Er is iets visachtig in ALS-onderzoek

Deze gestreepte vissen helpen wetenschappers om de oorzaak van ALS beter te begrijpen en hoe het misschien ooit behandeld kan worden.

Onderzoekers gebruiken deze populaire aquarium vissen, gekend als zebravissen (Danio rerio) al decennia. Onlangs echter is hun gebruik dramatisch toegenomen in verschillende gebieden van de geneeskunde, en in het bijzonder in de neurowetenschappen. De transparante larven, samen met de snelle groeitijd en hun zenuwstelsel dat sterk gelijkt op het menselijke, maken dat deze zebravissen onvervangbaar zijn voor de neurowetenschappers-inclusief deze die ALS-onderzoeken.

Een verscheidenheid van studies die in de laatste maanden gepubliceerd zijn door Packard wetenschappers en anderen hebben een groeiende kennis van de zebravis biologie aangewend om ons begrip van de factoren, die leiden tot initiatie en progressie van ALS, te verbeteren. Deze kleine visjes kunnen, volgens de onderzoekers, ook bijdragen tot het ontwikkelen van betere behandelingen.

Een voordeel van het gebruik van zebravissen is dat de wetenschappers al veel weten over hun genomen. Lang voordat het menselijke genoom was opgesplitst, hadden de onderzoekers het DNA van de zebravis al gedecodeerd. Het duurde dan ook niet lang voordat de wetenschappers ontdekten dat bepaalde zebravis genen instaan voor veel van dezelfde functies als de menselijke genen. Doordat de zebravis snel groeit en reproduceert, kunnen de wetenschappers vrij snel vaststellen waarvoor een gen instaat en wat er gebeurt als diens functie gewijzigd is door een mutatie.

Hoewel dat vissen zwemmen en mensen lopen, worden de motorneuronen voor spierfunctie bij beide diersoorten gelijkaardig gecontroleerd. Sinds dat de onderzoekers de zebravis kunnen volgen vanaf bevrucht eicel tot een volgroeide volwassen vis, zijn ze in staat om subtiele veranderingen in biologie als fysiologie te identificeren nog voordat deze visuele tekenen van ALS-initiatie vertoont. Wetenschappers kunnen ook meer gedetailleerde genetische en fysiologische studies doorvoeren, dan mogelijk zijn op mensen, zowel als het ontrafelen van een aantal mysteries achter waarom neuronen afsterven en wat instaat voor hun terug aangroeien

“ De zebravis is echt aan het doorstoten” zei Catherina Becker, een neurowetenschapper aan de Universiteit van Edinburgh en een voormalig Packard onderzoeker.

Het ALS Alert wilt u attent maken op drie publicaties over hoe zebravissen worden gebruikt in ALS-onderzoek.
 

“Packard wetenschappers gebruiken zebravissen om verband tussen verlies van de C9orf72 functie en ALS aan te tonen.“

Packard scientists use zebrafish to link loss of C9orf72 function to ALS
Hieronder een korte toelichting over deze publicatie.

Sinds de ontdekking van de C9orf72 herhalende expansie (oktober 2011), de meest voorkomende oorzaak van familiale ALS en frontotemporale dementie (FTD), hebben onderzoekeres getracht te achterhalen hoe deze mutatie leidt tot ALS. Tevens onderzoeken ze waarvoor het C9orf72-gen instaat en hoe de herhalende expansie ervan zijn functies zou kunnen beïnvloeden. 
In een recent gepubliceerde studie toonden de Packard wetenschapper Edor Kabashi en een team van Franse wetenschappers aan dat ze ten minste een manier waardoor de C9orf72 mutatie de ziekte veroorzaakt, gevonden hebben. De onderzoekers wilden een nauwkeuriger beeld genereren van wat de C9orf72 gen deed en wat er zou kunnen gebeuren als het gen stopte met functioneren, zoals werd verondersteld te gebeuren bij ALS-patiënten.

Terwijl andere onderzoekers gebruik maakten van knaagdieren of wormen, wendde Kabashi en zijn collegas zich tot de zebravis. Dit voornamelijk daar alle vertebraten, waaronder de zebravis, een vergelijkbare versie (rotholoog) van het C9orf72 gen hebben.
Het blokkeren van de functie van de zebravis C9orf72 veroorzaakte abnormale axonale projecties van motorische neuronen, zo wel als afbreuk van hun bekwaamheid om duurzame; neuromusculaire verbindingen te vormen, en. creëerde ook gedragsafwijkingen. Deze vissen vertoonden een verzwakt zwemgedrag als ontsnappingsreactie bij aanraking, evenals andere storingen bij normaal zwemgedrag. Het inbrengen van de menselijke C9orf72 gen in het zebravis genoom echter, bracht het zwemgedrag en ontsnappingsgedragingen terug tot normaal voor het merendeel van de geteste vissen.
De onderzoekers concludeerden dat deze resultaten een sterk bewijs leveren dat verlies van de normale C9orf72 functie, veroorzaakt door de herhaalde expansie, een belangrijke factor is in de ontwikkeling van ALS / FTD bij deze patiënten.
“Het C9orf72 zebravis-model dat wij ontwikkelden, zou de weg moeten vrijmaken voor een beter begrip van de moleculaire mechanismen die leiden tot motorneuron degeneratie en zou therapeutische perspectieven kunnen openen voor de ALS-patiënten.,” zegt Kabashi 
 

Nieuwe neuronen ontwikkelen vergt dopamine in zebravissen.

Growing new neurons requires dopamine in zebrafish
Hieronder een korte toelichting over deze publicatie

In tegenstelling tot de meeste andere dieren, kunnen zebravis beschadigde of dode motor neuronen terug aangroeien het is. It is deze eigenschap die de zebravis tot zulk een nuttig proefdier maakt, volgens voormalig Packard onderzoeker Catherina Becker aan de Universiteit van Edinburgh.

Ze kunnen hun zenuwstelsel te herstellen en dat kunnen we niet, dus als je wilt kijken naar een reparatie proces, kun je beter leren van de profs, en dat is wat we proberen te doen met deze zebravissen," zegt Becker.

In een nieuwe studie gepubliceerd door Becker en collega's in Developmental Cell, vond zij dat de neurotransmitter dopamine cruciaal was voor het ruggenmerg regeneratie in zebravissen. Het blokkeren van de dopamine receptor, tijdens ontwikkeling van de zebravis, verminderde drastisch de motor neuron regeneratie in de volwassen vis. Daarbij dient dopamine ook als coördinerend signaal gedurende de differentiatie en ontwikkeling van het CZS.

Veel van deze embryonale impulskanalen worden terug actief gemaakt tijdens de regeneratie, waardoor Becker veronderstelt dat dopamine bij de zebravissen zou kunnen bijdragen tot terug aangroeien van ruggenmerg en motor neuronen. In zebravis embryo, Becker en collega’s stelden vast dat de aanwezigheid van dopamine cruciaal is voor de initiële vorming van motorische neuronen en hun voorlopers.
Het verminderen van de hoeveelheid dopamine in het ruggenmerg overeenkomstig verminderde het aantal motorneuronen, gevormd gedurende de ontwikkeling en werd de activiteit van een van de dopamine receptoren aanwezig op motor neuron voorlopers geblokkeerd. Verdere experimenten toonden aan dat dopamine impulsen ook de ontwikkeling van stamcellen tot motor neuronen bevordert Ze stelden vast dat de aantasting van de ontwikkeling van motor neuronen, kort na de bevruchting, leid tot minder motor neuronen bij de larven evenals tot moeilijkheden bij zwemgedrag. Becker zegt “De effecten van dopamine zijn niet rechtstreeks op de motor neuronen, maar op de stamcellen die de motor neuronen aanmaken”

Hoewel de experimenten niet direct gerelateerd waren aan ALS, zegt Becker dat ze niettemin van belang zijn voor ALS-onderzoek. De resultaten tonen hoe onderzoekers stamcellen kunnen mobiliseren om veel motorneuronen aan te maken, wat belangrijk is voor lopend ALS-onderzoek, en bij trials voor nieuwe ALS-behandelingen.
 

Zebravis bij de (Neuromusculaire) Junction

Zebrafish at the (Neuromuscular) Junction
Hieronder een korte toelichting over deze publicatie.

Omdat mutaties in het FUS gen( RNA binding eiwit Fused in Sarcoma) eerst werden gekoppeld aan ALS in 2009, hebben wetenschappers getracht te achterhalen hoe deze mutaties tot ALS leiden.

Pierre Drapeau en Gary Armstrong, neurologen bij de Universiteit van Montreal, wisten dat diermodellen met andere gen mutaties verbonden aan ALS, zoals SOD1 en TDP43, afwijkingen vertoonden ter hoogte van de neuromusculaire verbinding. Het NMJ (Neuro Musculaire Junctie) heeft een belangrijke sleutelpositie, want het is de plaats waar de motor neuronen innerveren aan de spieren.
Onderzoekers moesten de rol van de NMJ in ALS-gekoppelde FUS mutaties nog aanvatten, vandaar dat Armstrong en Drapeau naar zebravissen grepen voor antwoorden te vinden. Ze brachten oftewel een menselijke mutant FUS mRNA oftewel kleine moleculen in zebravislarven in, om de productie van eigen zebravis FUS mRNA te blokkeren. Vervolgens registreerden zij een verscheidenheid aan fysiologische en gedragsveranderingen als gevolg.

Armstrong zei. "De spieren in de larven zijn prima. Ze zijn volkomen normaal. Het defect dat we vonden was eigenlijk bij de neuromusculaire junctie. "
Deze afnames in functie bleek bij testen op zwemgedrag. De totale afstand gezwommen door de larven met mutant FUS, samen met hun zwemtijd en hun hoogste snelheid, alles verminderde.De onderzoekers stelden vast dat de NMJ structuur veranderd was in de larven met mutant FUS expressie. Armstrong en Drapeau konden het NMJ functioneren in zebravis, zonder een werkende FUS gen, herstellen door het inbrengen van een normaal menselijk FUS gen, waaruit blijkt dat het dit gen was dat de abnormaliteit veroorzaakte. Abnormaliteiten doken ook op tijdens meetingen van de motor neuron activiteit bij zwemmende larven
Deze vissen vertoonden ook afbreuk aan spierwerking door het ontbreken van input van de motor neuronen. Hoewel de spieren zelf geen tekenen van schade vertoonden door de gewijzigde FUS expressie, was het de verminderde motor neuron input die de spier werking verlaagde.

"Deze resultaten toonden aan en bevestigden werkelijk veel van de overtuiging dat de neuromusculaire overgang een cruciaal gebied van dysfunctie is in deze ziekte. Het was een hypothese dat een heleboel mensen hadden, maar we wisten niet zeker of mutant FUS dit disfunctioneren kon veroorzaken," zei Armstrong.

Vertaling: ALS Liga: Karla

Bron: Packard Center