Drosophila líkan til að rannsaka örveru í þörmum í hegðun og taugahrörnunarsjúkdómum Part 2

3. Drosophila lærð hegðun

Gífurlegar framfarir í rannsóknum hafa átt sér stað á undanförnum 40 árum á nákvæmum aðferðum sem liggja að baki Drosophila námi og minni. Nokkrar Drosophila náms- og minnishegðun hafa verið notuð í líffræðilegum rannsóknum, þar á meðal lyktarskyni, sjónrænt minni, staðminni og tilhugalífsminni [66]. Margar rannsóknir hafa bent til þess að flugur geti lært og myndað minningar af reynslu sinni og þessar minningar geta varað í klukkutíma eða daga. Drosophila lyktarminni og tilhugalífsminni eru tvö vinsæl prófunarkerfi fyrir minnisrannsóknir á rannsóknarstofunni. Hér einblínum við aðallega á lyktar- og tilhugalífsminningar í Drosophila.

Lyktarminni Drosophila þýðir að Drosophila skynjar ytra umhverfið í gegnum lyktarskynið, geymir þessar upplýsingar í heilanum og minnir á þessar upplýsingar þegar þörf krefur. Lyktarminni gegnir mjög mikilvægu hlutverki í því að Drosophila lifi af þar sem það hjálpar flugunni að þekkja mat, maka, óvini osfrv. Í Drosophila heilanum er vélbúnaðurinn sem lyktarminningar myndast frábrugðinn öðrum minningum, sem gæti hjálpað betur. við skiljum eðli minnis.

Ólíkt minni manna virðist minni ávaxtaflugulyktar vera óbreytt af þáttum eins og aldri og heilsu. Hópur vísindamanna hefur komist að því í tilraunum að lyktarminningar hafa náð góðum árangri og varðveitt í bæði ungum og gömlum ávaxtaflugum. Þetta sýnir að lyktarminni ávaxtaflugunnar er mjög stöðugt minni og má jafnvel segja að það sé minning sem ekki er hægt að eyða.

Að auki tengist myndun og varðveisla lyktarminninga í Drosophila því hvernig taugafrumur í heila þeirra tengjast. Vísindamenn hafa komist að því að lyktarminni er hægt að eyða eða styrkja með því að klippa og líma taugafrumur í ávaxtaflugum. Þetta sýnir að myndun og varðveisla lyktarminnis í Drosophila er háð tengingu milli taugafrumna og hægt er að stjórna og hafa áhrif á þessa tengingu með tilraunum og þannig hjálpa okkur að skilja betur hvernig minnismyndun og varðveisla er.

Á heildina litið er lyktarminni Drosophila mjög sérstakt og stöðugt form minni. Það tengist þáttum eins og því hvernig taugafrumur tengjast í heilanum og áhrifum umhverfisins og getur verið óháð aldri og heilsuástandi ávaxtaflugunnar. Þessar niðurstöður veita einstaka innsýn í eðli minnis og geta gegnt mikilvægu hlutverki í framtíðar læknisfræðilegum umsóknum og greiningu. Það má sjá að við þurfum að bæta minni okkar. Cistanche getur bætt minni okkar verulega, því Cistanche getur einnig stjórnað jafnvægi taugaboðefna, svo sem aukið magn asetýlkólíns og vaxtarþátta, sem eru mjög mikilvægir fyrir minni og nám. Mikilvægt er að auk þess getur kjöt einnig bætt blóðflæði og stuðlað að súrefnisgjöf, sem getur tryggt að heilinn fái næga næringu og orku og þar með bætt lífsþrótt og úthald heilans.

Smelltu vita leiðir til að bæta heilastarfsemi

3.1. Lyktarminnis- og verðlaunaskilyrði

Lyktarminni Drosophila var lýst af Tempel o.fl. [4] og Tully o.fl. [5]. Fyrir andstyggileg lyktarskilyrði fá flugur rafstuðsrefsinguna ásamt útsetningu fyrir ákveðinni lykt (CS+), fylgt eftir með annarri lykt (CS−) án raflosts. Til minnisprófunar eru flugur fluttar með lítilli lyftu í þjálfunarvélinni og leyft að velja á milli tveggja lykta (CS+ vs. CS−) í T-völundarhúsinu. Bæði 3-oktanól (OCT) og 4-metýlsýklóhexanól (MCH) eru oft notuð í þessari greiningu. Frammistöðuvísitalan er skilgreind sem:

Sykurverðlauna minnismælingin, sem lýst er í fyrri rannsóknum, er svipuð andstæðri lyktarminnisprófinu og vatnsverðlauna minnisprófið er breyting á sykurverðlaunaminni [4,67-70]. Í sykurverðlaunum og vatnsverðlauna minnismælingum eru svöng eða þyrstar flugur þjálfaðar til að para lykt (CS+) við sykur eða vatn, í sömu röð.

Áður en tilraunin er hafin eru flugur fluttar yfir í hettuglös sem innihalda rakan síupappír fyrir matarsvelti fyrir sykurverðlauna-minnisprófun, eða í hettuglös sem innihalda þurran súkrósa síupappír til þurrkunar fyrir vatnsverðlauna-minnisprófun. Til þjálfunar eru flugur færðar í þjálfunarrör sem inniheldur þurrkað síupappír og verða fyrir fyrstu lyktinni (CS−).

Flugurnar eru síðan fluttar yfir í annað þjálfunarglas sem inniheldur annað hvort súkrósa síupappír eða vatnssíupappír og síðan útsettar fyrir seinni lyktinni (CS+). Til prófunar er flugum leyft að velja á milli lyktanna tveggja í T-völundarhúsi og var dreifing þeirra í glösunum greind og sett fram sem árangursvísitala [68,71].

3.2. Tilhugalífsminni

Þegar pöraðar kvenflugur hafna tilraunum karlflugna til að flokkast, sem leiðir að lokum til minni tilhugalífshegðun karlflugna. Þessi óþægilega reynsla (höfnun frá konum) bælir einnig niður tilhugalífshegðun karla gagnvart mey konu [6].

Bæling á tilhugalífi karlflugunnar gagnvart mey kvendýri eftir útsetningu fyrir þegar pöruðum kvendýrum er skilgreind sem tilhugalífsskilyrðing. Áður en prófun er prófuð er barnalegum karldýrum safnað á flogaveginum og þeim haldið fyrir sig í 4–5 daga. Þegar barnalegir karlmenn eru kynþroska, verða þeir fyrir pöruðu kvendýri í 1 klst. og tilhugalífsvísitalan á fyrstu (CIupphafs) og síðustu (CIfinal) 10 mínútum 1 klst. tilraunatímabilsins var reiknaður út. Prófkarlurinn er síðan fluttur á nýjan stað og útsettur fyrir afhausaðri meykonu í 10 mín (próf).

Í samanburðarhópnum eru barnalegar karlflugur geymdar einar í hólfi í 1 klst og síðan fluttar í nýtt hólf með afhausaðri mey kvendýr í 10 mínútur (CIsham) [72]. Að lokum eru tilhugalífsnámsvísitalan og minnisvísitalan reiknuð út. Lægri náms- og minnisvísitölur benda til þess að karlflugur hafi betri náms- og minnisgetu. Námsvísitala=CIloka/CIupphafsvísitala og minnisvísitala=CIpróf/meðaltal CIsham [72].

3.3. Áhrif örveru í þörmum á minni

Rannsóknir hafa sýnt að flugur er hægt að þjálfa til að tengja lykt við refsingu eða umbun [4,5,67,73]. Fyrir lyktarminni, taka varptaugafrumur í loftnetsblaðinu inntak frá lyktarviðtakataugafrumum og varpast til hliðarhornsins og MBs í fluguheilanum [74]. Sérstaklega eru Drosophila MB mikilvæg fyrir lyktarminnið [75,76]. MB taugafrumur eru flokkaðar sem , 0 0 og taugafrumur [77].

Blum o.fl. sýndi að í flugum myndar lærð reynsla skammtímaminni í MB taugafrumum, en langtímaminni myndast í MB taugafrumum [78]. Aftur á móti, McBride o.fl. greint frá því að MB eru nauðsynleg til að styrkja langtímaminni meðan á tilhugalífi stendur [79]. Önnur rannsókn greindi frá því að skörun MB-taugafrumna sé nauðsynleg fyrir tilhugalífsminni og lyktarskynsminni í Drosophila [80].

Vaxandi vísbendingar benda til þess að örvera í þörmum geti haft einhver áhrif á hegðun dýra [81], og samspil þarma og heila er mikilvægt fyrir hegðun [82]. Nokkrir vísindamenn hafa bent á tengsl milli örveru í þörmum og náms [83] eða minni [84]. Sérstaklega hafa sérstök probiotics verið þróuð til að bæta nám og minni hjá músum [85,86]. Í Drosophila er örvera í þörmum mun einfaldari samanborið við önnur dýr [87].

Ávaxtaflugur eru hugsanlegt dýralíkan til að rannsaka áhrif örveru í þörmum á lærða hegðun; þó eru aðeins dreifðar sannanir. Nýlega, Silva o.fl. greint frá því að axenic flugur hafa skert lystarminni 24 klst eftir þjálfun og axenic karlflugur sýna minnkað tilhugalífsnám og minni [34] (tafla 1). Frekari rannsókna er þörf til að skýra áhrif örveru í þörmum á lærða hegðun í framtíðinni.

4. Öldrun og langlífi

Öldrun er alhliða líffræðilegt fyrirbæri. Í meginatriðum er öldrun hugtak sem notað er til að lýsa sambandi milli hækkandi tímatalsaldurs og hnignunar á lífeðlisfræðilegum aðgerðum, svo sem æxlunarstarfsemi, vöðvastyrk, vitræna skerðingu og aldurstengda sjúkdóma [88].

Nokkrar rannsóknir hafa notað dýralíkön, svo sem Caenorhabditis elegans, Drosophila og mýs, til að einkenna sameinda- og lífeðlisfræðilegar breytingar sem eiga sér stað við öldrun [89].

Þarma örvera og öldrun Drosophila

Aging is associated with an increased risk of chronic diseases, including immune system diseases, cancer, neurodegeneration, and dysbiosis [90]. A recent study demonstrated that there are significant differences in the gut microbiota composition between healthy and unhealthy elderly adults (aged >90 ára). Heilbrigt aldrað fólk hefur meiri gnægð af Bacteroidetes í þörmum, sem veita virkari brautir fyrir orkuefnaskipti.

Hins vegar hafa óheilbrigðir aldraðir einstaklingar meira magn af Streptococcus og öðrum sjúkdómsvaldandi bakteríum í þörmum [91]. Rannsóknir á örveru aldraðra manna eru ekki mjög samkvæmar vegna mismunandi innri og ytri þátta sem tengjast hverri manneskju; Þess vegna er þörf á frekari rannsóknum með dýralíkönum til að skýra hlutverk örveru í þörmum í öldrun.

Venjulega hefur heilbrigða og vel viðhaldið villigerð Drosophila, W1118, miðgildi líftíma um það bil 70 daga og að hámarki um það bil 90 dagar þegar hún er alin við 25 ◦C [92]. Aldraðar flugur sýna alvarlegar aldurstengdar hegðunarbreytingar 21 dögum eftir rof, svo sem aldurstengda hreyfiskerðingu (ARLI), minni kynvirkni og æxlunarhegðun, skert hitaskynjunargetu, sundurliðun svefn-vöku og skert vitræna virkni. 63,93–95]. Þessar aldurstengdu hegðunarbreytingar tengjast breytingu á tjáningarmynstri gena. Öldrun tengist breytingum á tjáningu næstum 23% gena í Drosophila og mörg þessara gena tengjast streituviðbrögðum og æxlun. Truflun tjáning þessara gena veldur skerðingu á nokkrum lífeðlisfræðilegum ferlum í öldruðum flugum [96].

Hjá fullorðnum flugum eru Proteobacteria (Acetobacter og Komagataeibacter) og Firmicutes (Lactobacillus og Leuconostoc) stór hluti af örveru í þörmum, sérstaklega á magalíka koparfrumusvæðinu (CCR, sjá einnig mynd 1a), sem stjórnar dreifingu og samsetning örveru og metaplasia magaþekju með virkjun JAK/STAT merkja í öldrunarþörmum [97]. Þar að auki er marktækur munur á samsetningu örveru í þörmum á milli ungar og gamlar flugur.

Hjá ungum flugum eru Acetobacter persici og L. brevis ríkjandi tegundir. Hins vegar eru A. malorum og L. plantarum aðallega til staðar í þörmum gamalla flugna [98]. Rannsóknir sem skýra áhrif örveru í þörmum á mismunandi stigum þróunar Drosophila eru ekki í samræmi. Brummel o.fl. komist að því að flugur sem eru aldar við axaraðstæður hafa stytt líftíma samanborið við hefðbundnar flugur. Ennfremur eykur tilvist örveru á fyrstu viku fullorðinslífs í Drosophila líftímann. Aftur á móti dregur nærvera örvera á efri árum úr líftíma. Höfundarnir lögðu til að örvera í þörmum hafi samskipti við langlífsgen til að stilla líftíma Drosophila [39].

Andstætt þessu, Catterson o.fl. sýndi fram á að föstu með hléum (IF, tveggja daga fóðrun á eftir fimm daga föstu) getur lengt líftíma Drosophila. Ennfremur sýndu höfundar að IF í að minnsta kosti 30 daga á fullorðinsárum eykur líftíma. Höfundarnir héldu því fram að IF eykur viðnám af völdum hungurs gegn oxunar- og útlendingaálagi.

Ennfremur eykur IF lípíðinnihaldið í 60-dagsgömlum flugum. Greining á þörmum 40 dögum eftir IF leiddi í ljós marktæka minnkun á aldurstengdum sjúkdómum, bættri starfsemi þarmahindrana og minnkað magn baktería, þar með talið L. plantarum. Ég get virkað óháð TOR leiðinni og aukið líftímann verulega. Allt í allt, á fyrstu árum, getur skammtíma IF valdið langvarandi jákvæðum áhrifum sem gætu aukið langlífi, að minnsta kosti að hluta, með því að varðveita heilsu þarma [40].

5. Alzheimerssjúkdómar

Alzheimerssjúkdómur (AD) kemur fram vegna hrörnunar taugafrumna í heilanum. AD einkennist af nærveru taugaslysa og taugatindaflækja, sem leiðir til uppsöfnunar amyloid-beta (A) peptíðs [99]. Það eru tvær helstu tilgátur til að útskýra gangverkið sem liggur að baki þróun AD. Fyrsta tilgátan er kólínvirk tilgátan.

Á áttunda áratugnum leiddu rannsóknir í ljós að nýbarka- og presynaptic kólínvirkur skortur tengist kólínasetýltransferasa (ChAT), ensími sem tekur þátt í myndun asetýlkólíns (ACh). Þar sem ACh er lykilþátturinn sem tekur þátt í að stjórna vitrænni starfsemi, leggur kólínvirk tilgátan fram að -amyloid uppsöfnun hafi áhrif á kólínvirk taugaboð og valdi minnkun á kólínupptöku og Ach losun [100,101]. Önnur tilgátan er amyloid tilgátan.

Fram hefur komið að niðurbrot A minnkar með auknum aldri eða við ýmsar meinafræðilegar aðstæður, sem leiðir til uppsöfnunar A-peptíða, sem loksins veldur taugafrumum [102-104]. Nokkrir AD áhættuþættir hafa verið auðkenndir, svo sem öldrun, erfðafræðilegur bakgrunnur, stökkbreytingar á amyloid forefni próteina, umhverfisþættir og þungmálma útsetning [105].

5.1. Þarma örvera og AD í Drosophila

AD sjúklingar sýna minnkað magn L. brevis og Bifidobacterium dentium í þörmum og minnkað GABA gildi í miðtaugakerfi [106]. Serótónín, annað lykiltaugaboðefni sem stjórnar vitrænni starfsemi, er hægt að búa til af örverum í þörmum [15,107]. Fyrir utan ójafnvægi taugaboðefna eru taugaeitur einnig tengd AD. Nýleg rannsókn leiddi í ljós að taugaeiturið -N-metýlamínó-L-alanín (BMAA) er framleitt af Cyanobacteria í þörmum, sem stuðlar að þróun AD [106,108]. Hins vegar eru áhrif örveru í þörmum á taugarásir og tengdar aðferðir við AD enn óljós. Í heildina hafa þrjú Drosophila AD líkön verið þróuð sem gerðu vísindamönnum kleift að afhjúpa sambandið milli AD og örveru í þörmum. Þar á meðal eru elav-Gal4, UAS-BACE/UASAPP líkan, GMR-A 42 líkan og elav-Gal4; UAS-A 42 líkan (tafla 1).

5.2. elav-Gal4; UAS-BACE/UAS-APP flugulíkan

UAS/Gal4 kerfið hefur verið notað til að þróa AD flugulíkön með því að tjá beta-secretasa (BACE) eða amyloid forveraprótein (APP) undir stjórn elav-Gal4 drivers, sem er tjáð sérstaklega í taugafrumum. Þessar flugur sýna aukna amyloid útfellingu í taugafrumum, tap á klifurgetu og aukna taugahrörnun. Nýleg rannsókn sýndi ennfremur tengslin milli Kefir upptöku og AD í elavGal4; UAS-BACE/UAS-APP flýgur. Kefir er probiotic sem inniheldur fimm helstu bakteríutegundir: L. kefiranofaciens (21,96%), L. kefir (0,2%), A. labarum (0.17%), Lactococcus lactis ( 0.004%) og Rickettsiales (0,001%). Helstu umbrotsefnin í Kefir eru hexan (Hex), díklórmetan (DCM), etýlasetat (EtOAc) og n-bútanól (But-OH). Kefirgjöf á AD flugur jók klifurgetu þeirra, bætti lifunartíðni og bældi taugahrörnun. Ennfremur, þó að umbrotsefnin fjögur sem eru til staðar ef Kefir gætu hver fyrir sig bætt klifurvirkni í AD flugum, gátu aðeins EtOAc og But-OH lengt líftíma AD líkansins Drosophila [41].

Westfall o.fl. þróað samlífisblöndu sem inniheldur L. plantarum NCIMB 8826 (Lp8826), L. fermentum NCIMB 5221 (Lf5221) og Bifidobacteria longum spp. infantis NCIMB 702255 (Bi702255), ásamt 0,5% TFLA (polyphenol jurtaþykkni úr meltingarveginum Triphala) dufti. Meðhöndlun elav-Gal4; UAS-BACE/UAS-APP flugur með þessari samlífu samsetningu drógu úr tjáningu Drosophila insúlínlíks peptíðs (Dilp) þar á meðal Dilp2 og Dilp3, og Dilp viðtaka, en það jók dFOXO og meðfædda ónæmisþátt tvíoxíðasa tjáningu, og stuðlaði að IMD merkjum. Þar að auki minnkaði samlífissamsetningin magn heildaroxunarefna, bældi lípíðperoxun (LPO) og endurheimti virkni hvatbera rafeindaflutningakeðjunnar (ETC) í AD líkanflugum [42].

5.3. GMR-A 42 flugugerð

GMR-A 42 AD flugulíkan var þróað með því að tjá A 42 transgenið úr mönnum undir stjórn glerfjölliða reporter (GMR)-Gal4 drifkraftsins, sem er tjáð í sjónhimnufrumum. Þessar flugur sýna grófa augnsvipgerð vegna taugahrörnunar, og þetta líkan er mikið notað til að rannsaka kerfi sem liggur að baki AD þróun [109]. Liu o.fl. sýndi að fóðrun L. sakei Probio 65 og L. paracasei 0291 dró verulega úr AD-tengdri taugahrörnun í GMR-A 42 AD líkanflugum [43]. Ennfremur, Tan o.fl. greint frá því að Lactobacillus bjargar grófu augnsvipgerðinni í AD flugum, sérstaklega L. plantarum DR7 stofninum. L. plantarum DR7 getur endurheimt fjölbreytileika örveru í þörmum í AD flugum með því að auka gnægð Stenotrophomonas og Acetobacter, á sama tíma og Wolbachia minnkar [44].

5.4. elav-Gal4; UAS-A 42 fluga líkan

Þessi AD líkanflugur voru þróuð með því að tjá A 42 úr mönnum undir stjórn elav-Gal4, sem rekur taugakerfi. Svipað og aðrar AD flugur, elav-Gal4; UAS-A 42 flugur sýna minni lifunartíðni og minni klifurhæfileika. Þar að auki minnkar fjöldi fjölskyldu Acetobacteraceae og Lactobacillaceae í þörmum þessara flugna, sérstaklega Acetobacter og Lactobacillus. Með því að nota GC-MS hefur komið í ljós að magn asetats, sem er algengasta stuttkeðju fitusýran (SCFA) í flugum, minnkar verulega í AD líkanflugum [45]. In vitro og in vivo rannsóknir hafa sýnt að SCFAs gegna mögulegu hlutverki við að draga úr A magni og draga úr eituráhrifum þess [110,111]. Ennfremur stuðlar garnaveiki af völdum sýkingar með ósjúkdómsvaldandi enterobacterium (Ecc15) í fullorðnum flugum nýliðun blóðfrumna til heilans, sem leiðir til TNF-JNK miðlaðrar taugahrörnunar, sem leiðir til AD þróun [46].
6. Parkinsonsveiki

Parkinsonsveiki (PD) er taugasjúkdómur sem leggst aðallega á fólk á seinni árum ævinnar. Almennt séð sést PD sjaldan hjá þeim sem eru yngri en 40 ára og áætlað er að um 1% fólks eldri en 60 ára og 0,3% allra íbúanna fái þennan sjúkdóm [112–114] . Uppsöfnun Lewy-líkama sem innihalda -synuclein og tap á dópamínvirkum taugafrumum í substantia nigra eru helstu meinafræðilegu breytingarnar sem sjást hjá sjúklingum með PD. Hreyfieinkennin sem eru almennt séð hjá PD sjúklingum eru skjálfti, stífni og hægsláttur. Ennfremur eru algengir óhreyfanlegir eiginleikar sem sjást hjá sjúklingum með PD svefntruflanir, ósjálfráða truflun og lágþrýsting [115]. Þrátt fyrir að orsakir undirliggjandi þróun PD séu enn óþekktar, eru helstu áhættuþættirnir aldur, umhverfisþættir og erfðir.

6.1. Gut Microbiota og PD í Drosophila

Greint hefur verið frá því að hjá sjúklingum með PD er gnægð Enterobacteriaceae í þörmum jákvætt tengt alvarleika óstöðugleika í líkamsstöðu [46]. Jafnframt hefur verið greint frá því að hjá sjúklingum með langvarandi lungnateppu er magn Prevotellaceae, Blautia spp., Coprococcus spp., Roseburia, Faecalibacterium spp. og Prevotella spp. Er minnkað, en E. coli, Ralstonia, Lactobacillus, Bifidobacterium, Verrucomicrobiaceae, Bacteroides, Parabacteroides, Akkermansia, Butyricimonas, Veillonella, Odoribacter, Mucispirillum og Bilophila eykst [112,116]. Hins vegar eru áhrif örveru í þörmum á meingerð PD enn óljós. Drosophila PD líkanið hefur verið notað til að kanna tengsl milli PD og örveru í þörmum. Svipað og AD líkanið eru tvö líkankerfi til að rannsaka PD í Drosophila: elav-Gal4; UAS-Synuclein líkan og PINK1 stökkbreytt líkan (tafla 1), eins og lýst er hér að neðan.

6.2. fara-Gal4; UAS-Synuclein fluga líkan

Hjá PD sjúklingum er margföldun stökkbreytinga (A53T, A30P eða E46K) í synuclein geninu. Fly PD líkön hafa verið þróuð með því að tjá stökkbreytta -synuclein undir stjórn elav-Gal4 ökumanns. Ho et al. notaði A53T stökkbreytt manna -synuclein prótein undir elav-Gal4 drifvélinni til að þróa flugur með PD-lík einkenni. Þessar flugur sýndu tap á dópamínvirkum taugafrumum á fullorðinsárum og hreyfivandamál.
Meðferð með 3-hýdroxýbensósýru (3-HBA),3,4-díhýdroxýbensósýru (3,4-díHBA) og 3-(3- hýdroxýfenýl)própíónsýra (3- HPPA), sem eru umbrotsefni fenólsýru, hamlaði -synuklein samloðun in vitro og bætti hreyfivirkni PD líkanflugna. Greint hefur verið frá því að Bacteroides ovatus gæti breytt flavanólunum catechin og epicatechin í DHCA, 3,4-diHBA og 3-HBA. Þar að auki gætu B. ovatus, Eggertella lenta og Escherichia coli framleitt 3-HPPA, 3,4- diHBA og 3-HBA í gegnum efnaskiptaferli óháð katekini og epicatechin. Þessar niðurstöður gefa til kynna að örvera í þörmum gæti haft áhrif á meingerð PD með því að breyta flavanólum í fæðunni [47].

6.3. PINK1 stökkbreytt fluga líkan

PTEN-framkallaður kínasi 1 (PINK1), kjarnakóðaður hvatbera serín/þreónín prótein kínasi, hefur verið tengdur PD. Í dýralíkönum með PINK1 genastökkbreytingum, sjást PD-tengdar breytingar og einkenni, svo sem sundurlausar hvatberakrista, aukið oxunarálagsnæmi, hreyfigalla og dópamínvirkt taugatap [113,120]. Þess vegna er PINK1 með stökkbreytingum með tap á virkni notað til að þróa PD líkanflugur. Xu o.fl. sýndi að PD flugur með PINK1 stökkbreytingar sýna styttan líftíma, klifur- og fluggalla, hrörna flugvöðva og tap á dópamínvirkum taugafrumum. Sýnt hefur verið fram á að efnasambandið epigallocatechin-3-gallate (EGCG), aðal pólýfenól sem er til staðar í grænu tei, getur dregið úr einkennum PD. Þar að auki gæti EGCG endurheimt fjölbreytileika örvera í PD flugum með því að minnka magn próteóbaktería í þörmum og auka þarmamagn Firmicutes og Bacteroidetes. Þar að auki, í PD flugum, eykst magn af bakteríum Lactobacillus og Acetobacter í þörmum, en í EGCG meðferðarhópum minnkaði það magn Acetobacter og L. plantarum og bjargaði hreyfigöllunum. Ennfremur dró úr virkni þessa pólýfenóls með því að auka magn L. plantarum í EGCG-meðhöndluðum PD flugum. Þannig veitir EGCG taugavernd með því að hafa áhrif á örveru í þörmum í PD flugum [48].

7. Einhverfurófsröskun

Einhverfurófsröskun (ASD) er taugaþroskaröskun sem kemur fram í æsku. Það einkennist af flóknum hegðunarsvipgerðum og annmörkum í bæði félagslegri og vitrænni virkni; hins vegar er nákvæm orsök ASD enn óþekkt [121,122]. Á undanförnum árum hefur tengsl milli erfðaþátta og ASD verið auðkennd, þar á meðal breytileiki í fjölda eintaka, fjölbreytileika í einni núkleótíð og breyting á epigenetic. Fyrir utan erfðafræði, gegna umhverfisþættir, svo sem loftmengun og skordýraeitur, einnig lykilhlutverki í ASD [122,123]. Nýlega hefur Drosophila líkanið verið notað til að rannsaka sambandið á milli ASD og litningabreytingar, stjórnun eftir umritun, próteinmyndun/niðurbrot og frumuviðloðun sameinda [124]. POGZ kóðar heterochromatin prótein 1 -bindandi prótein sem er mikilvægt fyrir endurgerð litninga í mönnum. Talið er að POGZ virki sem umritunarstjórnandi, sem skiptir sköpum fyrir starfsemi taugafruma [125]. Niðurstilling á röð, Drosophila ortholog of POGZ, í taugafrumum, leiðir til skorts á vana, sem er tegund af námi sem ekki er tengt [125]. Euchromatin histone methyltransferasi (EHMT) er annað dæmi um ASD áhættugenið sem tengist endurgerð litninga [126-128]. Tap á EHMT í Drosophila leiðir til náms- og minnisbrests, og marktækrar minnkunar á dendritic enda tölum, hærri röð greiningar og dendritic field flókið [129].

Nýlegar rannsóknir benda til þess að KDM5 fjölskyldupróteinin skipti sköpum fyrir ASD. KDM5 fjölskylduprótein eru histón demetýlasar sem stjórna histón H3K4me3 breytingum, sem tengist hvatamönnum umritunarvirkra gena [130,131]. Greint hefur verið frá stökkbreytingum í KDM5 fjölskyldupróteinum hjá sjúklingum með ASD [132,133]. Þar að auki sýna kdm5c knockout mýs einnig óeðlilega náms- og félagslega hegðun vegna minni þéttleika hryggsins [134,135]. Flugur sem bera stökkbreytta manninn kdm5c (kdm5A512P) sýna náms- og minnisgalla [136]. Ennfremur sýna þessar flugur hegðunargalla og breytingar á umritunarstigi, sem eru svipaðar stökkbreyttri samsætu sem afnemur demetýlasavirkni. Þessar rannsóknir benda til þess að KDM5 fjölskylduprótein séu mikilvæg fyrir nám, minni og félagslega hegðun á ensímvirkni þeirra fyrir genavirkjun [136].

Nokkrar atferlisprófanir er hægt að nota til að rannsaka ASD í Drosophila líkaninu. Félagsrýmispróf voru upphaflega þróuð af Simon o.fl. að rannsaka ASD í fullorðnum flugum [137]. Þessi prófun er framkvæmd í prófunarklefa með tveimur ferkantuðum glerplötum (18 × 18 cm) aðskildum með 0,5 cm millistykki, sem gerir flugunum kleift að vera í geimnum. Innra rýmið er þríhyrnt með hæð og botn 15,3 cm hvor. Flugur eru settar neðst í hólfinu og allar flugur byrja að klifra upp frá sama upphafsstað neðst. Eftir 20 mín er fjarlægðin milli næstu nágranna mæld með myndavél [137]. Fyrir utan félagsleg rýmispróf er Drosophila virkniprófið einnig almennt notað í ASD líkanflugum [138].

Chen o.fl. lagði til að KDM5 prótein hafi áhrif á félagslega hegðun með því að stjórna samsetningu örveru í þörmum [49]. Hjá mönnum samanstendur KDM5 fjölskyldan af fjórum meðlimum, en í Drosophila er aðeins einn KDM5 ortholog til staðar [139]. Chen o.fl. myndaði kdm5-skorta flugurnar og sýndi að tap á kdm5 leiðir til truflunar á þörmum og breytingum á félagslegri hegðun. Að auki breytti KDM5 skortur í þarmavef samsetningu örveru, sem leiddi til galla í þörmum. Hins vegar, probiotic Lactobacillus eða sýklalyfjagjöf til kdm5--skorts flugna bjargaði hegðunar- og frumusvipgerðunum að hluta og lengdi líftímann (tafla 1). Ennfremur stjórnar KDM5 umritunarleiðinni ónæmisbrest (IMD) merkjaleiðina og viðheldur bakteríujafnvægi á demetýlasaháðan hátt [134]. Þessar rannsóknir benda til þess að miða á örveru í þörmum gæti verið möguleg klínísk meðferðaraðferð til að meðhöndla ASD sjúklinga með óeðlilegar IMD boðefni [49].

8. Ályktanir

Þar sem Drosophila hýsir einfalt örverusamfélag í þörmum er auðvelt að skilja hvernig örveru-þarma-heilaásinn hefur áhrif á flókna hegðun dýra. Þar að auki hafa nokkur flugulíkön af taugahrörnunarsjúkdómum verið þróuð sem gera vísindamönnum kleift að rannsaka tengsl milli örvera í þörmum og taugasjúkdóma, sem gæti rutt brautina í átt að þýðingarrannsóknum á probiotics.

Þessi úttekt leggur áherslu á mikilvægi nýlegra niðurstaðna um tengsl milli örveru í þörmum og starfsemi taugafruma, hegðun og taugahrörnunarsjúkdóma í Drosophila líkaninu. Þarmaörveran hefur áhrif á hitaþol, svefnhegðun, hreyfivirkni, her-útræktunarstefnu og árásargjarn hegðun, sem allt er meðfædd hegðun. Þó að það séu nokkrar mótsagnir varðandi tengsl milli örveru í þörmum og hegðun, getum við velt því fyrir okkur að þessi munur gæti stafað af mismunandi arfgerðum hýsils og mataræði sem notað er í mismunandi rannsóknum. Hins vegar gefa rannsóknir á Drosophila svefni og hreyfihegðun okkur vísbendingar um að örvera í þörmum virki sem taugamótari taugakerfisrásanna [34].

Samband lærðrar hegðunar og örveru í þörmum er enn illa skilið. Silva o.fl. greint frá því að örvera í þörmum hafi áhrif á lystarmikið langtímaminni, tilhugalífsnám og tilhugalíf langtímaminni [34]. Þótt hlutverk örveru-þarma-heila ássins í öldrun sé enn óljóst, lærðum við af ávaxtaflugum að breytingar á lífsstíl eða mataræði gætu bætt líftíma [40]. Þar að auki benda rannsóknir á flugulíkaninu til þess að drekka mjólk með kefir og taka samlífisblöndur eða probiotic fæðubótarefni draga úr AD einkennum [41,42,44].

Gagnleg áhrif probiotic fæðubótarefna og grænt te sem inniheldur EGCG á PD einkenni hafa verið sýnd í flugum [116,118]. Í framtíðarrannsóknum mun forgangsverkefnið vera að þróa nýjar tilraunauppsetningar sem auðvelda smitgát fyrir þétt eftirlit og nákvæma meðhöndlun á þörmum örveru í ávaxtaflugum [34]. Við teljum að Drosophila líkanið geti hjálpað okkur að skilja meginregluna sem liggur að baki örveru-þarma-heilaásnum og greina hugsanlega næstu kynslóðar probiotics (NGP) innan skamms.

Framlög höfunda:

Hugmynd eða hönnun þessa verks: C.-HL og C.-LW; Að skrifa handritið: M.-HC, S.-MH, H.-YW, Y.-CL, C.-HL og C.-LW; Gerð mynda og taflna: M.-HC og S.-MH; Tillögur og umræður: W.-HT og TW; Lokasamþykki: allir höfundar. M.-HC og S.-MH lögðu jafnt þátt í þessa vinnu. Allir höfundar hafa lesið og samþykkt útgáfu handritsins.

Fjármögnun:

Þessi rannsókn var styrkt af styrkjum frá Science Park, Vísinda- og tækniráðuneytinu (109CB01), Vísinda- og tækniráðuneytinu (109-2326-B-182-001-MY3, 109-2320-B{{6} }MY3 og 109-2320-B-182-029-MY3), Chang Gung Memorial Hospital (CMRPD1K0311-2, CMRPD1K0361 og BMRPC75), og Sprotaverkefni háskólanáms sem styrkt er af vísinda- og tækniráðuneytinu og menntamálaráðuneytið.

Viðurkenningar:

Höfundar vilja þakka ritstjóra og gagnrýnendum fyrir ritstjórnaraðstoð og dýrmætar athugasemdir. Við þökkum meðlimum rannsóknarstofum CH Lai og CL Wu fyrir gagnrýnar athugasemdir við þetta handrit.

Hagsmunaárekstrar:

Höfundar lýsa ekki yfir hagsmunaárekstrum. Fjármögnunaraðilar höfðu ekkert hlutverk í hönnun rannsóknarinnar; við söfnun, greiningu eða túlkun gagna; við ritun handritsins, eða við ákvörðun um að birta niðurstöðurnar.

Heimildir

Konopka, RJ; Benzer, S. Klukkustökkbrigði af Drosophila melanogaster. Frv. Natl. Acad. Sci. Bandaríkin 1971, 68, 2112–2116. [Krossvísun]

2. Dow, MA; Schilcher, FV Árásargirni og pörunarárangur í Drosophila melanogaster. Náttúra 1975, 254, 511–512. [CrossRef] [PubMed]

3. Hall, JC Pörun flugu. Vísindi 1994, 264, 1702–1714. [CrossRef] [PubMed]

4. Tempel, BL; Bonini, N.; Dawson, DR; Quinn, WG Verðlaunanám í venjulegum og stökkbreyttum Drosophila. Frv. Natl. Acad. Sci. Bandaríkin 1983, 80, 1482–1486. [CrossRef] [PubMed]

5. Tully, T.; Quinn, WG Klassísk skilyrðing og varðveisla í eðlilegum og stökkbreyttum Drosophila melanogaster. J. Comp. Physiol. 1985, 157, 263–277. [CrossRef] 6. Siegel, RW; Hall, JC Skilyrt viðbrögð við tilhugalífshegðun eðlilegra og stökkbreyttra Drosophila. Frv. Natl. Acad. Sci. Bandaríkin 1979, 76, 3430–3434. [Krossvísun]

7. Feany, MB; Bender, WW Drosophila líkan af Parkinsonsveiki. Náttúran 2000, 404, 394–398. [Krossvísun]

8. Cowan, CM; Shepherd, D.; Mudher, A. Innsýn frá Drosophila líkönum um Alzheimerssjúkdóm. Biochem. Soc. Trans. 2010, 38, 988–992. [Krossvísun]

9. Þri, NT; Dat, TQ; Ly, LL; Anh, VD; Yoshida, H. Innsýn frá Drosophila melanogaster líkani af Alzheimerssjúkdómi. Framan. Biosci. 2020, 25, 134–146. [Krossvísun]

10. O'Hara, AM; Shanahan, F. Þarmaflóran er gleymt líffæri. EMBO Rep. 2006, 7, 688–693. [Krossvísun]

11. Fung, TC; Olson, CA; Hsiao, EY Samskipti milli örveru, ónæmis- og taugakerfis í heilsu og sjúkdómum. Nat. Neurosci. 2017, 20, 145–155. [CrossRef] [PubMed]

12. Lin, CH; Chen, CC; Chiang, HL; Liou, JM; Chang, CM; Lu, TP; Chuang, EY; Tai, YC; Cheng, C.; Lin, HY; o.fl. Breytt örverulíf í þörmum og bólgusvörun cýtókíns hjá sjúklingum með Parkinsonsveiki. J. Neuroinflamm. 2019, 16, 129. [CrossRef] [PubMed]

13. De Palma, G.; Lynch, læknir; Lu, J.; Dang, VT; Deng, Y.; Dómnefnd, J.; Umeh, G.; Miranda, forsætisráðherra; Pigrau Pastor, M.; Sidani, S.; o.fl. Ígræðsla á saurörveru frá sjúklingum með iðrabólguheilkenni breytir þarmastarfsemi og hegðun hjá músum sem fá það. Sci. Þýðing. Med. 2017, 9, eaaf6397. [CrossRef] [PubMed]

14. Hsiao, EY; McBride, SW; Hsien, S.; Sharon, G.; Hyde, ER; McCue, T.; Codelli, JA; Chow, J.; Reisman, SE; Petrosino, JF; o.fl. Örvera mótar hegðunar- og lífeðlisfræðileg frávik sem tengjast taugaþroskaröskunum. Cell 2013, 155, 1451–1463. [CrossRef] [PubMed]

15. Strandwitz, P. Miðlun taugaboðefna með örveru í þörmum. Brain Res. 2018, 1693, 128–133. [CrossRef] [PubMed]

For more information:1950477648nn@gmail.com