Intrarea surprinzătoare a peștilor în provocarea epilepsiei

Cu dungi sau pete, Danio rerio, cunoscut și ca peștele zebră, s-a dovedit în cercetarea epilepsiei. Laboratoarele încep să profite de numeroasele beneficii ale acestui mic animal în studierea și înțelegerea acestei patologii.

Danio rerio (F. Hamilton, 1822) (zebra danio) - Autor: Pogrebnoj-Alexandroff

Doriți să știți care este legătura dintre un acvariu, dungi de zebră și cercetarea epilepsiei? Acesta este zebrul! În competiția acerbă pentru a studia această boală, acest pește mic se confruntă cu alți concurenți de laborator celebri ... Deci, vă puteți întreba: "Un pește pentru a studia bolile umane?" Într-adevăr ?" Da într-adevăr ! Pentru a înțelege acest lucru, să trecem în revistă detaliile competiției pentru cercetarea epilepsiei.

Epilepsia: o mare provocare

Este una dintre acele plictisitoare nopți de sâmbătă, în care îndemnul copleșitor de a nu face nimic te apucă de tine ... Șapi, dar nimic special. Când dintr-o dată, un program vă strigă: „tunete provocatoare”? Un fel de Jocuri Olimpice pentru animale? Suficient pentru a lumina seara, să înceapă încercările !

Numit "epilēpsía ” în Grecia antică însemnând „atac, interceptare, oprire bruscă” (1), marea provocare care ne interesează astăzi nu este alta decât una dintre cele mai vechi afecțiuni cunoscute omenirii (2). Animalele provocatoare care participă la acest eveniment au diverse caracteristici. La fel ca pacienții umani, estimate la 50 de milioane în întreaga lume (1), ei pot:

pierdeți cunoștința sau aveți absențe, adică perioade în care nu vor reacționa deloc (ceea ce se numește simptome ale „petit mal”)) (3) (4)
convulsie mai mult sau mai puțin severă (simptome ale „grand mal”) (4)

Vorbim mai des despre „crize” care pot fi mai mult sau mai puțin frecvente și care rezultă din descărcări electrice bruște, și deseori scurte, la nivelul neuronilor din creier. (1) Aceste impulsuri electrice pot provoca leziuni cerebrale, neurodegenerare (pierderea funcției sau moartea neuronilor afectați de șoc) (5) și pot afecta funcțiile cognitive, cum ar fi învățarea, memoria, mișcarea și senzația (vizuală, auditivă etc.). Dar asta nu este tot: ele pot fi și cauza unor tulburări precum anxietatea sau depresia (1) (A) .

Extinderea crizelor - Autor: Hardy Alexis

Originea acestor crize depinde de o multitudine de factori, care sunt la fel de mulți subiecți de studiu în această provocare împotriva epilepsiei. Iată teste complexe pentru viitor: animalele noastre competitive vor trebui să poată face față provocării.

Un program încărcat ...

Programul provocării „Cercetarea împotriva epilepsiei” prevede studierea unui grup complet de factori.

Primul punct de luat în considerare la un atlet nu este altul decât stilul său de viață, care poate fi corelat cu o frecvență crescută a convulsiilor (4):

Mediul crește frecvența crizelor - Autor: Hardy Alexis

Acest lucru reduce dorința de a petrece nopți nedormite petrecând ...

Pe de altă parte, riscul dezvoltării acestei patologii poate fi crescut de alți factori (4), cum ar fi:

Vârsta (copii și persoane peste 60 de ani)
Leziuni ale capului, infecții ale creierului (cum ar fi meningita ...)
Atacuri de cord
Nebunie

Din păcate, nu se termină aici: genetica poate predispune la epilepsie! Vorbim apoi deepilepsie idiopatică (6), adică fără o cauză determinată, dar legată de genetică. Dar fii atent, nu trebuie să credem că există „o genă a epilepsiei”. De fapt, rolul geneticii în debutul epilepsiei se adaugă celorlalți factori menționați mai sus: patologia poate apărea apoi prin interacțiunea geneticii cu acești factori (vârstă, stil de viață etc.).

Pe scurt, provocatorii noștri sunt supuși unor factori de mediu și/sau genetici care pot predispune la participarea lor la luptă. Deci, pentru a-i ajuta pe acești provocatori să depășească aceste greutăți, oamenii de știință au apelat la concurenții noștri de nivel înalt, am numit ... „organismele model” !

Provocarea împotriva epilepsiei: un juriu internațional

Înainte de a analiza provocările provocării, este important să revizuiți calificările, precum și alegerile juriului cu privire la animalele selectate pentru competiție în cercetarea epilepsiei.

Este important să știm că organismele model permit efectuarea de experimente pentru a înțelege mecanisme celulare precise comparabile cu cele de la oameni. A fi un organism model pentru un tip de boală este o disciplină dificilă. Trebuie să reușiți să treceți multe calificări pentru a pretinde că sunteți la înălțimea sa și să participați la concurs (7)

Fii interesant din punct de vedere genetic: este de preferat ca genomul să fie mic, cu instrumente de biologie moleculară disponibile, simplu și rapid de studiat.
Este necesar ca Dezvoltarea embrionară fii scurt: dacă vrem să ne uităm la descendenți, încercările pot fi nesfârșite cu dezvoltarea la viteza melcului.
Este important ca organismul să aibă multe urmasi să aibă cât mai mulți indivizi din același părinte. Acest lucru este esențial pentru reproductibilitatea experimentelor, adică pentru a repeta aceleași experimente pentru a verifica rezultatele obținute.

Cu toate acestea, multe organizații au reușit să combine toate calificările impuse de oamenii de știință și sunt acum utilizate în cursa împotriva epilepsiei.

Animale concurente: pe marcajele tale, stabilește ... pleacă !

În echipa viermilor, există Caenorhabditis elegans, care din secolul al XIX-lea a sedus cercetătorii cu hermafroditismul său (B) .

Caenorhabditis elegans - Autor: Kbradnam

Cu o dietă extrem de surprinzătoare (se hrănește exclusiv cu bacterii) și are o lungime de 1 mm, C.elegans este ușor crescut și depozitat în laborator. Este un competitor onest, fără risc de dopaj: transparența și numărul invariabil de celule nu-i permit să trișeze. Cu un număr fix și determinat de neuroni la 302 în cele 959 de celule adulte, acest vierme pare a fi un model excelent. Și, în ciuda simplității sale morfologice, prezintă comportamente care permit studiul simptomelor epileptice (C), cum ar fi convulsiile însoțite de încuviințarea capului. (D)

Din păcate, câteva detalii au scos acest vierme din cursă: sistemul său nervos foarte simplu și neuronii săi destul de diferiți de oameni fac constatările dificil de exploatat la scară umană. Pe de altă parte, tehnicile de măsurare a potențialelor electrice din creier sunt dificil de utilizat C.elegans (VS) .

În echipa de mici mamifere, avem Mus Musculus sau ... șoarecele de casă! Cu un nume demn de cei mai mari halterofili, acest rozător este un organism model crucial în laboratoare. A fost folosit încă din secolul al XVI-lea (a) !

Mus musculus - Autor: George Shuklin

Mic, ușor de crescut, cu un ciclu de dezvoltare rapidă (în jur de 2 luni) și un ciclu de reproducere care durează tot anul (nu este rău pentru testele de rezistență), nu există nicio îndoială cu privire la beneficiile sale. Un alt interes important este că există 99% omologie de gene între oameni și șoareci. Mai mult, apropierea sa de oameni face posibilă observarea unor comportamente epileptice similare, cum ar fi absențele, de exemplu. (E) Fiind unul dintre primele modele care au studiat această patologie, multe date experimentale sunt disponibile la acest rozător mic (a) care este bine cunoscut de comunitatea științifică.

Cu toate acestea, este important să subliniem că variația fondului genetic la șoareci (= expresia altor gene care interferează cu funcția genei studiate) poate duce, de asemenea, la rezultate opuse sau contradictorii (C) în studiul epilepsiei.

Pe de altă parte, costul cercetării poate deveni ridicat, iar participarea acestui rozător implică tehnici invazive (a) (sau micro-distructive): leziunile sunt necesare pentru a analiza rezultatele (îndepărtarea cozii, disecția etc.). Și, în sfârșit, o altă dificultate cu șoarecii este aspectul etic: chiar dacă acesta ar fi subiectul unei alte discuții (a), este esențial să subliniem că acesta este un punct important.

Astfel, chiar și fiind cel mai apropiat de oameni, șoarecele nu este întotdeauna cel mai potrivit pentru a studia epilepsia, ci cel mai prezent în competiție! Acestea fiind spuse, înapoi la oile noastre ... ei bine, peștele nostru.

Peștele zebră: în frunte

A treia și ultima echipă despre care vom vorbi este echipa de pești, cu Danio rerio, zebrul, ca reprezentant! Venind direct din India (8), este foarte mic, foarte ușor de crescut și poate produce mai mult de o sută de ouă la fiecare depunere, oferind embrioni transparenți. Prin urmare, este foarte bine plasat în cursă (9). În acest provocator, relele de evenimente care declanșează crize epileptice sunt similare cu cele care induc convulsii la mamifere (C): putem compara cu ușurință rezultatele obținute la peștele zebră cu oamenii !

Și, în sfârșit, un mare plus, pentru a testa efectul diferitelor molecule asupra peștilor zebra, trebuie doar să le adăugați în acvariu. Deoarece embrionii sunt permeabili, putem face același tip de moleculă să acționeze asupra sutelor de pești în același timp! În acest fel, este posibil să se testeze o serie de tratamente care, dacă au succes, ar putea trece la următoarea etapă: cea a studiilor clinice la om (9) .

Dar cum se manifestă epilepsia la un pește? De fapt, a fi „epileptic” pentru un pește nu înseamnă că are toate tipurile posibile de simptome. Crizele sale se caracterizează prin (F):

comportament + activitate motorie: dacă mișcările sale sunt anormale și rapide, observăm o creștere a vitezei sale medii. Pentru aceasta, folosim camere pentru a-i urmări mișcările în 3D !
activitatea creierului: atunci când peștele are convulsii (spontan sau induse de agenți pro-epileptici), se măsoară o intensitate electrică mai puternică sau bruscă în creier cu ajutorul unui electrod. Deoarece apa și electrodul nu se amestecă bine, peștii sunt anesteziați și măsurarea este scoasă din apă (Danio rerio poate trăi câteva minute în aer liber) (G) Oamenii de știință pot folosi, de asemenea, gene exprimate mai puternic după convulsii ca indicator.
In cele din urma, morfologie: convulsiile pot afecta creșterea peștilor și a creierului lor, apoi măsurăm dacă creșterea lor este încetinită sau dacă anumite zone ale creierului sunt deteriorate sau micșorate. (prin imagistică: fluorescență, imunohistochimie etc.)

La final, cum arată un pește epileptic? Rețineți că un pește care are o criză este mult mai vizibil decât un simplu semn din cap:

(Modificări de Alexis Hardy)

Măsurarea simultană a activității creierului și a mișcării cozii - Autor: Turrini L și colab.

Pește zebră la 4 zile după fertilizare
CTRL: condiție de control, adică fără procesare.
1mM PTZ/15mM PTZ: concentrații crescânde de PTZ (numit și Pentilenetetrazol), un agent capabil să inducă crize epileptice.

Mișcările peștilor zebra, care au fost făcute fluorescente de către cercetători, pot fi apoi înregistrate prin intermediul camerelor! Cu excepția aici, avem o imagine care rezumă mișcările (un fel de medie) care sunt trasate în timpul videoclipului. De exemplu, dacă coada este nemișcată (sau aproape) în videoclip, aceasta va fi ascuțită în imagine, care este formată de instantanee în timp, care sunt apoi suprapuse. Dimpotrivă, cu multe mișcări, suprapunerea imaginilor va da o imagine care pare a fi „neclară”.

Sub efectul unui agent convulsiv, cum ar fi PTZ în exemplul prezentat mai sus, putem vedea că viteza medie a peștilor este mult crescută și că fluorescența este mai intensă în creier. Acești doi parametri sunt caracteristici convulsiilor: avem apoi un pește epileptic, în care putem studia cu ușurință mulți factori. (H)

Prin urmare, este posibil să studiem epilepsia cu parametri foarte simpli pe mulți indivizi, oferind astfel provocatorului nostru un avantaj mare asupra pelotonului organismelor model.

Medalie de aur pentru peștii „epileptici”

Și după această competiție foarte strânsă am acordat medalia de aur ... Danio rerio !

(Modificări de Alexis Hardy și Veronica Teixeira)

Rezultatele nu au întârziat să apară: la începutul anului 2017, echipa lui Scott C. Baraban din San Francisco a reușit să precizeze efectele benefice ale unei molecule, Clemizole, deja utilizată pentru pierderea în greutate (prin reducerea senzației de foame), dar de data aceasta ca posibil tratament pentru epilepsie. Această echipă a arătat, de asemenea, că Clemiszole ar putea reduce, de asemenea, frecvența convulsiilor la pacienții cu sindromul Dravet, una dintre numeroasele forme de epilepsie infantilă care afectează dezvoltarea și cu o rată ridicată a mortalității (I) (10) .

Viteza medie a peștilor scn1Laa (pești epileptici) înainte de expunerea la anumite tratamente (bare albastre) și după expunere (bare galbene). Viteza medie de mișcare a mutanților scn1Laa este redusă atunci când este tratată cu Clemizol (clem).

Pentru a ajunge la aceste rezultate, echipa de cercetători a testat Clemizole pe un tip mutat de pește zebră, mutanții scn1Laa, cu trăsături epileptice. Unul dintre efectele benefice ale acestei molecule a fost observat la sportivul nostru Danio rerio scn1Laa Unul dintre semnele distinctive ale peștilor noștri epileptici este scăderea vitezei sale medii de mișcare: amintiți-vă, o creștere a acestei viteze este una dintre caracteristicile peștilor noștri epileptici! (Eu)

Și nu se oprește aici! Concurentul nostru ia victoriile, deoarece în iunie 2017 în New Taipei City, în nordul Taiwanului, echipa Yau-Hung Chen a demonstrat că topiramatul, un agent antiepileptic utilizat la adulți și copii, poate avea efecte secundare. Important. În special, afectează formarea ouălor, sau oogeneza, la peștele zebră și provoacă malformații (oase și cartilaj) la nou-născuți. Acest tratament este prescris la pacienții cu epilepsie pentru a preveni convulsiile, deoarece previne răspândirea semnalului electric care se află la originea convulsiei în creier. Dar efectele secundare trebuie luate în considerare la alocarea topimaratului la om: este contraindicat în timpul sarcinii. După înfrângerea Mus musculus în această zonă din cauza unei variabilități prea mari la șoareci, cel mai bun concurent al nostru a trecut din nou la sarcină, permițând evidențierea efectelor secundare ale topimaratului! (J)

În timp ce peștele zebră s-a dovedit a fi o sămânță de campion în a ne ajuta să înțelegem epilepsia, în prezent este unul dintre cei mai buni candidați pentru succes în multe alte domenii. Astfel, există multe alte competiții în neuroștiințe, cum ar fi cercetările privind sindroamele Alzheimer sau Parkinson, care sunt la fel de olimpice! Peștele nostru mic este hotărât să preia provocarea pe care o reprezintă și să câștige noi trofee în aceste zone foarte importante.

Alexis Hardy, Clio Dalmaz și Veronica Teixeira.