Zebrafish, Medaka e Killifish turquesa para a compreensão dos distúrbios neurodegenerativos/do neurodesenvolvimento humanos, parte 4

Para o peixe-zebra, a ZFIN (Zebrafish Information Network, https://zfin.org/; acessado em 30 de novembro de 2021) possui um banco de dados de genes do peixe-zebra, criou linhas transgênicas e linhagens mutantes.

Com o desenvolvimento contínuo da ciência e da tecnologia, a tecnologia geneticamente modificada tornou-se uma das ferramentas importantes na produção agrícola moderna. Ao alterar o material genético de plantas ou animais, podem ser criadas mais variedades superiores adquiridas para os seres humanos, resolvendo assim problemas como a escassez de alimentos e a desnutrição. Porém, na sociedade ainda existe polêmica sobre essa tecnologia. Algumas pessoas duvidam que as variedades geneticamente modificadas tenham efeitos negativos na saúde humana, mas não existem provas científicas que apoiem esta opinião.

Nos últimos anos, os pesquisadores descobriram uma ligação entre cepas geneticamente modificadas e memória. Em alguns casos, a modificação genética pode melhorar a memória de um animal. Por exemplo, os cientistas usaram a tecnologia transgênica para ajustar genes específicos nas células de certos organismos para que esses organismos tenham um melhor desempenho ao realizar tarefas de memória.

Além disso, os pesquisadores também estão tentando editar genes do cérebro para melhorar a inteligência humana e as habilidades de aprendizagem. Acredita-se que alguns genes afetam a inteligência e a capacidade de aprendizagem de uma pessoa; portanto, ao editar esses genes, pode-se criar um sistema cerebral otimizado que promove melhorias na memória e nas habilidades de aprendizagem.

É claro que, embora a tecnologia geneticamente modificada tenha potencial para melhorar a memória e a inteligência dos organismos, a investigação ainda está numa fase preliminar e são necessários mais dados experimentais e verificações científicas. Ao mesmo tempo, devemos também compreender que a inteligência e a memória humanas também são afetadas por muitos fatores, como o ambiente, a educação e a genética. Portanto, a tecnologia geneticamente modificada não é a única forma de resolver problemas educacionais e cognitivos.

Em suma, o desenvolvimento e a aplicação de tecnologia geneticamente modificada são de grande importância para melhorar a qualidade dos organismos e aumentar a eficiência da produção. Não devemos rejeitar cegamente esta tecnologia, mas devemos olhar para as vantagens e desvantagens desta tecnologia de forma racional e objectiva, com base em provas científicas, e utilizá-la para promover o desenvolvimento da agricultura, da medicina e da protecção ambiental. Percebe-se que precisamos melhorar a memória, e a Cistanche deserticola pode melhorar significativamente a memória, pois a Cistanche deserticola tem efeitos antioxidantes, antiinflamatórios e antienvelhecimento, que podem ajudar a reduzir a oxidação e as reações inflamatórias no cérebro, protegendo assim o saúde do sistema nervoso. Além disso, a Cistanche deserticola também pode promover o crescimento e a reparação das células nervosas, melhorando assim a conectividade e a função das redes neurais. Esses efeitos podem ajudar a melhorar a memória, o aprendizado e a velocidade de pensamento, e também podem prevenir o desenvolvimento de disfunções cognitivas e doenças neurodegenerativas.

Clique em Saber para melhorar a memória de curto prazo

Muitas linhas, incluindo produtos de mutagênese ENU ou linhas repórteres transgênicas, estão disponíveis para compra e são gerenciadas pelo ZIRC (Zebrafish International Resource Center) ou EZRC (European Zebrafish Resource Center).

Para medaka, visite o site medaka do NBRP (https://shigen.nig.ac.jp/medaka/top/top.jsp; acessado em 30 de novembro de 2021) para procurar várias linhas mutantes e transgênicas.

Além disso, NFIN (The Nothobranchius furzeriInformation Network, https://www.nothobranchius.info/; acessado em 30 de novembro de 2021) fornece informações sobre procedimentos laboratoriais e um banco de dados genético de killifish turquesa.

4. Facilidade de gerenciamento de laboratório e experimentação com Zebrafish, Medaka e Killifish Turquesa

A neurodegeneração é um fenômeno caracterizado pela perda progressiva de neurônios e a doença de Alzheimer, a doença de Parkinson e a esclerose lateral amiotrófica são as principais doenças neurodegenerativas entre os humanos.

São doenças progressivas com curso clínico crônico relativamente lento e os cérebros apresentam deposição anormal de proteínas. Cada doença neurodegenerativa apresenta uma perda neuronal relativamente seletiva; por exemplo, os neurônios dopaminérgicos e o sistema nervoso autônomo são vulneráveis ​​na doença de Parkinson, e o sistema de neurônios motores é perdido seletivamente na esclerose lateral amiotrófica [67].

Recentemente, tem havido muita pesquisa sobre doenças neurodegenerativas utilizando as características vantajosas dos pequenos peixes. Para gerar e analisar modelos de doenças, pode-se usar tratamento medicamentoso com produtos químicos neurotóxicos, microinjeção direta de proteínas anormais, nocaute de genes relacionados a doenças e knock-in de genes mutados.

Para estudos da doença de Alzheimer, foram relatados peixes-zebra transgênicos tau [68,69] e peixes-zebra com microinjeção direta de A [70,71].

Para estudos de esclerose lateral amiotrófica, modelos de peixe-zebra relacionados a TDP-43-, SOD1-ou C9orf72- foram usados ​​para analisar a patogênese e rastrear novos medicamentos [30,72–76]. Aqui discutimos a doença de Parkinson; para obter mais informações sobre outras doenças neurodegenerativas, consulte outras revisões [77,78].

4.1. Modelos Zebrafish e Medaka da doença de Parkinson
A doença de Parkinson é comum em idosos e é caracterizada por comprometimento motor progressivo, perda de neurônios dopaminérgicos na substância negra e corpos de inclusão positivos para alfa-sinucleína, chamados corpos de Lewy.

Nós e outros usamos uma variedade de pequenos peixes para estudar a patogênese da doença de Parkinson. Toxinas como 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina (MPTP), 6-hidroxidopamina (6-OHDA) e sabe-se que a rotenona é tóxica para os neurônios dopaminérgicos em vários modelos animais.

MPTP é uma neurotoxina que induz sintomas semelhantes aos da doença de Parkinson em vários animais, incluindo humanos. É metabolizado em 1-metil-4-fenilpiridínio (MPP+) nas células gliais e é posteriormente incorporado pelos neurônios dopaminérgicos por meio de transportadores de dopamina e inibe a atividade da cadeia respiratória mitocondrial. Devido a esta via metabólica, os neurônios dopaminérgicos são danificados seletivamente [79,80].

O MPTP também induz sintomas semelhantes aos da doença de Parkinson em medaka. Manter larvas de medaka em água contendo MPTP induz rapidamente uma redução no movimento de natação espontânea e uma perda de neurônios dopaminérgicos no diencéfalo [81].

A exposição ao MPTP também foi realizada utilizando larvas e adultos de peixe-zebra. Esses estudos demonstraram o efeito do MPTP na locomoção e nos neurônios dopaminérgicos [82–87].

6-OHDA pode ser captada pelo transportador de dopamina, resultando em estresse oxidativo e dano seletivo aos neurônios dopaminérgicos. 6-OHDA, quando administrado diretamente no líquido cefalorraquidiano, também induz uma perda de neurônios dopaminérgicos e uma diminuição nos movimentos espontâneos de natação em Medaka [88].

A injeção de 6-OHDA no diencéfalo ventral do peixe-zebra adulto ou mantendo larvas de peixe-zebra em 6-água contendo OHDA pode causar uma redução de neurônios indopaminérgicos e movimentos de natação prejudicados [89–92].

Manter as larvas do peixe-zebra em água contendo rotenona também causa uma redução na dopamina e prejudica os movimentos de natação [93,94]. Outros produtos químicos, incluindo inibidores de proteassoma [88], cloreto de amônio ou tunicamicina [95], podem induzir fenótipos semelhantes aos da doença de Parkinson em peixes pequenos. Esses modelos induzidos por toxinas podem ser úteis para pesquisa da doença de Parkinson e triagem de drogas.

A seguir, apresentaremos modelos genéticos da doença de Parkinson usando peixe-zebra e medaka. É surpreendentemente difícil simular a doença de Parkinson humana por manipulação genética em camundongos, que é um dos modelos animais mais representativos.

Por exemplo, mesmo em camundongos knockout triplo com Parkin, PINK1 e DJ-1, os produtos genéticos responsáveis ​​pela doença de Parkinson familiar autossômica recessiva, não há perda de neurônios dopaminérgicos [96].

Semelhante aos camundongos, o medaka nocaute único de Parkin ou Pink1 não apresenta perda de células dopaminérgicas [97,98]. Analisamos o medaka de nocaute duplo de Parkin e Pink1 e descobrimos que ocorreu uma perda de neurônios dopaminérgicos, o que não foi observado em peixes de nocaute único (98). No caso do peixe-zebra, uma única depleção de Pink1 é suficiente para induzir a perda de neurônios dopaminérgicos [99–101].

Também foram criados modelos de peixe-zebra knockout DJ-1 e medaka, que precisam de avaliações patológicas adicionais, mas são promissores para a produção de novos modelos de peixes da doença de Parkinson [102–105].

O ATP13A2 é outro produto genético responsável pelo parkinsonismo autossômico recessivo de início precoce, caracterizado por responsividade à levodopa, gazepalsia supranuclear, sinais piramidais e demência (106).

Criamos o mutante Atp13a2 medaka, que mostra uma mutação semelhante à observada em pacientes humanos, e este peixe mostra perda de neurônios dopaminérgicos com diminuição na atividade da catepsina D e formação de corpos de inclusão semelhantes a impressões digitais [107].

O peixe-zebra knockout para Atp13a2 também apresenta fenótipos semelhantes [108]. GBA, que também é o gene causador da doença de Gaucher, é um dos genes de alto risco para a doença de Parkinson idiopática, e o medaka e o peixe-zebra knockout para Gba exibem não apenas neurodegeneração dopaminérgica, mas também alfa-sinucleína acumulação [109–111].

As mutações LRRK2 são uma causa relativamente comum da doença de Parkinson familiar autossómica dominante e também estão relacionadas com a doença de Parkinson idiopática [112,113]. Há dificuldade em compreender essa doença autossômica dominante porque pode não estar claro se a perda da função normal do gene é uma causa importante do fenótipo ou se um ganho de função tóxica pode explicar a doença.

Houve vários modelos de peixe-zebra do Lrrk2, mas aguardaremos novas avaliações e descobertas consistentes (114–117).

Desta forma, vários modelos da doença de Parkinson podem ser gerados através do tratamento do peixe-zebra ou medaka com produtos químicos ou através da realização de modificação genética do genoma do peixe-zebra ou medaka.

Esses modelos são muito úteis para analisar a função de moléculas relacionadas à doença de Parkinson in vivo e para compreender a fisiopatologia da doença de Parkinson humana.

Além disso, já foi amplamente utilizado no campo da descoberta de medicamentos. A triagem de alto rendimento usando as características do peixe-zebra detectou muitos compostos com potencial para melhorar a patologia da doença de Parkinson.

Consulte a recente revisão sobre a descoberta de medicamentos para as principais doenças neurodegenerativas, incluindo a doença de Parkinson [77]. É claro que uma limitação do uso de peixes pequenos como animais modelo é que pode haver uma discrepância entre peixes e humanos.

Tal como acontece com a maioria das doenças humanas, o início da doença é complicado por vários factores, tais como envelhecimento, factores ambientais e efeitos genéticos multifactoriais.

Portanto, devemos examinar cuidadosamente vários modelos, incluindo linhas celulares, pequenos peixes ou mamíferos, e também é importante investigar amostras humanas. Ao alternar entre modelos como peixes e amostras humanas, podemos compreender a patologia humana de forma mais confiável.

4.2. Fenótipos da doença de Parkinson idiopática observados em Killifish turquesa

Em seguida, nos concentramos no killifish turquesa para compreender a doença de Parkinson idiopática, que não é hereditária e é responsável por 90-95% de todos os casos de doença de Parkinson. Turquoisekillifish é uma pequena espécie de peixe que vive em lagoas, pântanos e poças em Moçambique e outros países [7].

Seu habitat tem uma longa estação seca e uma curta estação chuvosa, e durante a estação seca, a água em que vive o killifish turquesa seca e os peixes adultos não conseguem sobreviver.

No entanto, tem sido capaz de sobreviver como espécie adoptando uma história de vida em que desova no solo ovos resistentes à seca, que eclodem durante a próxima ou futura estação chuvosa.

Nesse ciclo de vida, a pressão seletiva positiva para o antienvelhecimento não funciona [118]. Muito provavelmente, o killifish turquesa tem uma vida útil curta e exibe um fenótipo de envelhecimento em um período muito curto.

Especificamente, a vida útil do peixe turquesa é de aproximadamente quatro a seis meses e, por volta dos três meses de idade, eles apresentam vários sinais de envelhecimento, incluindo atrofia de órgãos, curvatura da coluna e níveis aumentados de beta-galactosidase associada à senescência [119–121].

Embora a doença de Parkinson esteja fortemente associada ao envelhecimento em humanos, a maioria dos animais experimentais pode não apresentar um fenótipo de doença suficiente durante o envelhecimento. Descobrimos que o killifish turquesa exibe degeneração de neurônios dopaminérgicos e noradrenérgicos e a progressão da patologia da alfa-sinucleína com o envelhecimento (122). Estes fenótipos patológicos são semelhantes aos observados na doença de Parkinson humana.

A depleção genética da alfa-sinucleína pelo sistema CRISPR-Cas9 melhora a neurodegeneração, sugerindo que a alfa-sinucleína não é um espectador na patogênese da doença de Parkinson, mas é uma proteína causadora da neurodegeneração.

O killifish turquesa tem o potencial de revelar os mecanismos da doença de Parkinson, especialmente a maioria dos casos de doença de Parkinson idiopática. Este peixe único também será útil para outros distúrbios cerebrais e de outros órgãos relacionados à idade.

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