معلومة

كيف تشاهد جنين الزرد بالتفصيل؟

كيف تشاهد جنين الزرد بالتفصيل؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ما مقدار التكبير / التصغير بالميكروسكوب الذي أحتاجه لمشاهدة تطور جنين الزرد بتفاصيل معينة؟ شكرا يا شباب!


من التجربة الشخصية ، يجب أن يكون كافيًا ملاحظة سمكة الزرد عند تكبير 10-20 ضعفًا للتغييرات الهيكلية الواسعة أثناء التطوير. إذا كان المجهر الخاص بك يحتوي على عدسة 10x ، فسيكون ذلك تكبير 1-2x. إذا كنت تراقب تغيرات خلوية فرعية ، فستستفيد من نسبة التكبير الأعلى.


الزرد

الملخص

يُعرف الزرد على أنه كائن نموذجي مثالي للتحقيق في الآليات الخلوية والجزيئية الكامنة وراء تكوين القلب وتجديده. الزرد لديه نظام قلبي وعائي مغلق ودورة قلبية تذكرنا إلى حد كبير بفيزيولوجيا القلب والأوعية الدموية البشرية. يمكن التلاعب وراثيًا بأسماك الزرد ، وقد تم تحديد تسلسل الجينوم الخاص بها بشكل كامل. اكتشفت الدراسات الجينية في أسماك الزرد جينات ومسارات جديدة في تطور ووظيفة القلب والأوعية الدموية ، مع ارتباط وثيق بأمراض القلب والأوعية الدموية. يحدث تجديد قلب الزرد بعد الإصابة من خلال عدم التمايز وانتشار خلايا عضلة القلب الناضجة. اكتشفت شاشات الجزيئات الصغيرة المعتمدة على الأجنة مجسات كيميائية وأدوية مرشحة لتعزيز نمو القلب والأوعية الدموية ووظيفتها وتجديدها.


الزرد ، الزجاج ذو المظهر الحي

في الطابق السفلي من مبنى علوم الحياة ، يتم وضع حوالي 1500 خزان للأسماك ، تتراوح أحجامها من حقائب صغيرة إلى صناديق صغيرة ، بشكل منهجي في صفوف على أرفف معدنية. من البويضة المخصبة إلى البالغين ، تمثل ما يقرب من 20000 سمكة دورة حياة الزرد بأكملها ، مما يوفر لـ Bruce Draper رؤية شاملة لنموها.

"إذا كنت تبحث في عملية التطور - الانتقال من بويضة مخصبة إلى كائن حي يتغذى - كل هذه العملية في الثدييات تحدث في الرحم ، لذلك عليك في الواقع التضحية بالأم لإخراج الأجنة للدراسة يقول درابر. "مع أسماك الزرد ، كل هذا هو تخصيب خارجي."

يركز جزء من بحث درابر على مشاكل التنمية الإنجابية. سمك الزرد (Danio rerio) مناسب تمامًا لهذا البحث لأن أجنته واضحة ، مما يوفر نافذة على الآلية البيولوجية وراء تكوينها. مع تقدم الأسماك في العمر ، فإنها تتطور إلى خطوط وتفقد شفافيتها.

يتجاوز الباحثون هذه المشكلة عن طريق التعديل الجيني لسمك الزرد بمناسل - العضو المسؤول عن إنتاج الحيوانات المنوية والبويضات - التي تضيء تحت الضوء فوق البنفسجي. يسمح هذا بالمراقبة المستمرة لتطور الغدد التناسلية أثناء نمو الأسماك ، مما يوفر أدلة حول أمراض النمو التناسلي مثل سرطان المبيض.

في السابق ، حدد دريبر وزملاؤه الجين fgf24 باعتباره مهمًا لتطور الغدد التناسلية في أسماك الزرد. طورت أسماك الزرد المتحولة مناسل معيبة ولديها قدرات إنجابية محدودة. في حين أن إشارات الجين المحددة هذه غير معروفة بأنها متورطة في تطور الغدد التناسلية للثدييات ، فإن العديد من سرطانات المبيض العدوانية ترتبط بمسار إشارات مفرط النشاط مرتبط بهذا الجين. بشكل عام ، حوالي 84 في المائة من الجينات المرتبطة بالأمراض البشرية لها نظائر في أسماك الزرد.

يستخدم الأستاذ المساعد بروس دريبر سمك الزرد لدراسة تطور الغدد التناسلية. صممه ستيف دانا / جامعة كاليفورنيا ديفيس

يدرس دريبر وزملاؤه كيف يمكن أن يساعد تسلسل الحمض النووي الريبي أحادي الخلية في تقدم أبحاثهم. تسمح هذه التقنية برؤية عالية الدقة للخلايا الفردية والجينات التي تعبر عنها.

"نحن الآن نحدد على مستوى أكثر دقة ما هي الجينات التي يتم التعبير عنها في خلايا معينة" ، كما يقول ، مشيرًا إلى أن أكثر أشكال سرطان المبيض عدوانية تحدث عادةً في بطانات خلايا العضو. "نحن مهتمون جدًا بمحاولة تحديد تلك الخلايا الظهارية في مجموعة البيانات الخاصة بنا حتى نتمكن من البدء في التساؤل عن الجينات الأخرى التي يتم التعبير عنها هناك."

تم إبلاغ تقنيات درابر لهذا المشروع من قبل سيلينا جوليانو ، التي يقع مكتبها على بعد أبواب قليلة من مكتبه.


تساعد أسماك الزرد في فتح أدلة على مرض الإنسان

مايو 2018 - من الأرض إلى السقف ، في صف بعد صف من الخزانات الصغيرة الفقاعية ، تفتح 30000 سمكة استوائية صغيرة أسرار الأمراض التي أزعجت أجيالًا من الباحثين والأطباء.

سمك الزرد المتواضع ، وهو عضو في المياه العذبة يبلغ طوله بوصة ونصف من عائلة البلمة ، موطنه الجداول والبرك والبرك في منطقة الهيمالايا. لا يبدو مثل الحمار الوحشي ، على الرغم من أنه يحتوي على خمسة خطوط أفقية تزين كلا الجانبين.

أحد أكثر الأشياء إثارة للاهتمام حول سمك الزرد هو أنه عندما يفقد شيئًا ما - عينًا ، أو زعنفة ، أو ذيلًا ، أو حتى أنواعًا فردية من الخلايا - فإنهم ينمون خلية جديدة.

نظرًا لأن ملفها الجيني مشابه بشكل ملحوظ لسمك الزرد ، فقد تم العثور عليه أيضًا في مبنى Miller Research Building في الحرم الجامعي الطبي لجامعة جونز هوبكنز ، حيث يزودون العلماء بأدلة وراثية لألغاز طبية. ساعدت الأسماك الباحثين في جامعة جونز هوبكنز على تحقيق اختراقات مهمة نحو تجديد أنسجة العين وفهم سرطان الغدة الدرقية وفهم تشابك الحمض النووي الذي ينظم نشاط الخلية.

يعد مركز التحقيق الوظيفي في أسماك الزرد - أو مركز FINZ - مرفقًا أساسيًا للبحث في معهد McKusick-Nathans للطب الوراثي. ثلاثون مركزًا مختلفًا من الأقسام في جامعة جونز هوبكنز تقدم أكثر من 500 خدمة مختلفة متعلقة بالبحوث. تسمح المراكز للمحققين بمشاركة الموارد والخبرات القيمة ، مما يوفر الوقت والمال.

يقول جيف مام ، المدير المشارك لمركز FINZ ، من معهد ويلمر للعيون ومعهد McKusick-Nathans ، إنه بالإضافة إلى ثلاثة باحثين من Johns Hopkins يحتفظون حاليًا بأحواض الأسماك هناك ، يتعاون المركز مع علماء آخرين.

مقابل رسوم ، تقدم FINZ العديد من الخدمات الجينية للزملاء في جميع أنحاء المؤسسة ، بما في ذلك تعديل الجينوم لإنتاج أسماك بسمات يرغب الباحثون في دراستها. على سبيل المثال ، يمكن للباحث الراغب في دراسة كيفية تطور الكبد ووظائفه أن يطلب من مركز FINZ إنتاج سمك الزرد مع كبد متوهج. بأخذ جين من قنديل البحر يتيح توهجها المتوهج ، يُدخل فريق FINZ هذا الجين في سمكة الزرد ، مما يضيء الكبد ويسمح للباحثين بمراقبة نموه ووظيفته.

تقول موم: "هذا هو نوع العمل الذي نقوم به طوال الوقت". "إنها عملية رخيصة وفعالة للعمل معنا لإنشاء سمكة زرد معدلة وراثيًا لتلبية احتياجات بحثية محددة."

في عام 2004 ، اقترح عالم الوراثة آندي ماكاليون ، جنبًا إلى جنب مع زملائه السابقين شانون فيشر وستيفن ليتش ، أن تقوم جامعة جونز هوبكنز ببناء منشأة خاصة بها لأسماك الزرد. أقنع ماكاليون ، الذي يشارك في إدارة مركز FINZ ، وفيشر ، وهو الآن عضو هيئة تدريس في جامعة بوسطن ، قيادة كلية الطب بأن الزرد سيوفر طريقة أكثر كفاءة وأقل تكلفة لإجراء البحوث الجينية.

يقوم ماكاليون وفريقه المعملي بالبحث بعمق في الرموز الجينية التي تتحكم في متى وأين يتم تشغيل / إيقاف تشغيل الجينات ، وتجمع بين أحدث الأدوات الجينومية والذكاء الاصطناعي الحسابي للعثور على التشوهات التي يمكن أن تؤثر على أمراض مثل مرض باركنسون. يقول إنه في حين أن هذا العمل لا يزال شاقًا ، إلا أنه في بداية حياته المهنية كان أكثر صعوبة.

يتذكر ماكاليون: "يمكننا أن نرى تسلسلات برزت على أنها متشابهة للغاية بين الأنواع المختلفة ، لكن لم يكن لدينا طريقة واسعة النطاق على مستوى الجينوم لاختبار فرضياتنا". "كنا بحاجة إلى طريقة لاختبار المئات والمئات من هذه الأشياء. للعديد من الأسباب ، تمنحنا دراسة الأسماك هذه القدرة ".

بالإضافة إلى تشابهها الجيني مع البشر ، تتمتع أسماك الزرد بسمات أخرى تجعلها جذابة للعلماء الذين يحتاجون إلى البحث عن أعداد كبيرة من نفس الكائن الحي. تتكاثر الأسماك وتنضج بسرعة ، ويسهل الحفاظ عليها ويتم تخصيب بيوضها خارج أجسامها ، مما يسمح للباحثين بحصاد الأجنة المخصبة حديثًا. لإنتاج السمة المرغوبة في السمكة ، يمكنهم إدخال جينات جديدة أو إزالة الجينات من الأجنة المحصودة. وبما أن أجنة أسماك الزرد شفافة ، يمكن للعلماء مراقبة تطورها في الوقت الفعلي ، ومشاهدة الأعضاء والأنظمة الكاملة تنمو من الخلايا الجذعية.

يقول مام إنه بينما ركز العلم على الفئران كنماذج لدراسة المرض منذ إنشاء أول فأر معدل وراثيًا في عام 1980 ، ظهر سمك الزرد في السنوات الأخيرة كأنواع نموذجية مهمة أيضًا.

بحوث الزرد | خلف كواليس منشأة جونز هوبكنز للسمك الزرد

يلعب الزرد دورًا مهمًا في البحث في جامعة جونز هوبكنز. يأخذنا فريزر ماثيوز وهانا إيدلمان في جولة بالمنشأة حيث تساعد 30000 سمكة الباحثين في اكتشاف أدلة على المرض.

لسنوات عديدة ، كان ذباب الفاكهة هو النوع المفضل للباحثين في علم الوراثة ، حيث شارك أفضل من 61 في المائة من الجينات مع البشر. وبينما لا تزال الحشرات تلعب أدوارًا مهمة ، فإن الاختلافات الفسيولوجية الرئيسية تجعل الأسماك ، مثل الفقاريات ، جذابة.

في حين أن الزرد يشارك حوالي 71 في المائة من الجينوم البشري ، في بعض الحالات الرئيسية ، تكون جينات الأسماك شبه مثالية للناس. وفقًا لدراسة أجراها باحثون بريطانيون عام 2013 ، فإن 82٪ من الجينات المرتبطة بالأمراض والاضطرابات البشرية لها نظير من أسماك الزرد.

تعد الفئران والبشر أكثر تطابقًا وراثيًا ، بنسبة 85 بالمائة تقريبًا. لكن Mumm تقول ، "الزرد يقدم منظورًا جديدًا ، ويوفر فرصًا فريدة تتجاوز ما هو ممكن في الفئران." يتخصص Mumm Lab في "علم الأحياء عالي الإنتاجية" ، حيث تعالج المعدات الآلية أعدادًا كبيرة من العينات لتمكين الفحص الكيميائي والجيني على نطاق واسع.

هذا النهج صعب ومكلف لتطبيقه على الفئران ، وبالتالي فقد اقتصر إلى حد كبير على عمل زراعة الخلايا. ومع ذلك ، نظرًا لصغر حجمها ، ظهرت أسماك الزرد كمنصة نموذجية للأمراض الحية لاكتشاف الأدوية عالية الإنتاجية. طور مختبر Mumm Lab طريقة فحص تعتمد على الزرد تقوم بتقييم تأثيرات الأدوية بشكل أسرع من أي وقت مضى ، وتعالج عشرات الآلاف من الأسماك يوميًا.

ولأن جيناتها يمكن تعديلها بشكل غير مكلف وبأعداد كبيرة ، يقول مام إن أسماك الزرد تسمح للعلماء بمتابعة مبادرات بحثية جينية واسعة النطاق أيضًا ، واستجواب وظيفة أعداد أكبر من الجينات في فترات زمنية أقصر.

يحتفظ جراح جونز هوبكنز جيسون بريسكوت بالعديد من خزانات الزرد في مركز FINZ. ثلاثة أيام في الأسبوع ، يجرى عملية جراحية لمرضى سرطان الغدة الدرقية. ولكن لديه أيضًا معمل أبحاث يهدف ، في يوم من الأيام ، إلى عكس تقدم المرض والقضاء على الحاجة إلى الجراحة. يساعد الزرد بريسكوت على فهم أفضل لكيفية تسبب الطفرات الجينية في تحول الغدة الدرقية السليمة إلى سرطانية.

يقول: "الهدف هو إخراج نفسي من مجال الجراحة".

يدرس بريسكوت وفريقه المعملية الترميز الجيني المعيب في المرضى الذين يأتون إليه لإجراء جراحة سرطان الغدة الدرقية. عندما يعزلون الجين المعيب للمريض ، يدخلون جينًا مشابهًا في أسماك الزرد. ثم يراقبون السمكة لمعرفة أصول الخلايا السرطانية وكيف تتكاثر.

يقول بريسكوت: "تمتلك الأسماك غددًا درقية تشبه إلى حد بعيد غددنا". "من الناحية التشريحية ، هم في نفس المكان تقريبًا ويؤدون وظيفة مماثلة. ولأنهم يعيشون ، يمكننا في الواقع رؤية علم الأحياء في الوقت الفعلي ، كما يحدث ".

تسمح الأسماك أيضًا بإجراء اختبار سريع وفعال للأدوية لمكافحة الأمراض.
يقول: "بتجاوز أساليب الفحص الأكثر بدائية ، يمكننا توفير الوقت والمال من خلال اختبار العقاقير على مئات الأسماك في وقت واحد". في أحد الأمثلة على أبحاث بريسكوت ، توضع الأسماك الفردية ، المعدلة وراثيًا لتكون مصابة بسرطان الغدة الدرقية ، في أطباق ضحلة من الماء. تمت هندسة الأسماك بحيث تتوهج الغدة الدرقية عندما يتسبب دواء معين في تفاعل معين. يقوم الباحثون بإدخال مركبات دوائية مختلفة إلى الماء ودراسة النتائج.

لعب الزرد دورًا رئيسيًا في سعي بريسكوت لتحقيق اختراقات صيدلانية لمكافحة سرطان الغدة الدرقية.

يقول: "المعيار الذهبي لتجارب الأدوية قبل السريرية هو العمل مع كائن حي". "إنها تتيح لنا بيئة أكثر واقعية بكثير من العمل مع الخلايا التي تنمو على طبق."

القدرة على الإصلاح الذاتي

طالبة الطب هانا إيدلمان تبلغ من العمر ست سنوات في درجة الماجستير / الدكتوراه. برنامج البحث في علم الوراثة البشرية ومرض السكري لدى الأطفال. تقضي ساعات طويلة في مركز FINZ تدرس كيف أن الزرد لا يصاب بالمرض أبدًا.

في مرض السكري من النوع 1 ، يهاجم الجهاز المناعي للمريض ويدمر خلايا البنكرياس التي تنتج الأنسولين ، وهو الهرمون الذي ينظم نسبة السكر في الدم. في حين أن البشر لا يستطيعون تجديد هذه الخلايا ، فإن الزرد يستطيع ذلك.

"يمكنهم إعادة نمو خلايا بيتا في البنكرياس" ، كما تقول ، في إشارة إلى الخلايا التي تخزن وتفرز الأنسولين. "أريد أن أعرف ما هو الشيء المميز الذي يسمح لهم بفعل ذلك. نحن نحاول إيجاد طريقة للبشر ليكونوا قادرين على تجديد هذه الخلايا. وهذا يعني الكثير في علاج مرض السكري من النوع 1 ".

في عمل Mumm الذي يدرس أمراض العين التنكسية ، يستفيد من حقيقة أن البشر وسمك الزرد يشتركان في سمة - نوع خلية معين يمكن أن يعود إلى كونه خلية جذعية - التي تسمح لهم بإنتاج خلايا جديدة استجابة للإصابة أو المرض في شبكية العين. وبالتالي فإن كلا النوعين لهما القدرة على إنتاج خلايا جديدة لشفاء العين.

يقول موم: "في مكان ما على طول الطريق في اختيارهم التطوري ، طور الزرد القدرة على الإصلاح الذاتي".

يقول مام إن الاختلاف هو أنه بينما تؤدي الخلايا الجديدة إلى شبكية جديدة تمامًا في أسماك الزرد ، فإن البشر ليسوا محظوظين جدًا. "بالنسبة لنا ، تصبح الخلايا الجديدة نسيجًا ندبيًا. إنه في الواقع يضر البشر أكثر مما ينفع ". ومع ذلك ، في زراعة الخلايا ، تتمتع الخلايا الجذعية الشبكية البشرية المستجيبة للإصابة بالقدرة على إنتاج خلايا عصبية جديدة.

إنه يأمل أنه من خلال تعلم كيفية التحكم في القدرات التجديدية القوية لأسماك الزرد ، يمكننا تسخير القدرات التجديدية الخاملة في المرضى الذين يعانون من أمراض العين التنكسية. يقول إن الأسماك تسرع العملية من خلال المساعدة في القضاء على الطرق المسدودة العلمية بشكل أسرع من أي وقت مضى.

من خلال الجمع بين هذه الدراسات وتقنيات الفحص عالية الإنتاجية في مختبره ، يقول Mumm ، "يمكننا معرفة ما لا يعمل في الخطوة الأولى بدلاً من الخطوة 52. وهذا يعني توفير الكثير من الوقت والمال".


ديناميات سلف المستقبلات الضوئية في شبكية جنين الزرد وتعديلها بواسطة الأهداب الأولية و N-cadherin

خلفية تنشأ المستقبلات الضوئية للشبكية العصبية للفقاريات من الظهارة العصبية ، ومثل الخلايا العصبية الأخرى ، يجب أن تخضع لانتقال جسم الخلية وانتقالات القطبية لاكتساب التشكل الوظيفي النهائي ، والذي يتضمن سمات الخلايا العصبية والخلايا الظهارية.

أساليب قمنا بتحليل هذه العملية بالتفصيل باستخدام أجنة الزرد في الجسم الحي المجهر متحد البؤر والمجهر الإلكتروني. تم تصنيف أسلاف المستقبلات الضوئية من خلال التعبير الجيني لـ EGFP بموجب تنظيم المروج الخاص بمستقبلات الضوء crx، وتم تدمير الجينات ذات الأهمية باستخدام أوليغومرات مورفولينو.

نتائج تنفصل أسلاف المستقبلات الضوئية عن الشبكية القاعدية في مراحل ما قبل الانقسام الفتيلي ، مما يؤدي إلى تراجع سريع في عملية قاعدية قصيرة حيث ينتقل جسم الخلية بشكل قمي. لقد ظلوا في وضع قمي إلى أجل غير مسمى لتشكيل الطبقة النووية الخارجية (ONL) ، في البداية تمدد وتتراجع عن العمليات الشبيهة بالنيوريت الديناميكية للغاية ، مما يؤدي إلى السطح القمي. قدم العديد من أسلاف المستقبلات الضوئية سيليومًا أوليًا قميًا قصيرًا. تم تقليل عدد وطول هذه الأهداب تدريجيًا حتى اختفت تقريبًا حوالي 60 حصانًا. تسبب تعطيلهم عن طريق هدم IFT88 و Elipsa في حدوث خلل سيء السمعة في تراجع العملية القاعدية. أظهر تحليل الفاصل الزمني لـ N-cadherin knock-down ، وهو علاج معروف أنه يسبب اضطرابًا شديدًا في ONL ، أن أسلاف المستقبلات الضوئية خارج الرحم هاجرت في البداية بطريقة عشوائية ظاهرة ، مما أدى إلى توسيع عمليات الخلية بغزارة ، حتى واجهوا خلايا أخرى لتأسيسها. وريدات الخلية التي ظلوا فيها يكتسبون قطبية شبيهة بمستقبلات الضوء.

استنتاج إجمالاً ، تشير ملاحظاتنا إلى تنظيم معقد لديناميكيات سلف المستقبلات الضوئية لتشكيل شبكية العين ONL ، قبل مراحل النضج بعد الانقسام الفتيلي.


البحث الطبي الحيوي الثالث: التواصل بين الدماغ والأعضاء الأخرى

البلوغ البشري هو عملية ديناميكية تبدأ التفاعلات المعقدة للمحور الوطائي - النخامي - الغدد التناسلية (محور HPG) ، والتي تشير إلى الغدد الصماء المفردة ككيانات فردية. يلعب محور HPG دورًا مهمًا في تطوير وتنظيم العديد من أنظمة الجسم ، وخاصة الإنجاب 39. الهرمون المطلق لموجهة الغدد التناسلية (GnRH) ، الذي يفرزه الوطاء في الدماغ ، يدور عبر الجزء الأمامي من نظام بوابة الغدة النخامية ويرتبط بالمستقبلات الموجودة على الخلايا الإفرازية للنخاع الغدي 40. استجابةً لتحفيز GnRH ، تنتج هذه الخلايا هرمونًا ملوتنًا وهرمونًا محفزًا للجريب ، والذي يدور في مجرى الدم 41. لذلك ، يتطور المراهق إلى شخص بالغ ناضج وله جسم قادر على التكاثر الجنسي 42. متلازمة كالمان (KS) هي اضطراب وراثي يُعرف بمنع الشخص من بدء سن البلوغ أو إكماله بالكامل. في دراسة تبين أن WDR11 تشارك طفرة الجينات في إمراضية KS ، الزرد wdr11 تم إثبات أن الجين يتم التعبير عنه في منطقة الدماغ ، مما يشير إلى دور محتمل لتفاعل بروتين WDR11-EMX1 43.

بالإضافة إلى ذلك ، من المعروف أن الالتهاب الحاد يبدأ الاستجابة التجددية بعد الإصابة المؤلمة في دماغ الزرد البالغ. مستقبلات السيستينيل الليكوترين 1 (cysltr1) –ليوكوترين C4 (LTC4) المسار مطلوب وكافي لتعزيز الانتشار وتكوين الخلايا العصبية 44. يرتبط LTC4 ، أحد روابط CysLT1 ، بمستقبله Cysltr1 المعبر عنه في الخلايا الدبقية الشعاعية في دماغ الزرد 44. في دراسة أجراها Kyritsis وآخرون ، cysltr1 تم التعبير عنها بشكل متزايد على الخلايا الدبقية الشعاعية بعد إصابة الدماغ الرضحية ، مما يشير إلى التحدث المتقاطع بين مكونات الاستجابة الالتهابية والجهاز العصبي المركزي أثناء إصابة الدماغ الرضية 44.

تشارك عائلة أوكسيديز (NOX) النيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NOX) في إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية استجابة للإشارات المختلفة خارج الخلية. تم التعرف على أوكسيديز ثنائي أحد أفراد عائلة NOX (DUOX) على أنه الغدة الدرقية NADPH أوكسيديز. في البشر ، تم تحديد طفرات DUOX2 بين الأطفال المصابين بقصور الغدة الدرقية الخلقي. في الآونة الأخيرة ، ثبت أنه بالإضافة إلى الغدد الدرقية الغدة الدرقية وتأخر النمو ، تم العثور على عيوب في الاستجابة للقلق والتفاعل الاجتماعي في ديوكس45- سمكة الزرد هذه النتائج تشير إلى ذلك ديوكس-يمكن أن يكون سمك الزرد بمثابة نموذج حيواني فعال للدراسات في تطور الغدة الدرقية والأمراض العصبية ذات الصلة ، بما في ذلك الإعاقة الذهنية والتوحد.

من المعروف أن نسبة كبيرة من الأطفال المصابين باضطراب طيف التوحد يعانون من مشاكل في الجهاز الهضمي ، مثل الإمساك والإسهال وآلام البطن. كما أظهرت الدراسات الحديثة حول محور القناة الهضمية أن التفاعلات مع المجتمعات الميكروبية المرتبطة بالمضيف ، إما بشكل مباشر عن طريق المستقلبات الميكروبية أو بشكل غير مباشر عبر أنظمة المناعة أو التمثيل الغذائي أو الغدد الصماء ، يمكن أن تعمل كمصادر للإشارات البيئية. توفر الإشارات الجزيئية من القناة الهضمية إشارات بيئية للتواصل بين القناة الهضمية والدماغ أثناء الحلقات المتعلقة بالقلق والاكتئاب والإدراك أو اضطراب طيف التوحد (ASD). علاوة على ذلك ، فإن تعديل مسارات الإشارات الذاتية والإشارات الخارجية في البكتيريا المعوية المقيمة يعزز استقرار β-catenin في الخلايا الظهارية المعوية ، مما يعزز تكاثر الخلايا.


مسار إفراز البروتين

يولد المسار الإفرازي البروتينات الموجهة إلى الفضاء خارج الخلية أو غشاء البلازما ، ويتاجر بها ويعالجها. وهو يتألف من الشبكة الإندوبلازمية (ER) ، والمقصورة الوسيطة ER-Golgi (ERGIC) ، ومجمع جولجي والحويصلات التي تنقل البضائع بينها (الشكل 2). يحدث تخليق البروتين والجليكوزيل في ER و Golgi ، على التوالي. يسهل مجمع بروتين الغلاف II (COPII) اختيار البضائع وتشكيل الحويصلة والاتجار المتقدم من ER إلى Golgi ، بينما يحدث النقل الرجعي في حويصلات COPI (الشكل 1F الشكل 2). تعمل مجمعات البروتين المتنوعة في كل خطوة من هذا المسار لتجنيد Rab GTPases وبروتينات SNARE ، التي توجه الحويصلات وتربطها لاستهداف العضيات وتسهيل اندماج الغشاء.

تمت دراسة مكونات المسار الإفرازي في الزرد وتورطت في أمراض الإنسان. تظهر بروتينات المسار الإفرازي المتورطة في الأمراض البشرية باللون الأسود مع أدوات الزرد المقابلة لدراستها باللون الأحمر. NTD ، عيوب الأنبوب العصبي CLSD ، خلل التنسج القحفي العدسي CDAII: فقر الدم الخلقي لتكوين الكريات الحمر II CMRD ، مرض احتباس الكيلومكرون LGMD ، ضمور عضلي بحزام الأطراف SEDL ، خلل التنسج الفكري المرتبط بـ X ، معرّف تاردا الفكري.

تمت دراسة مكونات المسار الإفرازي في الزرد وتورطت في أمراض الإنسان. تظهر بروتينات المسار الإفرازي المتورطة في الأمراض البشرية باللون الأسود مع أدوات الزرد المقابلة لدراستها باللون الأحمر. NTD ، عيوب الأنبوب العصبي CLSD ، خلل التنسج القحفي العدسي CDAII: فقر الدم الخلقي لتكوين الكريات الحمر II CMRD ، مرض احتباس الكيلومكرون LGMD ، ضمور عضلي بحزام الأطراف SEDL ، خلل التنسج الفكري المرتبط بـ X ، إعاقة عسر التنسج الفكري.

خلق العمل في الكائنات وحيدة الخلية والخلايا المستزرعة افتراضًا مفاده أن إفراز البروتين يتم تنظيمه بشكل موحد عبر أنواع الخلايا. ومع ذلك ، كشفت الدراسات التي أجريت على الإنسان وسمك الزرد والفقاريات الأخرى أن هذا المسار يتم تنظيمه بطريقة مكانية-زمانية ومحددة (Melville and Knapik، 2011 Unlu et al.، 2013). على الرغم من أن جميع الخلايا تفرز البروتينات ، فإن بعضها - بما في ذلك الخلايا البائية والخلايا الغضروفية وخلايا الكبد وخلايا البنكرياس الغدد الصماء وخلايا البنكرياس الخارجية - تعتبر خلايا إفرازية "مهنية" ويفترض أن هذه الخلايا حساسة بشكل خاص لاضطراب المسار الإفرازي. دعمت طفرات الزرد في جينات المسار الإفرازي ودحضت هذه الفرضية: تظهر بعض الطفرات أنماطًا ظاهرية في معظم الخلايا الإفرازية للغاية ، في حين أن البعض الآخر لديه أنماط ظاهرية تقتصر على مجموعة فرعية فقط من الخلايا.

وجهة النظر الناشئة هي أن الآلية الإفرازية جزء لا يتجزأ من عملية التشكل ووظيفة العضو بطريقة خاصة بالخلية. توافر طفرات وراثية لأسماك الزرد وفلوريسنت في الجسم الحي يقدم الصحفيون نظرة ثاقبة للوظائف العضوية للمسار الإفرازي. نناقش أدناه آثار اضطراب المسار الإفرازي ذات الصلة بالتطور والمرض.

العواقب التنموية لاضطراب المسار الإفرازي

يتألف مجمع COPII من Sar1 GTPase ، Sec23-Sec24 dimers من الغلاف الداخلي ، و Sec13-Sec31 heterotetramers من الغلاف الخارجي (الشكل 2 Kaiser and Schekman ، 1990 Novick et al. ، 1980). المسوخ الزرد sec23a (محطم) و sec24d (بلدغ) يطور التشوه القحفي الوجهي والزعانف الصدرية المتعرجة وطول الجسم القصير (لانج وآخرون ، 2006 سارما وآخرون ، 2010). تُعزى هذه إلى فشل إفراز المصفوفة خارج الخلية (ECM) أثناء تمايز الخلايا الغضروفية. تفشل الحيوانات التي تعاني من نقص في Sec23A و Sec24D في تصدير الكولاجين وبروتينات N-glycosylated الأخرى من الخلايا الغضروفية ER ، مما يؤدي إلى إيقاف التمايز والتسبب في النهاية في موت الخلية (Lang et al. ، 2006 Sarmah et al. ، 2010 Unlu et al. ، 2013) ، في حين أن إفراز الكولاجين وتطور الهيكل العظمي سليمان عند استنفاد paralog قريب Sec24C (Sarmah et al. ، 2010). طفرات Sec23B في البشر وسمك الزرد تعطل الكريات الحمر (Bianchi et al. ، 2009 Schwarz et al. ، 2009) ، وهو نمط ظاهري مختلف عن عيوب الخلايا الغضروفية التي لوحظت في محطم و بلدغ المسوخ. هذه الأنماط الظاهرية COPII متميزة عن الطفرات القزمة عطس, سعيدة و بليد، والتي تعطل الجينات التي تشفر الوحدات الفرعية α و و β ′ لمركب COPI ، على التوالي (الشكل 2) ، والتي تتميز بعيوب في تكوين الحبل الظهري والصباغ (Coutinho et al. ، 2004). تشير هذه البيانات إلى أنه على الرغم من أن COPI و COPII مطلوبان للإفراز الفعال وإعادة تدوير الغشاء في جميع الخلايا ، فإن فقدان أعضاء معينين لكل مجمع له تأثيرات عميقة ومتباينة على مجموعة فرعية من الخلايا. تسبب الطفرات في مكونات COPII الفردية مجموعة من الأنماط الظاهرية في أنواع الخلايا شديدة الإفراز في الأعضاء مثل الغضروف والحبل الظهري والعين والأمعاء (نيو وآخرون ، 2012 شميدت وآخرون ، 2013 تاونلي وآخرون ، 2008 تاونلي وآخرون ، 2012) ، وفي كريات الدم الحمراء (Bianchi et al. ، 2009 Schwarz et al. ، 2009 Unlu et al. ، 2013) ، في حين أن الخلايا التي تعتمد على تكوين فجوة تكون أكثر حساسية لاستنفاد COPI.

إذن كيف توجه الآليات التنظيمية للنسخ المسار الإفرازي لضمان توافر المعاطف الخاصة بالشحن في الوقت المناسب؟ حددت شاشة واسعة النطاق في الزرد أشعر أنني بحالة جيدة mutant ، الذي يحمل متغيرًا في الخطأ creb3L2 الجين (Driever et al. ، 1996 Knapik ، 2000 Neuhauss et al. ، 1996) - أول عامل نسخ معروف ينظم توافر مكونات COPII sec24d و sec23a، لكن لا sec24c (ملفيل وآخرون ، 2011). أوجه التشابه بين أشعر أنني بحالة جيدة, محطم و بلدغ تشير الأنماط الظاهرية المتحولة إلى أن "وحدة إفرازية" تتكون من Creb3L2 – Sec23A-Sec24D متخصصة في إفراز البروكولاجين. بالنظر إلى أن أسماك الزرد المستنفدة من Sec24C لا تظهر خلل الشكل العظمي وأن الجين ليس هدفًا لـ Creb3L2 ، فمن المحتمل أن تنظم وحدات إفرازية أخرى خاصة بالشحن sec24c والجينات الأخرى في هذا المسار. ستكون هناك حاجة لدراسات مستقبلية في أسماك الزرد ونماذج حيوانية أخرى لكسر رمز الشبكات الإفرازية ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية والخاصة بالشحن.

الأمراض التي يسببها اضطراب المسار الإفرازي في الزرد والبشر

ترتبط العديد من المتلازمات البشرية بعيوب إفرازية في المسار (De Matteis and Luini ، 2011) ، وبعضها يتم تلخيصه في طفرات في جينات الزرد المتعامدة (الشكل 2). التعريف المتزامن لـ محطم/sec23a المسوخات في أسماك الزرد والمرضى الذين يعانون من متغيرات خلل التنسج القحفي العدسي - SEC23A (CLSD) (Boyadjiev et al.، 2006 Lang et al. عن طريق تعطيل العمليات البيولوجية للخلايا الأساسية. على حد سواء محطم المسوخ ومرضى CLSD يعانون من خلل الشكل القحفي الوجهي وعيوب الهيكل العظمي المحوري المنسوبة إلى تراكم بروتينات ECM في ER (Boyadjiev et al. ، 2006 Lang et al. ، 2006). وثيق الصلة SEC23B تحور الجين في مرضى فقر الدم الخلقي من النوع الثاني الذين يعانون من خلل في تكوين الكريات الحمر في نخاع العظام ، وهو نمط ظاهري تم إعادة تلخيصه في أسماك الزرد sec23b مورفانتس (بيانكي وآخرون ، 2009 شوارز وآخرون ، 2009).

من غير الواضح لماذا تسبب الطفرات في نظائر SEC23A و SEC23B ، التي تختلف فقط بمقدار 18 حمض أميني ، مثل هذه الأنماط الظاهرية المختلفة. أحد الاحتمالات هو أن الاختلافات المكانية والزمانية في التعبير تمنح وظائف خاصة بالخلية لبعض الجينات المعقدة COPII. ولكن كما sar1a و ريال 1 ب يتم التعبير عنها في كل مكان في وقت مبكر من التطور وتصبح مخصبة في أنسجة متميزة في وقت لاحق (EWK ، ملاحظات غير منشورة) ، فمن غير المرجح أن يكون نمط التعبير الجيني هو المسؤول الوحيد عن الأنماط الظاهرية المتباينة التي لوحظت في هذه الطفرات.

تشير الأنماط القحفية الوجهية لطفرات COPII إلى أن الخلايا الغضروفية حساسة للغاية لعيوب إفراز ECM. هذا يتنبأ بأن التلاعبات الأخرى التي تسد المسار الإفرازي قد تسبب أيضًا خلل الشكل القحفي الوجهي. ومع ذلك ، فإن هذا لا تدعمه البيانات من الزرد أو البشر عند استنفاد العوامل التي تعمل في خطوات أخرى في المسار الإفرازي. يعمل مركب جزيء بروتين النقل (TRAPP) على ربط الحويصلات المشتقة من ER إلى غشاء cis-Golgi (الشكل 2 و Sacher et al. ، 2008). الخلايا الليفية من المرضى الذين يعانون من ترابك 11 أو TRAPPC2 تظهر الطفرات (Bögershausen et al. ، 2013 Scrivens et al. ، 2009) ، والخلايا المستنبتة المستنفدة من TRAPPC11 (Scrivens et al. ، 2011 Wendler et al. ، 2010) تجزئة Golgi والاحتفاظ الإفرازي بالبروتين. ومع ذلك ، عندما يتم استنفاد هذه البروتينات في الكائنات الحية الكاملة ، يتم الكشف عن أدوارها الخاصة بالخلية: المرضى الذين يعانون من TRAPPC2 الطفرة تطور خلل التنسج الفقاري المتأخر (SEDT) الذي يتميز بعيوب هيكلية وقصر القامة وصغر الرأس (Gedeon et al. ، 1999 Huson et al. ، 1993). تم تلخيص هذا في تربك 2 حيوانات الزرد ، التي لها جذع قصير وصغر الرأس (A.M Vacaru و K.C.Sadler ، غير منشورة). قد يعكس قصر القامة و / أو النمط الظاهري للجذع عيبًا في تكوين الخلايا الغضروفية أو في ترسب ECM ، كما هو الحال في طفرات COPII ، ولكن المرضى وأسماك الزرد مع ترابك 11 توجد الطفرة بشكل مختلف تمامًا. تسبب طفرة TRAPPC11 في البشر اعتلال عضلي وضعف ذهني وحركات فرط الحركة (Bögershausen et al. ، 2013). بشكل متبادل ، الزرد فوا (فيجر) المسوخات التي تحمل إدخالًا فيروسيًا مسببًا للطفرات الوراثية في تربك 11 يظهر الجين نمطًا ظاهريًا مختلفًا عن النماذج الأخرى لاضطراب مركب TRAPP: حيث يصابون بالكبد الدهني ، وتضخم الكبد ، والأمعاء والفك الأصغر ، وعيوب الزعنفة (Cinaroglu et al. ، 2011 Sadler et al. ، 2005). ال foigr / trappc11 يُعزى النمط الظاهري للكبد الدهني جزئيًا إلى تنشيط استجابة البروتين غير المطوية (Cinaroglu et al. ، 2011) ومع ذلك ، لا الخلايا المستزرعة في الثدييات المستنفدة من TRAPPC ولا تربك 2 تحفز morphants هذه الاستجابة (A.M.V. و KCS ، ملاحظات غير منشورة) ، مما يسلط الضوء على فائدة في الجسم الحي دراسات بيولوجيا الخلية في الفقاريات.

تشير الأنماط الظاهرية الفريدة التي تميز الاضطراب المركب لـ TRAPP عن طفرات COPII أو COPI إلى أن الكتلة العالمية في إفراز البروتين ليست الآلية الوحيدة التي تكمن وراء الأنماط الظاهرية المرتبطة بها. علاوة على ذلك ، على الرغم من أن استنفاد عوامل TRAPP أو COP الفردية له تأثيرات مماثلة في الخلايا المعزولة ، إلا أنه لا يمكن التنبؤ بالعواقب الفسيولوجية دون استخدام حيوانات كاملة. تشير هذه النتائج إلى الأدوار الخاصة بالخلية والنمو لكل جين مشارك في إفراز البروتين وتؤكد الحاجة إلى نماذج حيوانية كاملة مقارنة لفك تشفير الوظائف الخلوية والفسيولوجية لهذا المسار.


الفصل 9 - تحليل هيكل ووظيفة الأهداب في الزرد

الأهداب عبارة عن نتوءات قائمة على الأنابيب الدقيقة على سطح معظم الخلايا حقيقية النواة. توجد في معظم ، إن لم يكن كل ، أعضاء الفقاريات. تتشكل الأهداب البارزة في الهياكل الحسية والعين والأذن والأنف ، حيث تكون ضرورية للكشف عن المحفزات البيئية ، مثل الضوء والروائح. تشارك الأهداب أيضًا في عمليات النمو ، بما في ذلك تكوين عدم التناسق بين اليسار واليمين ، وتشكل الأطراف ، وتشكيل الخلايا العصبية في الأنبوب العصبي. يُعتقد أن بعض الأهداب ، مثل تلك الموجودة في القنوات الكلوية ، لها أدوار ميكانيكية حسية. أثبتت أسماك الزرد أنها مفيدة جدًا في التحليل الجيني وتصوير العمليات المرتبطة بالأهداب ، وفي نمذجة الآليات الكامنة وراء تشوهات الأهداب البشرية ، والمعروفة باسم اعتلال الأهداب. يشبه عدد من عيوب أسماك الزرد تلك التي تظهر في اعتلال الأعصاب البشري. Forward and reverse genetic strategies generated a wide range of cilia mutants in zebrafish, which can be studied using sophisticated genetic and imaging approaches. In this chapter, we provide a set of protocols to examine cilia morphology, motility, and cilia-related defects in a variety of organs, focusing on the embryo and early postembryonic development.


قائمة المصطلحات

Digital scanned laser light sheet fluorescent microscopy (DSLM): An improved version of SPIM, which uses a thin laser beam rather than a full light sheet, thus reducing damage to both specimen and fluorescent dye.

Gastrulation: The phase in early embryonic development during which the three germ layers are formed: ectoderm, mesoderm and endoderm. The timing and molecular mechanism of gastrulation differ between organisms.

Genetic strain: A genetically uniform group of animals, used in laboratory experiments. A genetic strain can be developed by inbreeding, mutation or genetic engineering.

Single-plane illumination microscopy (SPIM): This method allows 3D observation of processes in living organisms, even in deep tissue layers. It detects fluorescence at an angle of 90° relative to the axis of illumination with a sheet of laser light, permitting optical cutting. The specimen is not positioned on a microscope slide but in a liquid-filled chamber which is rotated during observation.


Math Model Helps Show How Zebrafish Get Their Stripes

A mathematical model developed by Brown University researchers, including doctoral student in Applied Mathematics Alexandria Volkening, is shedding new light on how zebrafish get their iconic stripes. The model helps to demonstrate how two dynamic processes—the movement of pigment cells across the skin, and the birth and death of cells as the fish grows—combine to keep zebrafish stripes in line.

Zebrafish have become quite a popular model organism for biology researchers over the past few decades. The small freshwater fish begin life as transparent embryos and develop in just a few months to full size, giving scientists the chance to watch their development in detail. The emergence of their namesake stripes of dark blue and bright yellow has been the subject of much research. The stripes have been shown to be the result of interplay between three types of pigment cells: black melanophores, yellow xanthophores, and silvery iridophores.

“The stripe pattern forms dynamically as the fish develops,” said Volkening, who is the lead author on the new paper. “It’s not like these pigment cells are filling out some kind of prepattern that’s already there. It’s the interactions of the cells over time that causes the patterns to form. We wanted to build a model that simulates this based as much as possible on what’s known about the biology.”


شاهد الفيديو: غلطة الشهر الثامن من الحمل تجنبيها (كانون الثاني 2023).