JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Environment

Çevresel Kirleticilerin Zebrabalığı Larvaları Üzerindeki Nörodavranışsal Etkilerinin İncelenmi

Published: February 05, 2020
doi:
10.3791/60818
, , , ,
1State Key Laboratory of Marine Geology,Tongji University, 2Key Laboratory of Yangtze River Water Environment, Ministry of Education, College of Environmental Science and Engineering,Tongji University, 3Shanghai Collaborative Innovation Centre for WEEE Recycling,WEEE Research Center of 10 Shanghai Polytechnic University, 4Shanghai Institute of Pollution Control and Ecological Security

Summary

Bu makalede zebrabalığı larvaları modeli kullanılarak çevresel kirleticilerin nörodavranışsal toksisitesinin değerlendirilmesi için ayrıntılı bir deneysel protokol sunulmuştur, buna maruz kalma süreci ve nörodavranışsal göstergeler için testler de dahildir.

Abstract

Son yıllarda daha fazla çevresel kirleticiler nörotoksik kanıtlanmıştır, organizmaların erken gelişim aşamalarında özellikle. Zebra balığı larvaları çevresel kirleticilerin nörodavranışsal çalışması için önde gelen bir modeldir. Burada, zebra balığı larvaları kullanılarak çevre kirleticilerin nörotoksisitesinin değerlendirilmesi için ayrıntılı bir deneysel protokol sağlanmaktadır, embriyoların toplanması, maruz kalma süreci, nörodavranışsal göstergeler, test süreci ve veri analizi. Ayrıca, kültür ortamı, pozlama süreci ve deneysel koşullar, tsanın başarısını sağlamak için tartışılmıştır. Protokol psikopatik ilaçların geliştirilmesinde, çevresel nörotoksik kirleticiler üzerinde araştırma da kullanılmıştır ve ilgili çalışmalar yapmak veya mekanistik çalışmalar için yararlı olmak için optimize edilebilir. Protokol zebra balığı larvaları üzerinde nörodavranışsal etkileri incelemek için net bir çalışma süreci göstermektedir ve çeşitli nörotoksik maddeler veya kirleticilerin etkilerini ortaya çıkarabilir.

Introduction

Son yıllarda daha fazla çevresel kirleticiler nörotoksik kanıtlanmıştır1,2,3,4. Ancak, çevresel kirleticilere maruz kaldıktan sonra vivo nörotoksisite nin değerlendirilmesi endokrin bozulma veya gelişimsel toksisite kadar kolay değildir. Buna ek olarak, kirleticilere erken maruz kalma, özellikle çevre ile ilgili dozlarda, toksisite çalışmalarında artan dikkat çekti5,6,7,8.

Zebrabalığı çevresel kirleticilere maruz kaldıktan sonra erken gelişim sırasında nörotoksisite çalışmaları için uygun bir hayvan modeli olarak kurulmuştur. Zebra balıkları döllenme sonrası diğer türlere göre daha hızlı gelişen omurgalılardır. Korriondaki besinler 7 gün postfertilizasyon (dpf)9için onları sürdürmek için yeterli olduğu için larvaların beslenmesine gerek yoktur. Larvalar chorion dan ~ 2 dpf çıkmak ve gözlemlenebilir, izlenen, niceleme ve otomatik olarak davranış aletleri10,11,12,13 3-4 dpf14,15,16,17,18kullanarak analiz olabilir yüzme ve tornalama gibi davranışlar geliştirmek . Buna ek olarak, yüksek iş letimat testleri davranış araçları ile de gerçekleştirilebilir. Böylece, zebra balığı larvaları çevresel kirleticilerin nörodavranışsal çalışma için olağanüstü bir model19. Burada, zebra balığı larvaları üzerindeki çevresel kirleticilerin nörodavranışsal toksisitesini ışık uyaranları altında incelemek için yüksek iş lenme li izleme kullanılarak bir protokol sunulmaktadır.

Laboratuvarımız 2,2′,4,4′-tetrabromodiphenyl eter (BDE-47)20,21,6′-Hidroksi/Methoxy-2,2′, 4,4′-tetrabromodiphenyl eter (6-OH/MeO-BDE-47)22, deca-bromlu difen eter (BDE-29), nörodavranışsal toksisitesi inceledi ve ticari klorlu parafinler23 sunulan protokol kullanılarak. Birçok laboratuvarda da larva veya yetişkin balık24,25,26,27diğer kirleticilerin nörodavranışsal etkilerini incelemek için protokolü kullanın. Bu nörodavranışsal protokol, embriyonik zebra balığında bisfenol A ve replasman bisfenol S indüklenen erken hipotalamik nörogenezi gösteren mekanistik destek sağlamak için kullanılmıştır27. Buna ek olarak, bazı araştırmacılar ilgili çalışmaları gerçekleştirmek için protokolü optimize etti. Yakın zamanda yapılan bir çalışmada kazein kaplı altın nano tanecikleri (βCas AuNPs) kullanılarak kolay, yüksek iş sahibi zebra balığı modelinde amiloid beta (Aβ) toksisitesi ortadan kaldırılmıştır. Bu βCas AuNPs sistemik dolaşımda zebrafish larvaları kan-beyin bariyeri boyunca translocated ve ayrılmış intraserebral Aβ42, nonspesifik toksisite ortaya, davranışsal patoloji tarafından desteklenen şaperon benzeri bir şekilde,28.

Lokomotion, yol açısı, ve sosyal aktivite sunulan protokolde kirleticilere maruz kaldıktan sonra zebra balığı larvalarının nörotoksisite etkilerini incelemek için kullanılan üç nörodavranışsal göstergedir. Hareket, larvaların yüzme mesafesi ile ölçülür ve kirleticilere maruz kaldıktan sonra zarar görebilir. Yol açısı ve sosyal aktivite daha yakından beyin fonksiyonu ve merkezi sinir sistemi29ile ilişkilidir. Yol açısı yüzme yönü30göre hayvan hareket yolu açısı anlamına gelir. ~-180°-~+180° arasında sekiz açı sınıfı sistemde ayarlanır. Karşılaştırmayı basitleştirmek için, nihai sonuçtaki altı sınıf rutin dönüşler (-10° ~0°, 0°~+10°), ortalama dönüşler (-10° ~-90°, +10° ~+90°) ve duyarlı dönüşler (-180° ~-90°, +90°) olaraktanımlanır. İki balıklı sosyal aktivite, grup şolama davranışının temelini oluşturmaktadır; burada < 0.5 cm'lik bir mesafe iki larva arasında geçerli sosyal temas olarak tanımlanır.

Burada sunulan protokol zebra balığı larvaları üzerinde nörodavranışsal etkileri incelemek için net bir süreç göstermektedir ve çeşitli maddeler veya kirleticilerin nörotoksisite etkilerini ortaya çıkarmak için bir yol sağlar. Protokol, çevresel kirleticilerin nörotoksisitesini incelemek isteyen araştırmacılara fayda sağlayacak.

Protocol

Protokol, Tongji Üniversitesi Hayvan Etik Komitesi tarafından onaylanan yönergelere uygundur. 1. Zebra balığı embriyo toplama Maruz kalmadan önceki gece yumurtlama kutusuna iki çift sağlıklı yetişkin Tubingen zebra balığı koyun, seks oranını 1:1’de tutarak. Ertesi sabah gün ışığından sonra yetişkin balığı sisteme 30-60 dk geri kaldırın. Embriyoları yumurtlama kutusundan çıkarın. Embriyoları sistem suyuyla durulayın.</li…

Representative Results

Burada, insan balıkları kullanarak çevresel kirleticilerin nörodavranışsal etkilerini araştırmak için bir protokol uyguluyoruz. Girişte hareket, yol açısı ve sosyal aktivite testleri tanımlanır. Mikroplakaların hareket ve yol açısı testlerinde kurulumu ve yazılımın görüntüleri aşağıda gösterilmiştir. Ayrıca, kendi araştırma sonuçlarımız örnek olarak sunulmuştur. İki çalışma, BDE-47 ve 6-OH/MeO-BDE-47’ye maruz kaldıktan sonra hareket ve yol açıs…

Discussion

Bu çalışma, zebra balığı larvaları kullanarak çevresel kirleticilerin nörotoksisitesini değerlendirmek için ayrıntılı bir deneysel protokol sağlar. Zebra balığı maruz kalma döneminde embriyolardan larvalara kadar olan süreçten geçer, bu da embriyo ve larvaların iyi bakımının şart olduğu anlamına gelir. Embriyo ve larvagelişimini etkileyen her şey nihai sonucu etkileyebilir. Burada kültür ortamı, pozlama süreci ve deneysel koşullar tüm tsay başarısını sağlamak için tartışılmı…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (21876135 ve 21876136), Çin Ulusal Büyük Bilim ve Teknoloji Projesi (2017ZX07502003-03, 2018ZX07701001-22), MOE-Şangay Vakfı tarafından mali destek için müteşekkir Çocuk Çevre Sağlığı Temel Laboratuvarı (CEH201807-5) ve İsveç Araştırma Konseyi (No. 639-2013-6913).

Materials

48-well-microplate Corning 3548 Embyros housing
6-well-microplate Corning 3471 Embyros housing
BDE-47 AccuStandard 5436-43-1 Pollutant
DMSO Sigma 67-68-5 Cosolvent
Microscope Olympus SZX 16 Observation instrument
Pipette Eppendorf 3120000267 Transfer solution
Zebrabox Viewpoint ZebraBox Behavior instrument
Zebrafish Shanghai FishBio Co., Ltd. Tubingen Zebrafish supplier
ZebraLab Viewpoint ZebraLab Behavior software
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Sun, L., et al. Developmental neurotoxicity of organophosphate flame retardants in early life stages of Japanese medaka (Oryzias latipes). Environmental Toxicology and Chemistry. 35 (12), 2931-2940 (2016).
  2. Tian, L., et al. Neurotoxicity induced by zinc oxide nanoparticles: age-related differences and interaction. Scientific Reports. 5, 16117 (2015).
  3. Rauh, V. A., Margolis, A. E. Research review: environmental exposures, neurodevelopment, and child mental health-new paradigms for the study of brain and behavioral effects. Journal of Child Psychology and Psychiatry. 57 (7), 775-793 (2016).
  4. Ye, B. S., Leung, A. O. W., Wong, M. H. The association of environmental toxicants and autism spectrum disorders in children. Environmental Pollution. 227, 234-242 (2017).
  5. Schwarzenbach, R. P., Gschwend, P. M., Imboden, D. M. . Environmental Organic Chemistry. , (2016).
  6. Akortia, E., et al. A review of sources, levels, and toxicity of polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) and their transformation and transport in various environmental compartments. Environmental Reviews. 24 (3), 253-273 (2016).
  7. Shaw, B. J., Liddle, C. C., Windeatt, K. M., Handy, R. D. A critical evaluation of the fish early-life stage toxicity test for engineered nanomaterials: experimental modifications and recommendations. Archives of Toxicology. 90 (9), 2077-2107 (2016).
  8. Landrigan, P. J., et al. Early environmental origins of neurodegenerative disease in later life. Environmental Health Perspectives. 113 (9), 1230-1233 (2005).
  9. Xu, T., Yin, D. The unlocking neurobehavioral effects of environmental endocrine disrupting chemicals. Current Opinion in Endocrine and Metabolic Research. 7, 9-13 (2019).
  10. Panula, P., et al. Modulatory neurotransmitter systems and behavior: towards zebrafish models of neurodegenerative diseases. Zebrafish. 3 (2), 235-247 (2006).
  11. Félix, L. M., Antunes, L. M., Coimbra, A. M., Valentim, A. M. Behavioral alterations of zebrafish larvae after early embryonic exposure to ketamine. Psychopharmacology. 234 (4), 549-558 (2017).
  12. Bailey, J. M., et al. Persistent behavioral effects following early life exposure to retinoic acid or valproic acid in zebrafish. Neurotoxicology. 52, 23-33 (2016).
  13. Richendrfer, H., Créton, R. Automated High-throughput Behavioral Analyses in Zebrafish Larvae. Journal of Visualized Experiments. (77), e50622 (2013).
  14. Best, J. D., Alderton, W. K. Zebrafish: An in vivo model for the study of neurological diseases. Neuropsychiatric Disease & Treatment. 4 (3), 567-576 (2008).
  15. Yuhei, N., et al. Zebrafish as a systems toxicology model for developmental neurotoxicity testing. Congenital Anomalies. 55 (1), 1-16 (2015).
  16. Wu, S., et al. TBBPA induces developmental toxicity, oxidative stress, and apoptosis in embryos and zebrafish larvae (Danio rerio). Environmental Toxicology. 31 (10), 1241-1249 (2016).
  17. Chakraborty, C., Sharma, A. R., Sharma, G., Lee, S. S. Zebrafish: A complete animal model to enumerate the nanoparticle toxicity. Journal of Nanobiotechnology. 14 (1), 65 (2016).
  18. Wehmas, L. C., et al. Comparative metal oxide nanoparticle toxicity using embryonic zebrafish. Toxicology Reports. 2, 702-715 (2015).
  19. Cavalieri, V., Spinelli, G. Environmental epigenetics in zebrafish. Epigenetics & Chromatin. 10 (1), 46 (2017).
  20. Zhang, B., et al. Effects of three different embryonic exposure modes of 2, 2?, 4, 4?-tetrabromodiphenyl ether on the path angle and social activity of zebrafish larvae. Chemosphere. 169, 542-549 (2017).
  21. Zhao, J., Xu, T., Yin, D. Q. Locomotor activity changes on zebrafish larvae with different 2, 2?, 4, 4?-tetrabromodiphenyl ether (PBDE-47) embryonic exposure modes. Chemosphere. 94, 53-61 (2014).
  22. Zhang, B., et al. Neurobehavioral effects of two metabolites of BDE-47 (6-OH-BDE-47 and 6-MeO-BDE-47) on zebrafish larvae. Chemosphere. 200, 30-35 (2018).
  23. Yang, X., et al. The chlorine contents and chain lengths influence the neurobehavioral effects of commercial chlorinated paraffins on zebrafish larvae. Journal of Hazardous Materials. 377, 172-178 (2019).
  24. Schmitt, C., McManus, M., Kumar, N., Awoyemi, O., Crago, J. Comparative analyses of the neurobehavioral, molecular, and enzymatic effects of organophosphates on embryo-larval zebrafish (Danio rerio). Neurotoxicology and Teratology. 73, 67-75 (2019).
  25. Li, X., Kong, H., Ji, X., Gao, Y., Jin, M. Zebrafish behavioral phenomics applied for phenotyping aquatic neurotoxicity induced by lead contaminants of environmentally relevant level. Chemosphere. 224, 445-454 (2019).
  26. Leuthold, D., Klüver, N., Altenburger, R., Busch, W. Can environmentally relevant neuroactive chemicals specifically be detected with the locomotor response test in zebrafish embryos?. Environmental Science & Technology. 53 (1), 482-493 (2018).
  27. Kinch, C. D., Ibhazehiebo, K., Jeong, J. H., Habibi, H. R., Kurrasch, D. M. Low-dose exposure to bisphenol A and replacement bisphenol S induces precocious hypothalamic neurogenesis in embryonic zebrafish. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (5), 1475-1480 (2015).
  28. Javed, I., et al. Inhibition of amyloid beta toxicity in zebrafish with a chaperone-gold nanoparticle dual strategy. Nature Communications. 10 (1), 1-14 (2019).
  29. Green, J., et al. Automated high-throughput neurophenotyping of zebrafish social behavior. Journal of Neuroscience Methods. 210 (2), 266-271 (2012).
  30. Tytell, E. D. The hydrodynamics of eel swimming II. Effect of swimming speed. Journal of Experimental Biology. 207 (19), 3265-3279 (2004).
  31. Westerfield, M. A guide for the laboratory use of zebrafish (Danio rerio). The Zebrafish Book. 4, (2000).
  32. Ying, L., Jiang, L., Bo, P., Yong, L. Teratogenic effects of embryonic exposure to pretilachlor on the larvae of zebrafish. Journal of Agro-Environment Science. 36 (3), 481-486 (2017).
  33. Macphail, R. C., et al. Locomotion in larval zebrafish: Influence of time of day, lighting and ethanol. Neurotoxicology. 30 (1), 52-58 (2009).
  34. Kais, B., et al. DMSO modifies the permeability of the zebrafish (Danio rerio) chorion-implications for the fish embryo test (FET). Aquatic Toxicology. 140, 229-238 (2013).
  35. Truong, L., Harper, S. L., Tanguay, R. L. . Drug Safety Evaluation. , 271-279 (2011).
  36. Peeters, B. W., Moeskops, M., Veenvliet, A. R. Color preference in Danio rerio: effects of age and anxiolytic treatments. Zebrafish. 13 (4), 330-334 (2016).
  37. Barba-Escobedo, P. A., Gould, G. G. Visual social preferences of lone zebrafish in a novel environment: strain and anxiolytic effects. Genes, Brain and Behavior. 11 (3), 366-373 (2012).
  38. Blaser, R., Penalosa, Y. Stimuli affecting zebrafish (Danio rerio) behavior in the light/dark preference test. Physiology & Behavior. 104 (5), 831-837 (2011).
  39. Blaser, R. E., Rosemberg, D. B. Measures of anxiety in zebrafish (Danio rerio): dissociation of black/white preference and novel tank test. PloS One. 7 (5), e36931 (2012).
  40. Weichert, F. G., Floeter, C., Artmann, A. S. M., Kammann, U. Assessing the ecotoxicity of potentially neurotoxic substances-Evaluation of a behavioural parameter in the embryogenesis of Danio rerio. Chemosphere. 186, 43-50 (2017).

Tags

Neurobehavioral EffectsEnvironmental PollutantsZebrafish LarvaeHigh Throughput TestingNeurotoxicityZebrafish GenomePsychotropic DrugsEnvironmental ToxicologyLocomotionPath AngleSocial BehaviorHigh Throughput Monitoring SoftwareTracking RotationsProtocol Parameters
check_url/60818?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Zhang, B., Yang, X., Zhao, J., Xu, T., Yin, D. Studying Neurobehavioral Effects of Environmental Pollutants on Zebrafish Larvae. J. Vis. Exp. (156), e60818, doi:10.3791/60818 (2020).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image