मधुमेह और मेटाबोलिक मेमोरी का एक zebrafish मॉडल

Summary

मेटाबोलिक स्मृति घटना है जिसके द्वारा मधुमेह जटिलताओं जारी रहती है और बाद भी बेरोक euglycemia pharmaceutically हासिल की है प्रगति है. यहाँ हम एक मधुमेह हो सकता zebrafish मॉडल जो अद्वितीय है कि यह चयापचय स्मृति के mitotically संक्रामक epigenetic घटकों के परीक्षा के लिए अनुमति देता है वर्णन<em> Vivo में</em>.

Abstract

मधुमेह mellitus वर्तमान में 346 मिलियन व्यक्तियों को प्रभावित करता है और यह करने के लिए 2030 तक 400 मिलियन वृद्धि का अनुमान है. दोनों प्रयोगशाला और बड़े पैमाने पर नैदानिक ​​परीक्षणों के साक्ष्य से पता चला है कि मधुमेह जटिलताओं प्रगति चयापचय स्मृति जब भी glycemic नियंत्रण pharmaceutically हासिल की है की घटना के माध्यम से बेरोक. जीन अभिव्यक्ति stably epigenetic परिवर्तन है जो न केवल कोशिकाओं और जीवों जल्दी पर्यावरण उत्तेजनाओं को बदलने के लिए प्रतिक्रिया करने के लिए अनुमति देने के माध्यम से बदल किया जा सकता है, लेकिन यह भी सेल की क्षमता मन्त्रणा करना "याद" एक बार इन मुठभेड़ों प्रोत्साहन निकाल दिया जाता है. जैसे, भूमिकाओं वर्तमान में जांच कर रहे हैं कि इन तंत्रों चयापचय स्मृति घटना में खेलने जा रहा है.

हम हाल ही में प्रकार मैं मधुमेह के एक zebrafish मॉडल के विकास की सूचना दी है और इस मॉडल की विशेषता है कि मधुमेह zebrafish दिखाने के लिए न केवल जुड़े परिवर्तन सहित ज्ञात माध्यमिक जटिलताओं प्रदर्शितमधुमेह रेटिनोपैथी, मधुमेह अपवृक्कता और बिगड़ा घाव भरने के साथ, लेकिन यह भी बिगड़ा दुम फिन उत्थान प्रदर्शन. इस मॉडल कि zebrafish करने के लिए अपने क्षतिग्रस्त अग्न्याशय पुनर्जीवित और एक euglycemic क्या प्रत्यारोपण के बाद मानव रोगियों में उम्मीद की जा करने के लिए इसी तरह राज्य को बहाल करने में सक्षम है में अद्वितीय है. इसके अलावा, दुम फिन विच्छेदन के कई दौर जुदाई और शुद्ध epigenetic प्रभाव के अध्ययन में पिछले मधुमेह राज्य से संभावित उलझी कारकों के बिना vivo प्रणाली में के लिए अनुमति देते हैं. हालांकि euglycemia अग्नाशय के उत्थान के बाद हासिल की है, पंख उत्थान है और त्वचा के घाव भरने के मधुमेह माध्यमिक जटिलता अनिश्चित बनी हुई है. बिगड़ा फिन उत्थान के मामले में, इस विकृति बेटी पंख ऊतकों में पंख उत्थान के कई दौर के बाद भी बनाए रखा है. इन टिप्पणियों के एक अंतर्निहित epigenetic चयापचय स्मृति राज्य में मौजूदा प्रक्रिया को इंगित. यहाँ हम सफलतापूर्वक जनरल आवश्यक तरीके मौजूदमधुमेह और चयापचय मछली की स्मृति समूहों erate और इस मॉडल के लाभों पर चर्चा.

Introduction

मधुमेह (डीएम) एक गंभीर और बढ़ती स्वास्थ्य समस्या है कि कम जीवन प्रत्याशा में रोग विशिष्ट microvascular (रेटिनोपैथी, अपवृक्कता, न्युरोपटी, बिगड़ा हुआ घाव भरने) और (हृदय रोग और स्ट्रोक) macrovascular जटिलताओं ¹ के कारण परिणाम है. एक बार शुरू की, मधुमेह जटिलताओं के लिए निर्बाध भी जब glycemic नियंत्रण ^2,3 हासिल की है प्रगति जारी है और इस घटना चयापचय स्मृति या विरासत प्रभाव करार दिया गया है. इस घटना की उपस्थिति चिकित्सकीय "मधुमेह नियंत्रण और जटिलताओं परीक्षण (DCCT) से प्रगति की है और के बाद से कई अतिरिक्त नैदानिक ​​परीक्षणों ^{4,5,6,7,8,9,10} द्वारा समर्थित किया गया के रूप में 1990 के दशक के दौरान मान्यता प्राप्त किया गया ^{था, 11,12,13,14.} डीएम के पशु मॉडल मधुमेह जटिलताओं और चयापचय स्मृति के फिजियोलॉजी Patho संबंधित खोजों के लिए आलोचना की गई है. वास्तव में, मधुमेह की जटिलताओं के हठ 1 मधुमेह के एक कुत्ते मॉडल में लिखा गया थाजो रेटिनोपैथी के बाद से इन विट्रो संस्कृति प्रणालियों और पशु मॉडल ^{15,16,17,18,19,20,21} में एक किस्म का उपयोग कर प्रयोगात्मक सबूत के कई लाइनों के द्वारा समर्थन किया गया है. इन अध्ययनों से स्पष्ट रूप से पता चलता है कि लक्ष्य अंगों / कोशिकाओं के स्थायी असामान्यताओं (न्यायपालिका जीन अभिव्यक्ति सहित) में और mechanistically एक प्रारंभिक hyperglycemic अवधि परिणाम epigenome की भागीदारी से पता चलता है.

Epigenomes एक दिया सेल प्रकार के लिए सभी chromatin संशोधनों से मिलकर बनता है और एक सेल अद्वितीय जीन अभिव्यक्ति प्रोफ़ाइल के लिए जिम्मेदार हैं. गुणसूत्र संशोधनों विकास, समर्थन सेल भेदभाव के दौरान गतिशील हैं, बाहरी उत्तेजनाओं के लिए उत्तरदायी हैं, mitotically stably रहे हैं ^22,23 विरासत में मिला है और ^24,25,26 रोग में बदला जा सकता है. इन epigenetic तंत्र में शामिल हैं: translational histone संशोधनों, गैर विहित octomers में histone variant शामिल किए जाने, chromatin डीएनए मेथिलिकरण के माध्यम से उपयोग परिवर्तन, और जीन पोस्टसूक्ष्म RNAs ^27,28,29,30 गैर – कोडिंग के माध्यम से अभिव्यक्ति नियंत्रण. कुल मिलाकर, epigenetic प्रक्रियाओं कोशिकाओं / जीवों जल्दी पर्यावरण उत्तेजनाओं ^31,32,33 को बदलने के लिए प्रतिक्रिया करने के लिए अनुमति देते हैं, वे भी सेल के लिए क्षमता के लिए "याद" एक बार इन मुठभेड़ों प्रोत्साहन ^23,22 निकाल दिया जाता है प्रदान करते हैं. इसलिए, के रूप में बदल जीन की अभिव्यक्ति प्रोफाइल epigenetic प्रक्रियाओं से उत्पन्न संकेत के अभाव (s) है कि उन्हें शुरू की में स्थिर कर रहे हैं और कोशिका विभाजन के माध्यम से पैतृक, वे अंतर्निहित चयापचय स्मृति सहित मानव विकृतियों के आणविक तंत्र के रूप में महान ब्याज अर्जित किया है. परिणाम है कि डीएम और अन्य रोगों epigenetic hyperglycemia द्वारा प्रेरित परिवर्तन की एक बहुतायत है कि कोशिकाओं के transcriptional नेटवर्क में उल्लेखनीय लगातार परिवर्तन ^{(34,35,36,37,38} में समीक्षा) के कारण में समानांतर प्रगति epigenetics के संदर्भ में उभर रहे हैं.

zebrafish लंबे समय से एक प्रमुख मॉडल छात्रों के जीव किया गया हैवि हड्डीवाला विकास लेकिन पिछले 15 वर्षों के मानव रोग के अध्ययन के लिए इस जीव के उपयोग में एक घातीय वृद्धि ^39. देखा गया है. मानव रोग के Zebrafish मॉडल आनुवंशिक विकारों और अधिग्रहीत रोग ^40,41,42 सहित मानव विकृतियों की एक विस्तृत श्रृंखला फैले स्थापित किया गया है. अन्य हड्डीवाला मॉडल जीवों पर zebrafish के कई फायदे उच्च उपजाऊपन, लघु पीढ़ी समय, जल्दी वयस्कता के माध्यम से पारदर्शिता, कम आवास की लागत और जीन हेरफेर के लिए उपकरणों की एक सरणी शामिल हैं. इसके अलावा, रीढ़ और उच्च throughput दवा चोकर प्रदर्शन करने की क्षमता के बीच आनुवंशिक और सेलुलर शरीर क्रिया विज्ञान के रास्ते में से एक व्यापक संरक्षण के कारण, zebrafish सफलतापूर्वक किया गया है दवा की खोज के लिए इस्तेमाल किया.

हम प्रकार मैं मधुमेह मधुमेहजनक दवा, streptozocin का उपयोग हो सकता है की एक वयस्क zebrafish मॉडल विकसित किया है. हम इस मॉडल की विशेषता है कि मधुमेह zebrafish नहीं दिखाने केटी केवल ज्ञात मानव माध्यमिक जटिलताओं को प्रदर्शित करते हैं, लेकिन इसके अलावा में, hyperglycemic वातावरण का एक परिणाम के रूप में प्रदर्शन बिगड़ा अंग उत्थान (दुम फिन पुनर्जनन). इसके अतिरिक्त, हम सूचित किया है कि hyperglycemic zebrafish सामान्य glycemia वापस दवा अंतर्जात अग्नाशय बीटा एक physiologically सामान्य glycemic राज्य में जिसके परिणामस्वरूप कोशिकाओं के उत्थान के कारण हटाने के 2 हफ्तों के भीतर वापस. हालांकि, इसके विपरीत में, इन मछलियों में अंग उत्थान उसी हद तक बिगड़ा रहता तीव्र मधुमेह का संकेत राज्य के रूप में इस समस्या बनी रहती है और चयापचय स्मृति की संभावना है. इस मॉडल के उत्पादन के लिए मुख्य प्रेरणा कि पिछले hyperglycemic पर्यावरण की पृष्ठभूमि शोर के अभाव में चयापचय स्मृति घटना का समर्थन mitotically स्थिर epigenetic घटकों का अध्ययन करने के लिए एक प्रणाली प्रदान करने के लिए गया था. प्रोटोकॉल के समापन पर यहाँ प्रदान zebrafish और या चुनिंदा ऊतकों किसी भी resea के लिए उपयुक्त परख द्वारा संसाधित किया जा सकता हैrchers की जरूरत है. हम सफलतापूर्वक इस प्रक्रिया का इस्तेमाल किया है डीएनए मेथिलिकरण में जीनोम चौड़ा लगातार परिवर्तन hyperglycemia द्वारा प्रेरित है कि चयापचय स्मृति ²¹ राज्य में रखा जाता है की पहचान.

हमें लगता है कि मैं प्रकार मधुमेह के इस zebrafish मॉडल चयापचय स्मृति की जांच के लिए कई अभिनव अन्य मॉडल प्रणाली से अधिक लाभ है. 1) हमारे अध्ययन के सभी vivo में आयोजित किया जा सकता है और के रूप में पिछले hyperglycemic मछली अंतर्जात इंसुलिन के उत्पादन के उत्थान माध्यम से euglycemia के लिए वापस, वे exogenous इंसुलिन इंजेक्शन की आवश्यकता नहीं है. इसलिए, इस उलझी spikes और glycemic नियंत्रण में घाटियों कि exogenous इंसुलिन की आवश्यकता पशुओं में हो सकता है से बचा जाता है. 2) के रूप में ऊपर वर्णित है, पिछले मधुमेह राज्य (यानी उन्नत glycation अंत उत्पादों और प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों मार्करों की निरंतर उपस्थिति) से पृष्ठभूमि उत्तेजना का सफाया कर रहे हैं और इसलिए एक विशुद्ध रूप से epig की जांच कर सकते हैंचयापचय स्मृति के enetic कारकों. 3) प्रयोगों तेजी से किया जा सकता है के रूप में यह चयापचय स्मृति परीक्षा तक मधुमेह प्रेरण से लगभग 80 दिन लगते हैं. ) 4 दुम फिन उत्थान प्रयोगात्मक बहुत approachable और आसान आनुवंशिक और प्रयोगात्मक हेरफेर है जो वहाँ के लिए उपकरणों का एक विशाल सरणी के लिए अनुमति देता है. ) 5 दुम फिन उत्थान के लिए एक बहुत ही सरल और quantifiable चयापचय स्मृति का आकलन और इसलिए भविष्य दवाओं की खोज के लिए अनुमति देगा विधि प्रदान करता है.

Protocol

सभी प्रक्रियाओं में "प्रयोगशाला पशु की देखभाल के सिद्धांतों" के रूप में वर्णित दिशा निर्देशों (स्वास्थ्य प्रकाशन के राष्ट्रीय संस्थानों 85-23 नहीं, 1985 संशोधित) और अनुमोदित Rosalind फ्रेंकलिन विश्वविद्याल…

Representative Results

भ्रष्ट दुम फिन उत्थान: मैं न केवल मधुमेह zebrafish रेटिनोपैथी और अपवृक्कता के ज्ञात माध्यमिक जटिलताओं को प्रदर्शित करने के लिए, लेकिन यह भी एक अतिरिक्त जटिलता एक्ज़िबिट लिखें. यह बाद और मछली में चयापचय स्मृ?…

Discussion

मधुमेह mellitus चयापचय dysregulation का एक रोग, शुरू hyperglycemia, कि अंततः रक्त वाहिका जो सभी के बाद भी जारी रहती है euglycemia दवा हस्तक्षेप हासिल की है हालांकि कई जटिलताओं के लिए अग्रणी नुकसान में परिणाम के रूप में निदान है. जटिल?…

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.