نموذج من اسماك الزرد مرض السكري والأيض الذاكرة

Summary

الذاكرة هي ظاهرة التمثيل الغذائي التي تستمر مضاعفات السكري والتقدم دون عوائق حتى بعد تحقيق سوائية سكر الدم صيدلي. نحن هنا وصفا لنموذج السكري داء الزرد التي هي فريدة من نوعها من حيث أنه يسمح لفحص مكونات جينية تنتقل من الذاكرة الأيض ميتوتيكلي]<em> في الجسم الحي</em>.

Abstract

داء السكري يؤثر حاليا 346،000،000 الأفراد، ومن المتوقع أن ترتفع إلى 400 مليون نسمة بحلول عام 2030. وقد كشفت الأدلة من المختبر على حد سواء والكبيرة الحجم التجارب السريرية أن السكري مضاعفات التقدم دون عوائق عبر ظاهرة التمثيل الغذائي الذاكرة حتى عندما يتم تحقيق السيطرة صيدلي نسبة السكر في الدم. ويمكن التعبير الجيني من خلال تغيير ثابت تغييرات جينية والتي لا تسمح للخلايا والكائنات الحية على الاستجابة بسرعة للتغيير المحفزات البيئية ولكن أيضا تمنح قدرة الخلية على "حفظ" هذه اللقاءات مرة واحدة تتم إزالة الحافز. على هذا النحو، يتم حاليا الأدوار التي تلعب في هذه الآليات ظاهرة الذاكرة الأيض محل دراسة.

وقد أبلغنا مؤخرا وضع نموذج الزرد من مرض السكري من النوع الأول ويتميز هذا النموذج لإظهار أن مرضى السكري ليس فقط الزرد عرض المضاعفات المعروفة الثانوية بما في ذلك التغييرات المرتبطةمع اعتلال الشبكية السكري، اعتلال الكلية السكري وضعف التئام الجروح ولكن أيضا يحمل ضعاف تجديد الزعنفة الذيلية. هذا النموذج هي فريدة من نوعها في أن الزرد قادرة على التجدد في البنكرياس التالفة واستعادة دولة سوي سكر الدم على غرار ما هو متوقع في مرحلة ما بعد زرع المرضى من البشر. وعلاوة على ذلك، جولات متعددة من بتر الزعنفة الذيلية تسمح لفصل ودراسة آثار جينية نقية في الجسم الحي في النظام دون تعقيد العوامل المحتملة من الدولة السكري السابقة. على الرغم من تحقيق سوائية سكر الدم بعد تجديد البنكرياس، ومضاعفات السكري الثانوي لتجديد الجلد والزعانف التئام الجروح استمرت إلى ما لا نهاية. في حالة تجديد زعنفة ضعف، يتم الاحتفاظ هذه الحالة المرضية حتى بعد جولات متعددة من تجديد زعنفة في الأنسجة زعنفة ابنته. هذه الملاحظات تشير إلى عملية جينية الكامنة الموجودة في ولاية الذاكرة الأيض. هنا نقدم الأساليب اللازمة لجنرال بنجاحerate الجماعات الذاكرة السكري والتمثيل الغذائي من الأسماك ومناقشة مزايا هذا الطراز.

Introduction

داء السكري (DM) هو مشكلة صحية خطيرة ومتزايدة على أن النتائج انخفاض في متوسط ​​العمر المتوقع بسبب مرض الاوعية الدموية الدقيقة محددة (اعتلال الشبكية، اعتلال الكلية، اعتلال الأعصاب، ضعف التئام الجروح) والأوعية الكبيرة (أمراض القلب والسكتة الدماغية) المضاعفات ^1. بدأت مرة واحدة، ومضاعفات السكري مواصلة التقدم دون انقطاع حتى عندما يتم تحقيق السيطرة على سكر الدم ^و2،3 اصطلح على تسميته هذه الظاهرة ذاكرة التمثيل الغذائي أو تأثير الإرث. وجرى الاعتراف بوجود هذه الظاهرة سريريا خلال 1990s في وقت مبكر باسم "مكافحة داء السكري والمضاعفات الابتدائية و(DCCT)" تقدمت وتمت بدعم من التجارب منذ عدة سريرية إضافية ^{4،5،6،7،8،9،10، 11،12،13،14.} وكانت النماذج الحيوانية من DM الحرجة للاكتشافات علم وظائف الأعضاء المتعلقة patho-من مضاعفات السكري والتمثيل الغذائي الذاكرة. في الواقع، وقد تم توثيق أولا استمرار مضاعفات السكري في الكلاب نموذجا من السكريومنذ ذلك الحين اعتلال الشبكية التي تدعمها خطوط العديد من الأدلة التجريبية باستخدام مجموعة متنوعة من نظم الاستزراع في المختبر، والنماذج الحيوانية ^{15،16،17،18،19،20،21.} هذه الدراسات تبين بوضوح أن فترة فرط سكر الدم الأولي في نتائج تشوهات دائمة (بما في ذلك التعبير الجيني الشاذة) من الأعضاء المستهدفة / ميكانيكي الخلايا ويقترح إشراك epigenome.

Epigenomes تتكون من لونين جميع التعديلات لإعطاء نوع من الخلايا وتكون مسؤولة عن الخلية الجينات الفريدة الملف التعبير. التعديلات كروموسوم الحيوية خلال والتطوير والدعم تمايز الخلايا، تستجيب للمؤثرات الخارجية، ورثت ستابلي ميتوتيكلي] ^22،23 ويمكن تغييرها في مرض ^24،25،26. وتشمل هذه الآليات جينية: آخر التعديلات هيستون متعدية، غير الكنسي إدراج متغير هيستون في octomers، والتغيرات من خلال الوصول لونين الحامض النووي، والجيناتالسيطرة من خلال التعبير الترميز غير الرناوات الصغيرة ^{27،28،29،30.} تماما، وعمليات جينية تسمح خلية / الكائنات الحية على الاستجابة بسرعة للتغيير المحفزات البيئية ^31،32،33، فإنها تمنح أيضا القدرة للخلية إلى "حفظ" هذه اللقاءات مرة واحدة تتم إزالة الحافز ^23،22. لذلك، وتغيير ملامح التعبير الجيني الناتجة عن عمليات جينية مستقرة في حالة عدم وجود إشارة (ق) التي شرع لهم وراثية من خلال انقسام الخلايا، لاقت اهتماما كبيرا والآليات الجزيئية الكامنة وراء من الأمراض بما في ذلك الذاكرة البشرية الأيض. النتائج التي تظهر في سياق DM وعلم التخلق التطورات الموازية في أمراض أخرى في هذا عدد كبير من التغييرات الناجمة عن ارتفاع السكر في الدم جينية تسبب تغيرات ملحوظة في الشبكات الثابتة الترانسكربتي من الخلايا ^{(34،35،36،37،38} مشاركة في).

كان الزرد طويلة كائن نموذج رئيس الوزراء لستودى الفقاريات التنمية ومع ذلك شهدت السنوات ال 15 الماضية نموا متزايدا في استخدام هذا الكائن الحي لدراسة الأمراض التي تصيب البشر ^39. وقد وضعت نماذج من الأمراض التي تصيب البشر الزرد تغطي مجموعة واسعة من الأمراض بما في ذلك الاضطرابات الوراثية البشرية والأمراض المكتسبة ^40،41،42. العديد من المزايا من الزرد على غيرها من الكائنات الفقارية تشمل نموذج الخصوبة العالية، في وقت قصير جيل والشفافية من خلال مرحلة البلوغ المبكر، وتخفيض تكاليف السكن ومجموعة من الأدوات للتلاعب الجيني. وعلاوة على ذلك، ونظرا لحفظ مسارات واسعة من علم وظائف الأعضاء والوراثية الخلوية بين الفقاريات والقدرة على أداء عالية الإنتاجية عروض المخدرات، تم الزرد استخدمت بنجاح لاكتشاف الأدوية.

وقد وضعنا نموذجا الزرد الكبار من داء السكري من النوع الأول باستخدام المخدرات سكري، streptozocin. اتسمت نحن هذا النموذج لإظهار أن مرضى السكري لا الزردر فقط عرض المعروفة المضاعفات الثانوية الإنسان، ولكن بالإضافة إلى ذلك، تظهر ضعف التجدد أطرافهم (الذيلية تجديد FIN) نتيجة لفرط سكر الدم البيئة. وبالإضافة إلى ذلك، فقد أبلغنا أن فرط سكر الدم الزرد العودة إلى سكر الدم العادي في حدود 2 أسابيع من إزالة المخدرات بسبب تجديد خلايا بيتا في البنكرياس الذاتية مما أدى إلى حالة طبيعية من الناحية الفسيولوجية نسبة السكر في الدم. لكن، في المقابل، تجديد أطرافه في هذه الأسماك لا يزال ضعاف بنفس القدر كما في حالة السكري الحاد تشير إلى هذا التعقيد واستمرت هو عرضة للذاكرة الأيض. وكان الدافع الرئيسي لتوليد هذا النموذج إلى توفير نظام لدراسة مكونات جينية مستقرة ميتوتيكلي] التي تدعم الذاكرة ظاهرة التمثيل الغذائي في حالة عدم وجود ضوضاء خلفية البيئة فرط سكر الدم السابقة. في ختام البروتوكول المقدمة هنا يمكن معالجة الأنسجة والزرد أو انتقائية من قبل أي فحص مناسبة للresearchers يحتاجها. وقد استخدمنا بنجاح هذا الإجراء لتحديد التغييرات الجينوم على نطاق المستمرة في الحامض النووي الناجم عن ارتفاع السكر في الدم التي يتم الاحتفاظ بها في حالة الذاكرة الأيض ^21.

ونحن نرى أن هذا النموذج من الزرد مرض السكري من النوع الأول ومزايا مبتكرة عدة على الأنظمة نموذج آخر لفحص الذاكرة الأيض. 1) من الممكن إجراء جميع الدراسات لدينا في الجسم الحي وكما الأسماك السابقة العودة إلى فرط سكر الدم من خلال تجديد سوائية سكر الدم انتاج الانسولين الذاتية، أنها لا تحتاج إلى حقن الأنسولين الخارجية. لذلك، هذا يتجنب تعقيد المسامير والوديان في السيطرة على سكر الدم التي قد تحدث في الحيوانات التي تتطلب الأنسولين الخارجية. 2) كما هو موضح أعلاه، يتم استبعاد تحفيز خلفية عن الدولة السابقة السكري (أي استمرار وجود glycation المتقدمة المنتجات النهائية وعلى رد الفعل علامات أنواع الاكسجين)، وبالتالي يمكن للمرء أن دراسة epig بحتةenetic العوامل الأيضية من الذاكرة. يمكن 3) أن يتم تنفيذ التجارب وبسرعة حيث يستغرق حوالي 80 يوما من تحريض السكري فحص الذاكرة حتى الأيض. 4) الذيل الزعنفة هو تجديد ودود جدا وتجريبيا يسمح لسهولة التلاعب الجيني والتجريبية التي هناك مجموعة واسعة من الأدوات. 5) الذيل الزعنفة تجديد يوفر طريقة بسيطة جدا وقابلة للقياس الكمي لتقييم الذاكرة التمثيل الغذائي، وبالتالي سيسمح لاكتشاف المخدرات في المستقبل.

Protocol

يتم تنفيذ كافة الإجراءات التالية الإرشادات الموضحة في "مبادئ رعاية الحيوان المعملية" (المعاهد الوطنية للصحة المنشور رقم 85-23، تنقيح 1985) وافقت جامعة روزاليند فرانكلين رعاية الحيوان المؤسسية واستخدام اللجنة الحيوان بروتوكول 08-19. <p class="jove_content" style=";text-align:right;direction…

Representative Results

النوع الأول الزرد السكري ليس فقط عرض المضاعفات المعروفة الثانوية من اعتلال الشبكية واعتلال الكلية، ولكن أيضا، تظهر خاصية تعقيد إضافي: ضعف التجدد الزعنفة الذيلية. هذا التعقيد في وقت لاحق نظرا لاستمرار الذاكرة التمثيل الغذائي في الأسماك التي استعادة السيطرة على مستو…

Discussion

داء السكري هو مرض استقلابي من التقلبات، في البداية تشخيص باسم فرط سكر الدم، وهذا يؤدي في النهاية إلى ضرر الأوعية الدموية مما يؤدي إلى مضاعفات كثيرة التي لا تزال قائمة حتى بعد كل ويتحقق سوائية سكر الدم على الرغم من تدخل الصيدلانية. هذا ويشار إلى مضاعفات استمرار كذاكرة…

Materials

Name of the reagent	Company	Catalogue number	Comments (optional)
Streptozocin	Sigma Aldrich	S0130
2 phenoxyethanol	Sigma Aldrich	P1126
Scalpel (size 10)	Fisher Scientific	089275A
Petri Dishes	Fisher Scientific	08-757-13
½ cc syringe, with 27 1/2 gauge needle	Fisher Scientific	305620
QuantiChrome glucose assay kit.	Bioassay Systems	DIGL-100
Sodium Chloride	Sigma Aldrich	S3014
Dissecting Microscope	Nikon	TMZ-1500	Any dissecting microscope is fine.
Camera for Imaging	Nikon	Q imaging	Any camera is suitable.
Image J software	National Institutes of Health	NIH Image
NIS Elements	Nikon		Any imaging software is suitable.