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斑马鱼模型和眼疾病间的关系

2016年10月17日 浏览量: 评论(0) 来源:环特生物 作者:环特生物 责任编辑:admin
摘要:近年来,斑马鱼凭借其出色的遗传操作便利性已逐渐走在了眼疾病临床前治疗发展的前沿。下文主要介绍的就是斑马鱼模型和眼疾病间的关系,包括其优势、原理、具体应用和治疗方法等,希望能为眼疾病研究尽一份心力。

摘要:近年来,斑马鱼凭借其出色的遗传操作便利性已逐渐走在了眼疾病临床前治疗发展的前沿。下文主要介绍的就是斑马鱼模型和眼疾病间的关系,包括其优势、原理、具体应用和治疗方法等,希望能为眼疾病研究尽一份心力。.

 

斑马鱼(Danio rerio)作为一类脊椎类模式生物,在发育和疾病的遗传机制研究中日益流行,两个主要的原因就是基因操作便利性以及高人类同源性。今天给大家介绍的主题是眼疾病的治疗,因此,这里就先和大家聊一聊斑马鱼在眼疾病研究中的优势。

 

大眼、感光、易操作

 

斑马鱼的眼睛占了斑马鱼整体体积很大的一部分,这使得早期的胚胎发育过程中的眼部操作成为了可能。在受精后72小时,斑马鱼的视网膜便接近成熟,且其形态不论是解剖学还是功能上都与人类的视网膜类似(图1)。斑马鱼视网膜上的不同类型的感光器官形成了一种高度组织化的异型感光器官嵌合体。由于昼间活动的生活习性,斑马鱼视网膜上的视锥细胞很丰富,类似于人的视网膜黄斑部位,其视锥细胞的密度也和人非常接近。

 

 

视力影响肤色——科研“变色龙”

 

斑马鱼表型是测定视觉功能的宝贵工具,因为在不同强度的光照下,斑马鱼会扩大或收缩其体内的黑色素水平来改变他们的皮肤颜色。比如斑马鱼视力受损,它会认为自己是在低强度的光照环境中从而表现出不同的表型。其他更具体的视觉检测方法就是利用视觉反射,如视动或惊恐反应,还可以变化周围环境来实时监测斑马鱼的视觉反应能力。

 

眼发育图示——高人类相似性

 

斑马鱼的眼发育与人类和其它脊椎动物非常相似(下图),都是从三个不同的胚胎组织发育起来的。像神经外胚层会分化成神经视网膜、视网膜色素上皮细胞、视神经秆、虹膜扩张器、括约肌和睫状体;外胚层会分化形成晶状体,接着形成结膜和角膜上皮;而间充质则是形成角膜内皮和基质、虹膜基质、睫状肌和血管、巩膜和外管系统。

 

妊娠第22天,前脑两边视神经沟的形成标志着人类胚胎眼发育的初步建立。在接下来的一周,视沟外翻会形成视窝,接着形成视神经囊泡。斑马鱼的眼发育和人类的主要区别就在于此,斑马鱼的神经管会发展为一种被称为神经龙骨细胞的固体物质,进而发育出视神经原基和视神经管腔等(12个体节阶段)。和人眼发育类似,在受精后16-20小时后,斑马鱼视泡会形成由视网膜神经上皮和色素上皮(上图ae)组成的两层视杯。

 

血管

 

和哺乳动物解剖面的玻璃体血管很相似,斑马鱼的血管是大约在受精后24-29小时,视网膜中央动脉血管开始生成原始的斑马鱼视网膜脉管分支,并从视神经动脉腹侧通过视神经裂缝,形成在眼内的玻璃体动脉。大约60小时后,晶状体和视网膜之间的血管内皮细胞就会产生第一条明显的基本血管。在哺乳动物中,玻璃体血管重塑涉及玻璃体回归和视网膜血管发生整个协调过程。而在斑马鱼,血管是慢慢远离晶状体,然后偏转到视网膜变成玻璃体的形式;而且血管的重塑建立在斑马鱼视网膜脉管的基础上就够了,不需要血管重新进行生长。

 

视网膜神经

 

人眼视网膜的神经从妊娠后的第六个星期开始,而神经节细胞分化视网膜的最内层则是出现在妊娠第20周。和人类一样,斑马鱼视网膜上也是先形成神经节细胞,进而分化出视网膜。斑马鱼在受精72小时后具有视觉功能,会在视网膜中央出现一类重要的极易识别的细胞。有趣的是,由72-74 小时后,斑马鱼会形成一个以高密度视锥细胞和在视杆细胞为特征的区域——颞肌区,而这个区域和人类的视网膜十分相似,只是这个区域对斑马鱼的作用是增强其视觉能力。

 

成熟的视网膜解剖

 

和人眼结构相似,成熟的斑马鱼视网膜是由两个网状层分开的三个核层组成的。感光体和视锥细胞体存在于外核层;无长突神经细胞和胶质细胞体占据着内核层;神经节细胞体均存在于神经节细胞层内;这些核层之间的染色体联会发生在网状层。幼鱼的视觉完全可以说是通过锥感光细胞控制的,拥有蓝色、紫外线敏感锥体,而人的视网膜缺乏紫外线敏感锥体。

 

基因的发现

 

斑马鱼模型之所以成为眼发育研究中的重要模型,不仅是因为人类和斑马鱼胚胎之间的眼部有明显的解剖相似性,还是因为斑马鱼的遗传可操作性。首次大规模正向遗传学在1990年,用乙基亚硝基脲诱变的大规模正向遗传学突变筛选得到2000余种突变体,包括多个患有眼疾的突变体。最近,一些有针对性的遗传筛选已经用于分离具体的影响眼睛发育的突变,具体涉及行为检测、眼部形态检查或使用转基因标志物。

 

斑马鱼突变技术

 

由于复杂诱变技术的快速发展,一些技术如吗啉反义寡核苷酸基因沉默技术、转录激活因子样效应物核酸酶(TALENS)或规律成簇间隔短回文重复(CRISPR)系统,都促进了多种斑马鱼人类眼疾病突变体的建立。斑马鱼突变体可以通过简单地将纯化的质粒DNA注射到新的受精卵来实现,这些方法虽然仍有缺点,但却大大促进了眼疾病研究的进程。

 

下周我们将继续讲解一些和人类眼部疾病相关的斑马鱼模型,敬请期待!

 

参考文献:The zebrafish eye—a paradigm for investigating human ocular genetics

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