Понятно, откуда данио получил свое название, но на первый взгляд менее очевидным является то, какое отношение рыба данио имеет к биомедицинским исследованиям. Удивительно, но он имеет биологическое сходство с людьми, что делает эту небольшую пресноводную рыбу все более популярным модельным организмом для изучения развития позвоночных, генетики, физиологии и механизмов заболеваний.
Разнообразные презентации на Международной конференции по развитию и генетике рыбок данио 2012, состоявшейся 20-24 июня в Мэдисоне, штат Висконсин, демонстрируют широту исследований, возможных с рыбками данио. Многим из этих исследований способствует его быстрое развитие, генетическая податливость и оптическая прозрачность на ранних стадиях, что позволяет визуализировать меченые клетки внутри целого живого эмбриона.
Здесь представлена небольшая выборка исследований, основанных на этих сильных сторонах.
Наблюдая за рождением и распространением рака
Одно из самых опасных качеств опухоли – ее способность метастазировать или распространяться за пределы исходного участка. Биологические механизмы, приводящие к метастазированию, являются активной целью исследований, часто сосредоточенных на роли раковых стволовых клеток, которые сохраняют относительно неразвитое состояние и способность размножаться.
Исследовательская группа в Массачусетской больнице общего профиля под руководством Дэвида Лангенау, доктора философии.D., продвигает это понимание ?? с неожиданным поворотом ?? с использованием модели эмбриональной рабдомиосаркомы (ERMS) рыбок данио, редкого человеческого педиатрического рака мышц.
Группа, возглавляемая докторантом Мироном Игнатиусом, Ph.D., сконструировали рыб так, чтобы они содержали флуоресцентные репортерные молекулы в своих опухолевых клетках. Клетки флуоресцируют зеленым, когда они находятся в состоянии стволовых клеток, становятся красными, когда они начинают дифференцироваться, и, наконец, светятся синим, когда они достигают своей окончательной дифференцированной идентичности в опухоли.
Как у рыбок начинают развиваться опухоли ?? начиная всего с 10 дней ?? исследователи могут воспользоваться прозрачностью молодых рыбок данио, чтобы изобразить раковый процесс, который разворачивается внутри целого живого эмбриона.
"Мы можем визуализировать рождение рака," Доктор.Игнатий говорит. "Как образуется опухоль, как мигрируют опухолевые клетки, и функциональные последствия дифференцировки внутри отдельных раковых клеток."
То, что они увидели, удивило их. Вместо того, чтобы ожидаемые зеленые стволовые клетки покидали существующую опухоль и создавали новую опухоль, они видели, как высоко мигрирующие красные средне дифференцированные клетки попадали в кровеносные сосуды и перемещались в новое место в организме. В течение нескольких дней выяснилось, что зеленые стволовые клетки затем медленно мигрировали в сторону красных, чтобы размножаться и образовывать новую опухоль. Окончательно дифференцированные синие опухолевые клетки были в основном стационарными и не способствовали локальному метастазированию.
"Наши данные подтверждают модель, в которой первым типом клеток, мигрирующим в новые области роста опухоли, является не раковая стволовая клетка, а, как это ни парадоксально, среднедифференцированная клетка ERMS, которая не имеет внутренней способности пролиферировать и переделывать опухоль. Только после того, как эта клетка праймирует вновь колонизированную область, медленно движущиеся стволовые клетки привлекаются и запускают дальнейший рост опухоли," говорит доктор. Лангенау.
Их результаты предполагают, что усилия по контролю метастатического потенциала могут потребовать воздействия на несколько популяций клеток в опухоли. Доктор. Игнатий предлагает, "Новые методы лечения должны быть нацелены как на пул раковых стволовых клеток, так и на типы высоко мигрирующих клеток, которые способствуют распространению опухоли. Мы полагаем, что наша модель болезни у рыбок данио будет полезна для определения новых лекарственных мишеней для обоих этих процессов."
Генетические факторы никотиновой зависимости и успеха лечения
Никотиновая зависимость является одной из основных причин предотвратимой смерти и связана с очень высокими затратами на медицинское обслуживание. Несколько одобренных вариантов лечения, доступных в настоящее время для людей, которые хотят избавиться от своей привычки, в первую очередь варениклин и бупроприон, общие названия двух фирменных препаратов, отпускаемых по рецепту, чтобы бросить курить, показали умеренный успех, но не работают для всех пациентов.
Исследовательская группа профессора Стивена Эккера в клинике Майо в Рочестере, штат Миннесота, тесно сотрудничает с Центром никотиновой зависимости.
"Мы работаем вместе, чтобы попытаться создать лучшие варианты лечения для пациентов, страдающих табачной зависимостью," говорит аспирантка Марго Кузен. "Некоторые пациенты получают эти методы лечения и чувствуют себя хорошо, но на других они почти не действуют. Ответ на лечение очень разнообразен. Мы используем модель рыбок данио для поиска новых генов-кандидатов, которые могут быть задействованы в этом процессе."
Доктор. Лаборатория Эккера создала сотни линий рыбок данио с генетическими мутациями, случайно разбросанными по геному. Кузен использует простой поведенческий тест, чтобы посмотреть, как разные мутантные линии реагируют на воздействие никотина и лекарственное лечение. Она объясняет, что нормальные рыбы повышают свою плавательную активность при лечении никотином, но предварительное лечение варениклином обычно блокирует никотиновый ответ.
Когда она проверяет генетически измененных рыб, она ищет тех, которые ненормально реагируют либо на никотин, либо на лекарство. Идентификация конкретного гена, измененного у каждой рыбы, даст ключ к разгадке путей, участвующих в никотиновой зависимости.
"Мы хотим сообщить как науку, так и помочь в лечении пациентов. Мы можем получить много знаний за относительно короткий период времени, используя это в качестве модели," Кузен говорит.
Они надеются расширить доступные варианты лечения никотиновой зависимости, чтобы обеспечить более адресный подход и улучшить результаты лечения пациентов.
Вариативное восстановление после химиотерапии
Противораковые методы лечения, такие как лучевая терапия и химиотерапия, могут иметь серьезные побочные эффекты из-за гибели клеток крови, в том числе нескольких типов, важных для иммунной системы. Эти клетки могут быть восполнены регенеративными клетками костного мозга, известными как гемопоэтические стволовые клетки.
"Что мы знаем из клиники, так это то, что, когда у людей есть кроветворное повреждение, такое как лечение химиотерапией, важно, чтобы их стволовые клетки быстро отреагировали, чтобы заменить то, что было потеряно," говорит постдокторант Тереза Боуман, доктор философии.D. Но, добавляет она, "Есть огромные различия между людьми, и в значительной степени неясно, почему."
Боуман, который работает с Леонардом Зоном, М.D., в Бостонской детской больнице изучает генетическую основу различий между людьми, используя рыбок данио в качестве модельной системы.
Она заметила, что два распространенных вида рыбок данио восстанавливаются после радиационного облучения с очень разной скоростью. "Это отличная модель того, что, как мы знаем, верно для людей: одна группа реагирует медленно, а другая быстрее восстанавливается. Мы можем использовать это, чтобы посмотреть на генетическую основу этого различия," Доктор. Боумен говорит.
Путем скрещивания двух линий рыб она может соотнести скорость реакции потомства с вариантами генов, унаследованными от каждой родительской линии. На сегодняшний день она определила три области в геноме, которые, по-видимому, связаны со скоростью восстановления кроветворения.
Вполне вероятно, что задействовано несколько генов, и теперь она планирует проект секвенирования всего генома для выявления дополнительных участков и уточнения отдельных генов, лежащих в основе естественных вариаций в процессах гемопоэтической регенерации. Такие гены могут служить терапевтическими мишенями для ускорения выздоровления после химиотерапии или лучевой терапии.