당뇨병과 신진 대사 메모리의 Zebrafish 모델
Summary
신진 대사 메모리는 당뇨병 합병증이 지속하고 euglycemia이 약물 달성 후에도 unimpeded 진행되는이 현상이다. 여기 우리는 신진 대사 메모리의 mitotically 보낼 수있는 epigenetic 구성 요소의 시험을 할 수 있다는 점에서 고유 한 당뇨병 zebrafish 모델을 설명<em> 생체 내</em>.
Abstract
당뇨병은 현재 346,000,000 개인에 영향을 미치는이는 2030 년까지 400,000,000로 증가 할 것으로 예상된다. 실험실과 대규모 임상 시험 모두에서 증거가 당뇨병 합병증이 진행이 글루 세믹 컨트롤이 약물 달성에도 신진 대사 메모리의 현상을 통해 unimpeded 것을 밝혔다. 유전자 발현이 안정적으로 세포와 생물 신속하게 환경 자극 변화에 대응하는 것을 허용하지 만 epigenetic 변화를 통해 변경뿐만 아니라 이러한 자극이 제거 한 번 발생 "기억"할 수있는 세포의 기능을 부여 할 수 있습니다. 따라서, 이러한 메커니즘은 신진 대사 메모리 현상에서 재생하는 역할은 현재 검토되고있다.
우리는 최근 유형 I 당뇨병의 zebrafish 모델의 개발을보고와 관련 변경 사항을 포함 알려진 보조 합병증을 표시하지 해당 당뇨병 zebrafish를 표시하려면이 모델을 특징으로 한당뇨병 성 망막증, 당뇨병 nephropathy 및 장애자 상처 치유와뿐만 아니라 장애인 꼬리 지느러미 재생을 나타냅니다. 이 모델은 zebrafish가 손상된 췌장을 다시 생성 및 사후 이식 인간 환자에 예상되어지는 것과 유사한 euglycemic 상태를 복원 할 수 있다는 특징이다. 또한, 꼬리 지느러미 절단의 여러 라운드는 이전의 당뇨병 상태에서 잠재적 복잡한 요인이없는 생체 시스템에서의 순수한 epigenetic 효과의 분리 및 유학 수 있습니다. euglycemia은 췌장 재생에 따라 달성 있지만, 지느러미 재생 및 피부 상처 치유의 당뇨병 차 합병증이 무한정 지속된다. 장애인 지느러미 재생의 경우,이 병리학도 딸의 지느러미 조직의 지느러미 재생의 여러 라운드 후 유지됩니다. 이러한 관찰은 신진 대사 메모리 상태에서 기존의 기본 epigenetic 프로세스를 가리 킵니다. 여기 성공적으로 세대에게 필요한 방법을 제시생선의 당뇨병과 신진 대사 메모리 그룹을 제거했다이 모델의 장점에 대해 설명합니다.
Introduction
당뇨병 (DM)은 심각한 성장하는 건강 문제입니다 질병 특정 microvascular (성 망막증, nephropathy, 신경 장해, 장애 상처 치유)와 macrovascular (심장 질환과 뇌졸중) 합병증이 1 인해 감소 수명 결과입니다. 일단 시작, 당뇨 합병증은 글루 세믹 컨트롤이 2,3를 달성 경우에도 중단 발전을 계속하고 이러한 현상은 신진 대사 메모리 또는 기존 효과를 칭했다되었습니다. 이러한 현상의 존재는, "당뇨병 관리 및 합병증 시험 (DCCT)"진행하고 있기 때문에 여러 추가 임상 시험 4,5,6,7,8,9,10에 의해 지원 된과 1990 년대 초반 동안 임상 적으로 인정 받았습니다 11,12,13,14. DM의 동물 모델은 당뇨병 합병증 및 신진 대사 메모리의 patho – 생리학에 관한 발견에 중요했습니다. 사실, 당뇨병 합병증의 지속성 먼저 당뇨병의 개 모델에 문서화 된어떤 성 망막증은 이후 체외 문화 시스템 및 동물 모델 15,16,17,18,19,20,21에서 다양한을 사용하여 실험 증거의 여러 라인에 의해 지원되었습니다. 이러한 연구는 명확 대상 기관 / 세포의 영구적 인 이상 (비정상 유전자 발현 포함)과 mechanistically 초기 hyperglycemic 기간 결과가 epigenome의 참여를 제안하는 보여줍니다.
Epigenomes는 특정 세포 유형에 대한 모든 염색질 수정으로 구성되어 있으며 세포의 독특한 유전자 발현 프로파일에 대한 책임을 져야합니다. 염색체 개조, 개발, 지원 세포 분화 동안 동적 외부 자극에 민감하게 반응, mitotically 안정적으로 22,23을 계승하고 질병 24,25,26에서 변경 될 수 있습니다. 이러한 epigenetic 메커니즘은 다음과 같습니다 : 병진 히스톤 수정, octomers의 비표준 히스톤 변형 포함, DNA의 methylation을 통해 염색질 액세스 변경, 유전자를 게시마이크로 RNAs에게 27,28,29,30을 비 코딩을 통해 표현 제어 할 수 있습니다. 개의 epigenetic 프로세스가 세포 / 유기체를 신속하게 환경 자극 할 31,32,33 변화에 대응 할 수 있도록, 그들은 또한 이러한 자극은 23,22을 제거 한 번 발생 "기억"할 수있는 셀에 대한 능력을 부여. epigenetic 과정에서 발생하는 변경된 유전자 발현 프로필을 시작한 신호의 부재 (들)에 안정되어 있으며 세포 분열을 통해 물려 전할 수있는 아르 그러므로, 그들은 신진 대사 메모리를 포함한 인간 pathologies의 분자 메커니즘을 근간으로 큰 관심을 받고있다. DM 및 epigenetics 고혈당증에 의해 유도 epigenetic 변화의 과다는 세포의 전사 네트워크에서 놀라운 영구적 인 변경 사항 (34,35,36,37,38에서 검토)의 원인이 다른 질병에서 병렬 발전의 맥락에서 등장하고 결과를 표시합니다.
zebrafish은 오래 스튜에 최고의 모델 생물되었습니다마구 척추 개발하지만 지난 15 년은 인간의 질병 연구를 위해이 유전자를 활용의 기하 급수적 성장. 39 보여줬습니다. 인간의 질병의 Zebrafish 모델은 유전 적 장애와 획득 질병 40,41,42 등의 인간 pathologies의 다양한 걸쳐 설립되었습니다. 다른 척추 동물 모델 생물을 통해 zebrafish의 많은 장점은 높은 생산력, 짧은 세대 시간, 초기 성인기를 통해 투명성, 감소 주택 비용과 유전자 조작 도구의 배열이 포함되어 있습니다. 또한, vertebrates 높은 처리량 약물 검사를 수행 할 수있는 능력 간의 유전 적 경로 및 세포 생리학의 광범위한 보존으로 인해, zebrafish이 성공적으로 제약 검색에 사용되었습니다.
우리는 diabetogenic 약물, streptozocin을 사용하여 유형 I 당뇨병의 성인 zebrafish 모델을 개발했습니다. 우리는 당뇨병 zebrafish 께를 표시하려면이 모델을 특징 없습니다t는 알려진 인간의 보조 합병증을 표시하지만,뿐만 아니라, hyperglycemic 환경의 결과로 장애인 사지 재생 (꼬리 지느러미 재생)을 나타냅니다. 또한, 우리는 hyperglycemic의 zebrafish는 생리 학적으로 정상 글루 세믹 상태의 결과로 내생 췌장 베타 세포의 재생으로 인해 약물 제거의 2 주 이내에 정상으로 glycemia으로 되돌아 것으로보고있다. 이 합병증은 계속하고 신진 대사 메모리에 민감합니다 나타내는 급성 당뇨병 상태에서 그러나 반면,이 물고기의 사지 재생은 동일한 범위에 장애인 남아있다. 이 모델을 생성하기위한 주요 원동력은 이전 hyperglycemic 환경의 배경 소음이없는 상태에서 신진 대사 메모리 현상을 지원하는 mitotically 안정적인 epigenetic 구성 요소를 연구하는 시스템을 제공하는 것이 었습니다. 프로토콜의 결론에서 zebrafish 혹은 선택적 조직이 resea에 적합한 모든 분석에 의해 처리 될 수 있습니다 여기에 제공된rchers이 필요합니다. 우리는 성공적으로 신진 대사 메모리 상태 21 유지 고혈당증에 의해 유도 DNA의 methylation의 게놈 전체의 영구적 인 변경 사항을 확인하려면이 절차를 사용했습니다.
우리는 유형 I 당뇨병이 zebrafish 모델은 신진 대사 메모리를 검사에 대한 다른 모델 시스템을 통해 여러 가지 혁신적인 장점을 가지고 있다는 느낌이 듭니다. 1) 우리의 연구는 모두 생체 실시 할 수 있으며, 이전 hyperglycemic 물고기는 내생 인슐린 생산의 재생을 통해 euglycemia로 돌아갑니다으로, 그들은 외인성 인슐린 주사를 필요로하지 않습니다. 따라서이 외인성 인슐린을 필요로하는 동물에서 발생할 수있는 글루 세믹 컨트롤에서 복잡 스파이크와 계곡을 방지합니다. 2) 위의 설명에 따라 이전 당뇨병 상태 (즉, 고급 glycation 최종 제품과 반응성 산소 종 마커의 지속적인 존재)에서 배경 자극이 제거되며 따라서 하나는 순수 epig을 검사 할 수 있습니다으로신진 대사의 메모리 enetic 요인. 이 대사 메모리 검사까지 당뇨병 유도에서 약 80 일이 소요으로 3) 실험은 빠르게 수행 할 수 있습니다. 4) 꼬리 지느러미 재생이 실험적으로 매우 가까이 있으며, 도구의 광대 한 배열이되는 쉬운 유전 및 실험 조작 할 수 있습니다. 5) 꼬리 지느러미 재생는 신진 대사가 기억을 평가하고 따라서 미래의 약물 발견을위한 수있는 매우 간단하고 객관적 방법을 제공합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
당뇨병은 처음 궁극적으로 euglycemia이 제약 개입 불구하고 달성 한 후 모든에도 계속 많은 합병증으로 이어지는 혈관 손상에 결과 고혈당증로 진단 신진 대사 dysregulation의 질병입니다. 합병증의 지속성은 신진 대사 메모리와 여러 가지 최근의 연구 epigenetic 메커니즘이 현상에서 재생하는 역할을 검토 한라고도합니다. 여기 급성 당뇨병과 신진 대사 메모리 (복원 포도당 제어) zebrafish 모두의 세대?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 Iacocca 가족 재단, 로잘린 프랭클린 대학 시동 기금 및 건강 그랜트 DK092721 국립 연구소 (RVI까지)에서 연구 보조금에 의해 지원되었다. 저자는 원고 준비에 도움을 니키 Intine 감사하고 싶습니다.
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. |
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