Zebrafisch, Medaka und Türkis-Killifisch zum Verständnis menschlicher neurodegenerativer/neurologischer Entwicklungsstörungen Teil 3

3.2. Einfache Genbearbeitung bei kleinen Fischen

Es wird geschätzt, dass etwa 71 % der menschlichen Gene mindestens ein Zebrafisch-Genortholog aufweisen [31].

Die Beziehung zwischen menschlichen Genen und Gedächtnis war schon immer ein Thema großer Besorgnis. Wissenschaftliche Untersuchungen zeigen, dass menschliche Gene einen sehr wichtigen Einfluss auf unser Gedächtnis haben. Gene sind natürlicherweise im menschlichen Körper vererbte Informationen und werden durch Vererbung an zukünftige Generationen weitergegeben. Dabei beeinflussen Gene unsere körperlichen Eigenschaften und Funktionen, darunter auch unser Gedächtnis.

Erstens haben Wissenschaftler den Zusammenhang zwischen einigen Genen und dem Gedächtnis bestätigt. Untersuchungen an bestimmten Genen zeigen beispielsweise, dass sie eine Schlüsselrolle bei der Beeinflussung von Lernen und Gedächtnis im menschlichen Gehirn spielen. Diese Gene können die Kommunikation zwischen Neuronen im Gehirn sowie die Struktur und Funktion des Gehirns beeinflussen.

Darüber hinaus zeigen Untersuchungen, dass Gene möglicherweise auch mit der Entwicklung des Gedächtnisses zusammenhängen. Das bedeutet, dass manche Menschen ein besseres Gedächtnis haben als andere, was möglicherweise an den guten Genen liegt, die sie erben.

Obwohl Gene eine wichtige Rolle bei der Beeinflussung des Gedächtnisses spielen, sind sie nicht der einzige Faktor. Auch unsere Umgebung und Erfahrungen können unser Gedächtnis beeinflussen. Unser Gehirn kann das Gedächtnis durch kontinuierliches Lernen und Training verbessern, was sich auch sehr positiv auf unsere Gehirnaktivität und Gesundheit auswirkt.

Deshalb sollten wir eine positive Einstellung bewahren und uns effektiv körperlich betätigen und lernen, um unser Gedächtnis zu verbessern. Gleichzeitig können wir uns auch auf unsere Gene stützen, um unsere Stärken und Schwächen zu verstehen und so unser Leben und Arbeiten besser planen zu können. Das Wichtigste ist, dass wir eine optimistische Einstellung bewahren und immer daran glauben, dass wir ein besseres Gedächtnis haben können, das uns hilft, unsere Ziele und Wünsche besser zu erreichen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Beziehung zwischen menschlichen Genen und Gedächtnis sehr komplex ist. Während Gene eine wichtige Rolle bei der Beeinflussung des Gedächtnisses spielen, sind unsere Umwelt und Erfahrungen ebenso wichtig. Lassen Sie uns aktiv an Bewegung und Lernen teilnehmen, unser Potenzial entfalten und unsere Gedächtniswunder schaffen. Es ist ersichtlich, dass wir das Gedächtnis verbessern müssen, und Cistanche deserticola kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da Cistanche deserticola ein traditionelles chinesisches Arzneimittel ist, das viele einzigartige Wirkungen hat, darunter die Verbesserung des Gedächtnisses. Die Wirksamkeit von Cistanche deserticola beruht auf den zahlreichen darin enthaltenen Wirkstoffen, darunter Gerbsäure, Polysaccharide, Flavonoidglykoside usw. Diese Inhaltsstoffe können die Gesundheit des Gehirns auf verschiedene Weise fördern.

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Darüber hinaus weisen etwa 84 % der Gene, von denen bekannt ist, dass sie mit menschlichen Krankheiten in Zusammenhang stehen, Orthologe im Zebrafisch-Genom auf [32].

Kleine Fische haben den Vorteil einfacher Verfahren zur Genbearbeitung. Effizientes Genom-Engineering kann durch Zinkfinger-Nukleasen (ZFNs) oder Transkriptionsaktivator-ähnliche Effektoren (TALENs) in verschiedenen Modellorganismen, einschließlich Zebrafischen und Medakas, erreicht werden [33–36], und das Aufkommen der CRISPR-Cas9-Technik hat es viel einfacher gemacht in den letzten Jahren bestimmte Gene auszuschalten oder zu bearbeiten [37–39].

Bei kleinen Fischen erfolgen Eiablage und Befruchtung außerhalb des Körpers der Eltern, und durch Mikroinjektion werden Gen-Editing-Faktoren in die befruchteten Eier eingebracht, die dann in einer Petrischale schlüpfen können [40].

Durch die Injektion von GFP-mRNA in den Embryo ist es beispielsweise möglich, die Ergebnisse am Tag nach der Injektion zu beobachten, ohne tage- oder monatelang warten zu müssen [41]. Bisher wurde über verbesserte und fortschrittliche Techniken zur Genbearbeitung berichtet, und die hochmutagene CRISPR-Cas9-Methode ermöglicht die gleichmäßige Injektion von F0-Embryonen, die Nullmutanten imitieren, wodurch die Induktion von Mutationen schnell und effizient erfolgt [42].

Der auf Morpholino-Antisense-Oligonukleotiden basierende Knockdown von Zielgenen wurde häufig bei kleinen Fischen durchgeführt, es kann jedoch phänotypische Diskrepanzen zwischen Morpholino- und Knockout-Phänotypen geben [43]. Dies kann auf das Vorhandensein von Morpholino-induzierten Off-Target-Effekten oder auf das Vorhandensein eines Nonsense-vermittelten mRNA-Zerfalls und der damit verbundenen genetischen Kompensation bei Knockout-Individuen zurückzuführen sein [44].

Bei der Analyse der Genfunktion im Zebrafisch wird dringend empfohlen, Mutanten zu erzeugen und ihre Phänotypen zu analysieren, anstatt Antisense-Morpholino-Oligonukleotide zu verwenden. Das CRISPR-Cas9-System ermöglicht auch das Knock-in des Zielgens oder spezifischer Genvarianten mithilfe der homologiegesteuerten Reparatur (HDR). ) oder andere Mechanismen [45–50].

Die stabile Einführung exogener DNA in das Zebrafischgenom wurde bereits 1988 erreicht [51]. Koinjektion des I-SceI-Meganuklease-Enzyms zusammen mit dem transgenen Vektor, der die Restriktionsstellen trägt [52], oder Koinjektion von Tol2 oder Dornröschen-Transposase mit dem transgenen Vektor, der die Restriktionsstellen trägt Die transgene Kassette, flankiert von cis-regulatorischen Wiederholungen [53,54], erleichtert die Keimbahnübertragung des Transgens sehr effektiv.

Diese Techniken des Genom-Engineerings lassen sich auf Zebrafische, Medakas und türkisfarbene Killifische anwenden, aber wir glauben, dass es schwierig ist, eine Mikroinjektion in die Eier türkisfarbener Killifische durchzuführen. Dies ist auf das im Vergleich zu Zebrafischen und Medakas relativ harte Chorion von Türkis-Killifischen zurückzuführen. Bitte beachten Sie auch die hervorragenden Veröffentlichungen zum Genom-Engineering von Türkis-Killifischen [55,56].

Wenn das Gleiche bei der Maus geschehen würde, wäre die Genbearbeitung des Embryos ein komplexer Eingriff, der die Entnahme befruchteter Eier aus dem Körper der begatteten weiblichen Maus, die Mikroinjektion der genomtechnischen Lösung in die Eier unter sauberen Eingriffen und die Implantation erfordern würde der injizierten Eier in die Eileiter einer apseudoschwangeren Maus, was technisch viel schwieriger und teurer wäre.

Zebrafische können mehr als 100 Eier pro Eiablage produzieren, sodass es leicht ist, Individuen mit der gewünschten Genbearbeitung aufzunehmen. Zebrafische werden in 3 Monaten zu erwachsenen Tieren heranreifen, sodass die nächste Generation gezüchtet werden kann.

Bei Medaka und Türkiskillifischen scheint die Anzahl der Eier pro Eiablage geringer zu sein als bei Zebrafischen, aber sie legen jeden Tag Eier, wenn der Zustand der erwachsenen Fische und des Aquariums ideal ist.

Medaka- und Türkis-Killifische können ihre Geschlechtsreife in etwa 2–3 Monaten bzw. 1 Monat zeigen. Im Vergleich zu Mäusen können auch die Kosten für die anschließende Bewirtschaftung erheblich reduziert werden. Wie oben beschrieben, sind Zebrafische und Medakas die gängigen Modelle für genetische Manipulation, während der türkisfarbene Killifisch ein hervorragendes Modell für Studien zum Altern und altersbedingten Störungen darstellt (Abbildung 1).

Die Alterung von Türkis-Killifischen wird im nächsten Kapitel beschrieben. Bei der Planung einer genetischen Studie an kleinen Fischen ist es notwendig, mehrere genetische Merkmale zu berücksichtigen.

Zebrafische sind diploid mit 25 Chromosomen (25 × 2n) und ähneln Menschen, ihre Geschlechtschromosomen wurden jedoch nicht identifiziert. Der Mechanismus der Geschlechtsbestimmung ist noch nicht vollständig geklärt, es wurde jedoch festgestellt, dass das Geschlecht von Zebrafischen durch Umweltfaktoren beeinflusst werden kann [57–59]. Im Gegensatz dazu wird das Geschlecht von Medaka- oder Türkis-Killifischen durch die XX/XY-Geschlechtschromosomen bestimmt [60–62].

Wirbeltiere, darunter auch Menschen, erlebten bei unseren Vorfahren vor etwa 500 Millionen Jahren eine Duplikation des gesamten Genoms, bei der sich das Genom zweimal verdoppelte. Darüber hinaus erlebten Knochenfische, darunter Zebrafische, Medakas und Türkis-Killifische, eine weitere Runde der Vervielfältigung des gesamten Genoms [63–65].

Daher gibt es in einigen Genen keine 1:1-Entsprechung zwischen Menschen und Zebrafischen, und es kann zwei orthologe Gene geben. Die Tatsache, dass es zwei Orthologe gibt, bedeutet, dass, selbst wenn einer der Orthologen ausfällt, der andere Paralog möglicherweise in der Lage ist, seine Funktion zu kompensieren.

Es wurde auch berichtet, dass es Unterschiede in der Struktur, Funktion und den Expressionsmustern zwischen den Paralogen dieser Gene gibt, was darauf hindeuten könnte, dass jedes Gen seine eigene Bedeutung hat [66].

In manchen Fällen kann ein doppelter Knockout dieser beiden orthologen Gene erforderlich sein, um eine Knockout-Linie mit den erwarteten Phänotypen zu etablieren, die bei menschlichen Krankheiten oder Störungen auftreten. Es muss auch überprüft werden, ob das Ortholog des interessierenden Gens existiert oder nicht (z. B. ist das Ortholog von SNCA in Medaka vorhanden, aber nicht im Zebrafisch).

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