Zebrafisch, Medaka und Türkis-Killifisch zum Verständnis menschlicher neurodegenerativer/neurologischer Entwicklungsstörungen Teil 2

Das Kleinhirn verfügt über Kletterfasern und parallele Fasern, und die vorhandenen Zellgruppen ähneln denen des Menschen, einschließlich Purkinje-Neuronen und Körnerzellen [13,14].

Es besteht ein positiver Zusammenhang zwischen Kletterfasern und dem Gedächtnis. Während des Kletterns an den Fasern müssen wir wach bleiben und ruhig denken. Dieser Geisteszustand kann die Verbesserung des Gedächtnisses fördern.

Die Aktivität der Kletterfasern erfordert die körperliche Koordination und die Zusammenarbeit aller Körperteile, insbesondere die Koordination von Händen und Füßen. Beim Klettern auf Fasern müssen wir die Haltung und Position des Körpers viele Male anpassen. Dieser Anpassungsprozess kann die Denkfähigkeit des Gehirns fördern und unsere Aufmerksamkeit und Konzentration verbessern.

Darüber hinaus können wir beim Klettern an den Fasern ein physisches und psychisches Lustgefühl verspüren, das Hormone wie Dopamin im Gehirn aktivieren, unsere Stimmung verbessern und uns positiver machen kann.

Daher kann Kletterfaser als wirksame Methode zum Training und zur Verbesserung des Gedächtnisses eingesetzt werden. Es kann uns selbstbewusster, mutiger und beharrlicher machen und es uns ermöglichen, ständig über uns selbst hinauszuwachsen und höhere und weiterführende Ziele zu verfolgen. Es ist ersichtlich, dass wir das Gedächtnis verbessern müssen, und Cistanche deserticola kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da Cistanche deserticola auch das Gleichgewicht von Neurotransmittern regulieren kann, beispielsweise durch die Erhöhung des Acetylcholin- und Wachstumsfaktorspiegels. Diese Stoffe sind sehr wichtig für das Gedächtnis und das Lernen. Darüber hinaus kann Cistanche deserticola auch die Durchblutung verbessern und die Sauerstoffversorgung fördern, wodurch sichergestellt werden kann, dass das Gehirn ausreichend Nährstoffe und Energie erhält, wodurch die Vitalität und Ausdauer des Gehirns verbessert werden.

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Obwohl Zebrafische keine Strukturen haben, die den tiefen Kleinhirnkernen entsprechen, empfangen Zellen, sogenannte Eurydendroidzellen, Purkinje-Zellprojektionen und senden efferente Projektionen an verschiedene Gehirnregionen.

Daher wird angenommen, dass eurydendroide Zellen funktionell homolog zu den tiefen Kleinhirnkernen von Säugetieren sind [15]. Beim Menschen wird das Kleinhirn hinsichtlich der Phylogenie und der funktionellen Lokalisierung in Vestibulozerebellum, Spinozerebellum und Pontocerebellum unterteilt, während das Kleinhirn kleinerer Fische meist als Vestibulozerebellum angesehen wird.

Wir haben eine Funktionskarte des Zebrafisch-Kleinhirns erstellt und gezeigt, dass das Zebrafisch-Kleinhirn mindestens das Vestibulozerebellum und das Spinozerebellum enthält, deren Einzelheiten in einer Referenz zu finden sind [16].

Es ist sehr interessant herauszufinden, ob es auch Kleinhirnregionen gibt, die höhere Gehirnfunktionen im Telencephalon kleiner Fische steuern. Zebrafische haben auch ein Telencephalon, das dem menschlichen Großhirn entspricht, mit Regionen, die dem Hippocampus und der Amygdala entsprechen und am Gedächtnislernen und emotionalen Verhalten beteiligt sind. bzw. [17].

Beim Menschen bilden die ventrale und dorsale Seite des Neuralrohrs während der Entwicklung eine mittlere Verengung, während beim Zebrafisch die dorsale Seite des Neuralrohrs eine nach außen gerichtete Falte bildet [18]. Allerdings besitzen Zebrafische im Gegensatz zum Menschen keine kortikalen Schichtstrukturen. Es ist wichtig zu beachten, dass dies nicht bedeutet, dass das Gehirn von Fischen keine Strukturen und Funktionen aufweist, die der Großhirnrinde von Säugetieren entsprechen.

Die Blut-Hirn-Schranke (BBB) ​​ist auch im Zebrafisch vorhanden. Die Angiogenese im Hinterhirn beginnt bei etwa 20 hpf, und Perizyten und Glia finden sich um die Gefäße herum bei 60 hpf, aber die Blut-Hirn-Schranke ist bis etwa 5–8 dpf (Tage nach der Befruchtung) unvollständig, sodass verschiedene Medikamente in das Zentralnervensystem eindringen können [ 19,20]. Das Medikament kann oral oder intrakorporal verabreicht werden oder es kann im Erhaltungswasser der Larven gelöst und durch Eintauchen in Wasser in das Körpergewebe infiltriert werden. Diese Funktion ist sehr nützlich für das Hochdurchsatz-Screening mit Zebrafischlarven.

Beispielsweise werden Embryonen oder Larven einzeln in jeder Vertiefung der Wellplatten 96- und 384- abgelegt und verschiedene Verbindungen können im Wasser gelöst werden. Anschließend kann jeder Fisch anhand von Genexpressionsmustern, Entwicklungsveränderungen oder Verhaltensanalysen bewertet werden.

Dies ist weniger zeitaufwändig und kostengünstiger als das gleiche Screening-Verfahren an Säugetiermodellen wie Mäusen [21]. Einer der Hauptunterschiede zwischen Zebrafischen und Menschen ist die Fähigkeit, das Zentralnervensystem, einschließlich Neuronen, zu regenerieren.

Wenn Zebrafische künstlich im Rückenmark verletzt werden, kommt es innerhalb von 6 bis 8 Wochen zu einer funktionellen Erholung und einer Wiederbesiedelung der Motoneuronen [22,23]. Darüber hinaus wurde eine Geweberegeneration des Zentralnervensystems nach künstlicher Schädigung sogar im Telencephalon beobachtet [24].

Die erhöhte Regenerationsfähigkeit von Fischen, sogar im Zentralnervensystem, muss berücksichtigt werden, wenn Fische als Modelle menschlicher neurologischer Störungen verwendet werden. Viele Beweise wurden anhand von Zebrafischen erbracht.

Da es sich bei Zebrafischen, Medakas und Türkisen Killifischen um eng verwandte Knochenfische handelt, sind ihre Hauptstrukturen im Zentralnervensystem vergleichbar. Eine Übersicht über diese drei Modellfische einschließlich der Beschreibung ihres Zentralnervensystems ist verfügbar [25].

3. Einfaches Labormanagement und Experimentieren mit Zebrafischen, Medakas und Türkis-Killifischen

3.1. Sichtbarkeit und Lichtdurchlässigkeit bei kleinen Fischen

Eines der wichtigen Merkmale kleiner Fische ist ihre hohe Gewebetransparenz während der Embryogenese und im Larvenstadium. Bei Zebrafischen und Medakas kann der Entwicklungsprozess außerhalb des Körpers der Elternfische beobachtet werden, und die Embryonen und Larven sind transparent, was die Beobachtung des Entwicklungsprozesses und der inneren Struktur erleichtert.

Darüber hinaus sind mehrere Mutantenlinien von Zebrabärblingen und Medakas erhältlich, die transparenter sind als der Wildtyp, so dass die innere Struktur der Fische sogar im Erwachsenenstadium sichtbar ist [26].

Diese Eigenschaft ermöglicht eine direkte Beobachtung der Entwicklung sowie der Gewebe- und Zellaktivität, die mit Live-Bildgebung kompatibel ist, und ermöglicht es uns, Entwicklungs- und Strukturveränderungen im Nervensystem in vivo detaillierter zu erfassen.

Wenn fluoreszierende Proteine ​​spezifisch auf der interessierenden Zelle exprimiert werden, ist es möglich, die Entwicklung und morphologischen Veränderungen der interessierenden Neuronen im Laufe der Zeit zu beobachten. In Neuronen exprimierte chemische oder genetisch kodierte Ca-Sensoren ermöglichen es uns, die Aktivität von Neuronen mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zu beobachten [27]. Wir haben beispielsweise gezeigt, dass die neuronale Aktivität des Kleinhirns während des Verhaltens auf zellulärer Ebene beobachtet werden kann [16].

Es wurde auch über eine sehr spannende Studie berichtet, die Ca-Sensoren in Neuronen des gesamten Gehirns exprimiert und die Sensorsignale wie bei der Elektroenzephalographie nutzt [28]. Mithilfe optogenetischer Techniken ist es theoretisch auch möglich, die neuronale Aktivität von Zielneuronen an jeder Stelle zu aktivieren oder zu unterdrücken [16,29]. Es wurde auch über eine einzigartige Methode zur Analyse der Pathogenese von Krankheiten durch Veränderung der subzellulären Lokalisierung von Zielproteinen berichtet [30].

Kurz gesagt, kleine Fische sind einzigartige Wirbeltiere, die im lebenden Zustand eine makroskopische Beobachtung des Nervensystems, eine mikroskopische Beobachtung präziser neuronaler Aktivität und eine Anpassung der Lichtübertragung für die Optogenetik und andere Anwendungen ermöglichen.

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