tidak jelas apakah maksud perubahan dalam RNA dan protein dalam ikan kecil dalam konteks penyakit dan gangguan manusia jika kita hanya memberi perhatian kepada ikan kecil.

Perkara yang sama berlaku kepada makna perubahan morfologi dan fungsi fisiologi pada peringkat organ dan makna perubahan tingkah laku yang diperolehi melalui analisis tingkah laku. Makna keputusan yang diperolehi daripada ikan kecil akan menjadi jelas apabila hasilnya disambungkan kepada haiwan model mamalia seperti tikus dan kemudian kepada analisis manusia. Jika hubungan sedemikian boleh diwujudkan antara ikan kecil dan sampel lain, ikan ini boleh menjadi alat yang semakin berkuasa dan berguna untuk menyelesaikan gangguan saraf manusia.

Sumbangan Penulis: HM dan KK menulis manuskrip. Semua pengarang telah membaca dan bersetuju dengan versi manuskrip yang diterbitkan.

Pembiayaan: Kerja ini disokong oleh geran daripada AMED (Nombor Geran JP19gm6110028 danJP19dm0107154 (HM)), Yayasan Sains Takeda (HM), JSPS KAKENHI (Nombor GeranJP 14516799 (HM), JP 16690735 (1HM) (1HM) (1HM) dan JST [Moonshot R&D] [GrantNumber JPMJMS2024] (HM).

Penyata Lembaga Semakan Institusi: Tidak berkenaan.

Kenyataan Persetujuan Termaklum: Tidak berkenaan.

Pernyataan Ketersediaan Data: Data dan alat yang diterangkan dalam manuskrip ini tersedia atas permintaan.

Penghargaan: Kami menghargai Shinano Kobayashi dan Noriko Matsui kerana mengambil bahagian dalam perbincangan yang berguna dan memberikan sokongan berterusan. Kami menghargai Ai Ito atas hasil kerjanya dalam ilustrasi.

Konflik Kepentingan: Pengarang mengisytiharkan tiada konflik kepentingan.

Rujukan

1. Delomas, TA; Dabrowski, K. Penternakan larva ikan zebra pada suhu suboptimum. J. Therm. biol. 2018, 74, 170–173. [CrossRef]

2. Shima, A.; Mitani, H. Medaka sebagai organisma penyelidikan: Past, present and future. Mech. Dev. 2004, 121, 599–604. [CrossRef]

3. Kirchmaier, S.; Naruse, K.; Wittbrodt, J.; Loosli, F. Kotak alat genomik dan genetik teleost medaka (Oryzias latipes). Genetik2015, 199, 905–918. [CrossRef]

4. Reichard, M.; Polacik, M.; Sedlácek, O. Taburan, polimorfisme warna dan penggunaan habitat ikan bunuh Afrika Nothobranchiusfurzeri, vertebrata dengan jangka hayat terpendek. J. Ikan. biol. 2009, 74, 198–212. [CrossRef]

5. Dodzian, J.; Kean, S.; Seidel, J.; Valenzano, DR A Protokol untuk Makmal Perumahan Turquoise Killifish (Nothobranchius 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. Genom Killifish Turquoise Afrika Memberi Cerapan tentang Evolusi dan Seni Bina Genetik Jangka Hayat. Sel 2015,163, 1539–1554. [CrossRef]

7. Poeschla, M.; Valenzano, DR Ikan bunuh turquoise: Model yang boleh dikesan secara genetik untuk kajian penuaan. J. Exp. biol. 2020, 223(Bekalan 1), jeb209296. [CrossRef]

8. Lowery, LA; Sive, H. Pembentukan awal ventrikel otak ikan zebra berlaku secara bebas daripada peredaran dan memerlukan produk gen nagie okoand snakehead/atp1a1a.1. Pembangunan 2005, 132, 2057–2067. [CrossRef]

9. Holzschuh, J.; Ryu, S.; Aberger, F.; Driever, W. Ekspresi pengangkut dopamin membezakan neuron dopaminergik daripada neuron katekolaminergik lain dalam embrio ikan zebra yang sedang berkembang. Mech. Dev. 2001, 101, 237–243. [CrossRef]

10. Tay, TL; Ronneberger, O.; Ryu, S.; Nitschke, R.; Driever, W. Analisis unjuran katekolaminergik komprehensif mendedahkan integrasi neuron tunggal sistem dopaminergik menaik dan menurun ikan zebra. Nat. Commun. 2011, 2, 171. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com