斑马鱼模型在氨基甲酸酯类药物筛选研究中快速筛选出神经毒性药物
斑马鱼被广泛用于研究影响突触的酶和受体,不仅是因为其胚胎在子宫外发育,数量多发育快,可以进行大量的高通量实验,还因为受精后5天(5dpf)的胚胎仍能保持着良好的光学清晰度,有利于成像研究。如果建立一个合适的斑马鱼模型,就能用于氨基甲酸酯类药物的筛选和机制研究,进而快速高效地筛选出治疗神经毒性的药物。当然,能够建造大量的转基因模型来用于突变研究也是选择斑马鱼模型的一大原因。
有机磷毒气、杀虫剂、氨基甲酸酯和其他一些影响神经的小分子都是通过乙酰胆碱酯酶(AchE)发挥作用的,AchE和很多重要的生理活动有关,例如心跳、呼吸、消化和大脑活动等。其中有机磷酸酯类的作用通常是不可逆的,而氨基甲酸酯的作用通常是可逆的。该实验选取了三个药物进行斑马鱼实验,分别为氨基甲酸酯类溴吡斯的明(Pyridostigmine bromide, PB)、溴化新斯的明(neostigminebromide, NB)和毒扁豆碱(physostigmine , PS)。PB是是一个FDA批准的治疗重症肌无力和预防有机磷神经中毒的药物;NB和PB十分相似,也被用来治疗重症肌无力;PS通常作为阿托品、莨菪碱或其他抗胆碱过量的药物的解毒剂(下图为相应的分子式和作用机制)。
首先,研究者们制作了用不同浓度的PB,NB和PS处理斑马鱼胚胎后的生存曲线。再根据此生存曲线给每个药物定了三个浓度并观察和记录了3dpf斑马鱼的表型变化。如下图所示,A组为模型组;B组为PB组,浓度依次为100mM,50mM和10mM;C组为NB组,浓度依次为100mM,50mM和10mM;D组为PS组,浓度依次为0.5mM,0.1mM和50uM。
该实验证明PB会影响斑马鱼体节发育长度,但对其他表型没有影响。而NB和PS不仅会造成更严重的表型缺陷,还会造成神经突增生定位错误(上图)。此外,NB还会诱导烟碱型乙酰胆碱受体的定位错误,进而导致突触形成受损(下图)。
该研究表明:1. 神经元连接模式的改变会增强氨基甲酸酯的发育神经毒性;2. 斑马鱼模型能很好地区分仅有细微结构差异的乙酰胆碱酯酶抑制剂,不管是神经毒剂,农药还是药物,都能表现出不同的生理反应,证明斑马鱼是一个良好的神经毒剂筛选模型。
文章推荐来源:杭州环特生物科技有限公司
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