Данио рерио модели сахарного диабета и метаболических памяти

Summary

Метаболическая память явления, которые диабетических осложнений сохраняться и развиваться беспрепятственно, даже после euglycemia достигается фармацевтически. Здесь мы опишем сахарного диабета у рыбок данио модель, которая уникальна тем, что она позволяет рассмотрении митотически передаваться эпигенетические компонентов метаболического памяти<em> В естественных условиях</em>.

Abstract

Сахарный диабет в настоящее время затрагивает 346 миллионов лиц, и это, по прогнозам, увеличится до 400 миллионов к 2030 году. Данные из обеих лабораторий и крупных клинических испытаний показали, что диабетические осложнения прогресса беспрепятственно через явления метаболической памяти, даже когда гликемического контроля является фармацевтически достигнута. Экспрессия генов может быть стабильно изменены через эпигенетические изменения, которые позволяют не только клеток и организмов быстро реагировать на изменяющиеся внешние стимулы, но и придает способность клетки "запоминают" это встречается один раз стимул удаляется. Таким образом, роль, которую играют эти механизмы в метаболических явление памяти в настоящее время изучаются.

Недавно мы сообщили о разработке рыбок данио модели типа I сахарного диабета и характеризуется эту модель, чтобы показать, что диабетическая рыбок данио не только отображать известные вторичные осложнения, в том числе изменений, связанныхс диабетической ретинопатии, диабетической нефропатии и ухудшение заживления ран, но также демонстрируют нарушение хвостового плавника регенерации. Эта модель уникальна тем, что у рыбок данио способны к регенерации поврежденных свою поджелудочную железу и восстановлению euglycemic состояние, подобное тому, что можно было бы ожидать в период после трансплантации человеческих пациентов. Кроме того, несколько раундов хвостового плавника позволяют ампутации для разделения и изучения чистых эпигенетические эффекты в системе естественных условиях без потенциальных осложняющих факторов из предыдущего состояния диабетом. Хотя euglycemia достигается после регенерации поджелудочной железы, диабетические осложнения вторичной регенерации плавников и исцеления ран кожи сохраняется на неопределенный срок. В случае нарушения регенерации плавников, эта патология сохраняется даже после нескольких раундов плавник регенерации в тканях дочь плавник. Эти наблюдения указывают на основных эпигенетических процессов, существующих в метаболическое состояние памяти. Здесь мы представляем методы, необходимые для успешного поколенияerate диабетом и метаболическим памяти групп рыб и обсудить преимущества этой модели.

Introduction

Сахарный диабет (СД) является серьезной и растущей проблемой здравоохранения, что приводит к сокращению продолжительности жизни из-за болезни конкретного микрососудистых (ретинопатия, нефропатия, нейропатия, нарушение заживления ран) и макро (болезни сердца и инсульта) осложнений ^1. Как только начато, диабетические осложнения продолжают прогрессировать непрерывно, даже когда гликемический контроль достигается за ^2,3, и это явление получило название метаболического памяти или наследие эффект. Наличие этого явления была признана клинически в начале 1990-х годов как "контролю диабета и осложнений (DCCT)" прогрессировал и с тех пор поддерживает несколько дополнительных клинических испытаний ^{4,5,6,7,8,9,10, 11,12,13,14.} Животные модели DM были важны для открытий, связанных с патофизиологии осложнений диабета и метаболических памяти. В самом деле, сохранение диабетических осложнений была впервые зарегистрирована в собачьей модели диабетическойретинопатия, которая впоследствии была поддержана несколькими линиями экспериментальных данных с использованием различных в пробирке культуру систем и животных моделях ^{15,16,17,18,19,20,21.} Эти исследования ясно показывают, что начальный период гипергликемии приводит к постоянному нарушений (в том числе аберрантной экспрессии генов) органов-мишеней / клетки и механистически предполагает участие эпигенома.

Epigenomes состоит из всех модификаций хроматина для данного типа клеток и отвечает за уникальный профиль экспрессии генов клетки. Хромосомы изменения являются динамическими в процессе развития, дифференцировки клеток поддержки, которые реагируют на внешние раздражители, которые митотически стабильно наследуется ^22,23 и могут быть изменены при болезни ^24,25,26. Эти эпигенетические механизмы включают в себя: посттрансляционных модификации гистонов, неканонические гистонов включения вариант в octomers, хроматин доступ изменений через метилирование ДНК и геновВыражение управления через некодирующих РНК, микро ^27,28,29,30. В общей сложности эпигенетические процессы позволяют клеток / организмов быстро реагировать на изменяющиеся внешние стимулы ^31,32,33, они также предоставляют возможности для клетки "запоминают" это встречается один раз стимул удаляется ^23,22. Поэтому, как измененное профили экспрессии генов в результате эпигенетических процессов являются стабильными при отсутствии сигнала (ы), которая инициировала их и наследственные через деление клеток, они приобрели большой интерес как молекулярные механизмы, лежащие в основе патологий человека, включая метаболическую память. Результаты, которые возникают в контексте DM и эпигенетика параллельных достижений в области других заболеваний, в том, что множество эпигенетических изменений, вызванных гипергликемией привести к замечательным стойкие изменения транскрипционных сетей клеток (обзор в ^{34,35,36,37,38).}

Данио уже давно премьер-министр организм модель студентовду развития позвоночных, однако в последние 15 лет наблюдается экспоненциальный рост использования этого организма для изучения человеческих болезней. ^39. Данио рерио моделей человеческих болезней были созданы охватывающих широкий спектр человеческих патологий, в том числе генетические нарушения и приобретенные болезни ^40,41,42. Много преимуществ по сравнению с другими рыбок данио модельных организмов позвоночных включает высокую плодовитость, короткие сроки поколения, прозрачности за счет раннем взрослом возрасте, снижение затрат на жилье и набор инструментов для генной манипуляции. Кроме того, благодаря широкому сохранению генетических путей и клеточной физиологии среди позвоночных и способность выполнять высокие показы наркотиков пропускную способность, рыбок данио была успешно использована для фармацевтических открытий.

Мы разработали взрослые модели рыбок данио тип I сахарного диабета использовании сахарного диабета наркотиков, стрептозоцин. Мы охарактеризовали эту модель, чтобы показать, что диабетическая рыбок данио нетт отображать только известных человеческих вторичных осложнений, но, кроме того, обладают нарушенной регенерации конечностей (хвостовой плавник регенерации) вследствие гипергликемии окружающей среды. Кроме того, мы сообщили, что гипергликемическое рыбок данио вернуться к нормальной гликемии через 2 недели после удаления препарата за счет регенерации эндогенных бета-клеток поджелудочной железы в результате физиологически нормального гликемического состояния. Однако, в отличие от конечностей регенерации у этих рыб остается нарушениями в той же степени, как в остром состоянии диабетической указывает это осложнение сохраняется и восприимчив к метаболической памяти. Основным стимулом для создания этой модели было создание системы для изучения митотически стабильный эпигенетические компоненты, которые поддерживают метаболические явление памяти в отсутствие фонового шума из предыдущих окружающей среды гипергликемии. В заключении протокола, представленная здесь рыбок данио и или селективные ткани могут быть обработаны любым подходящим для анализа исследовrchers нуждается. Мы успешно использовали эту процедуру для определения генома стойкие изменения метилирования ДНК индуцированных гипергликемией, которые ведутся в метаболическое состояние памяти ^21.

Мы считаем, что это данио модели типа I сахарный диабет имеет ряд инновационных преимуществ перед другими системами моделью для изучения метаболических памяти. 1) Все наши исследования могут проводиться в естественных условиях и в предыдущем рыбы гипергликемическое вернуться к euglycemia через восстановление эндогенного инсулина, они не требуют экзогенных инъекции инсулина. Таким образом, это позволяет избежать осложняющих шипы и долин в гликемического контроля, которые могут возникнуть у животных, требует экзогенного инсулина. 2) Как описано выше, на фоне стимуляции от предыдущего состояния диабетической (то есть продолжающееся присутствие гликирования конечных продуктов и реактивных форм кислорода маркеров) будут устранены, и поэтому можно рассмотреть чисто epigenetic факторами метаболических памяти. 3) эксперименты могут быть выполнены быстро, как это требуется около 80 дней, от диабета до индукции метаболических экспертиза памяти. 4) Хвостовой плавник регенерации экспериментально очень доступным и позволяет легко генетической и экспериментальной манипуляции, для которых существует широкий спектр инструментов. 5) Хвостовой плавник регенерации обеспечивает очень простой и количественных методов для оценки метаболической памяти и, следовательно, позволит будущим лекарств.

Protocol

Все процедуры выполняются в соответствии с инструкциями описано в разделе "Принципы ухода за животными лаборатория" (Национальные Институты Здоровья публикации нет. 85-23, пересмотренная 1985) и утвержденным Розалинд Франклин университета Институциональные уходу и использованию жи…

Representative Results

Тип I диабетической рыбок данио не только отображать известные вторичных осложнений ретинопатии и нефропатии, но и обладают дополнительными осложнения: нарушение регенерации хвостового плавника. Это позже осложнений сохраняется в связи с метаболическим памяти рыб, которые восстанов…

Discussion

Сахарный диабет является заболеванием метаболической регуляции, первоначально диагноз гипергликемии, что в конечном итоге приводит к повреждению кровеносных сосудов приводит ко многим осложнениям, которые все сохраняются даже после euglycemia достигается хотя фармацевтического вмешат?…

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.