لقد ثبت في العديد من النماذج الحيوانية، مثل الفئران19، والجرذان20 وذباب الفاكهة22، أن مادة Paraquat تسبب تنكساً عصبياً يتوافق مع الاعتلالات المرضية الشبيهة بمرض باركنسون. وقد أبلغنا سابقاً أن المضاد الحيوي المناهض للالتهابات minocycline، عند إعطائه بالتزامن مع paraquat، يؤدي إلى إطالة مدة البقاء على قيد الحياة، وتقليل إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية، وحماية العصبونات الدوبامينية من الموت25. وبناءً على ذلك، ونظراً لأن minocycline يعمل على تثبيط الالتهاب، فقد بدأنا في استقصاء NOS، وهو بروتين رئيسي في تنشيط الاستجابة الالتهابية، ودوره في تعديل سمية paraquat.
تم إجراء منحنى سمية للباراكوات لتحديد الجرعة القاتلة الفعالة ونطاق المعالجة السامة، باستخدام تركيزات من الباراكوات تتراوح بين 1.25 و 10 mM (الشكل 2A). كما اختبرنا تأثيرات تركيزات الباراكوات عند 20 mM و 40 mM، ولكن وجدنا أن السمية كانت حادة للغاية عند هذه التركيزات المرتفعة بحيث لا يمكن تقييم الاستجابات الخلوية لهذا المسبب للإجهاد التأكسدي بدقة، ولذلك، لم ندرج نتائج هذه التركيزات في هذا التقرير. باستخدام L-NAME، وهو مثبط تنافسي لإنزيم NOS، و D-NAME، وهو المصاوغ غير النشط لـ NAME، قمنا بمعالجة ذباب ذكور بالغ بمزيج من الباراكوات وأحد مصاوغات NAME. أدت المعالجة المشتركة للذباب بالباراكوات و L-NAME إلى إنقاذ ملحوظ من تقصير فترة الحياة الناتج عن تناول الباراكوات، بينما لم تظهر الذباب المعالجة بالباراكوات و D-NAME أي تحسن في البقاء على قيد الحياة (الشكل 2B)، مما يدعم الفرضية القائلة بأن تثبيط الالتهاب من خلال تثبيط إنزيم NOS يعزز بقاء الذباب المعالج بالباراكوات.
كتحقق إضافي من استجابة الباراكوات التي يتوسطها إنزيم NOS، رصدنا تغيرات في مستويات بروتين NOS مباشرة بعد التعرض للباراكوات. وقد ارتفعت مستويات بروتين NOS بطريقة تعتمد على تركيز الباراكوات (الشكل 3A). وعند معالجة الذباب بـ 10 mM من الباراكوات على مدى فترات تعرض تتراوح بين 6-30 ساعة، لاحظنا زيادة أولية، تلاها انخفاض مع زيادة وقت التعرض (الشكل 3B)، وهو ما يتوافق مع أنماط مستويات النتريت التي لوحظت في نسختنا من مقايسة Griess (الشكل 5B). وتتسق هذه النتائج مع تقاريرنا التي تشير إلى أن المعالجة بالباراكوات تسبب تحفيز إنزيم NOS، وأن تثبيط NOS أو المعالجة بـ L-NAME أو المينوسيكلين يوفر حماية جزئية17,25.
الشكل 4A يوضح وجود علاقة خطية بين الزيادة في تركيز الباراكوات (paraquat) وحجم الاستجابة الالتهابية، والتي تم تحديدها من خلال إفراز وكشف NO. في المستويات الأساسية، أفرزت طفرات Punch متباينة الزيجوت مستويات أقل قليلاً من NO، وهو تباين غير ملموس لدرجة لا يمكن تحديدها باستخدام طرق الكشف السابقة. وعند تغذيتها على الباراكوات، لوحظت زيادة ملحوظة في مستويات NO في طفرة Punch، ومع ذلك، كانت أقل بكثير من الذباب البري المعالج (الشكل 4B). يمكن قياس القيم النسبية للذباب البري وذباب Punch بدقة وبشكل قابل للتكرار، على الرغم من أن التباين في المستويات غير المعالجة كان دقيقاً للغاية.
عند العمل مع السموم أو المواد الكيميائية، من الضروري إنشاء منحنى زمن التعرض ومنحنى سمية قائم على التركيز، حيث يمكن لهذه الظروف أن تغير حساسية المقايسة بشكل كبير. على سبيل المثال، تؤدي المعالجة بـ 5 mM من الباراكوات (paraquat) إلى أقصى قدر من اكتشاف NO بعد 24 hr من التعرض (الشكل 5A)، بينما أدى التعرض لـ 10 mM من الباراكوات إلى تحفيز أسرع (أقصى مستويات عند 12 hr)، ولكن أيضًا تدهور أسرع في النشاط أثناء فترات التعرض الممتدة (الشكل 5B). وعلى الرغم من أن التركيز الأعلى مع التحفيز السريع قد يبدو مفضلاً، إلا أن الاستجابة القصوى تعجل بموت كل من العصبونات وربما الخلايا الدموية (hemocytes) إلى الحد الذي قد تصبح معه إمكانية إعادة تكرار النتائج صعبة.
تتميز جزيئات NO بأنها غير مستقرة وعالية التفاعلية. لذا، يجب أن يتضمن المقايس الناجح ظروف حضانة توفر توازناً مثالياً بين الحث المستمر لـ NOS والتحول السريع لـ NO. ومن أجل تحديد ظروف الحضانة المثالية، قمنا بتقييم تأثير الفترة الزمنية التي حُضنت فيها الأدمغة المشرحة في وسط الزرع قبل إضافة كاشف Griess. ووجدنا أن الحضانة لمدة 6 hr في درجة حرارة الغرفة أدت إلى تحقيق أقصى مستويات للنتريت في تفاعل Griess اللاحق (الشكل 5C). ونتوقع أن تكون هناك حاجة إلى تغييرات في فترة الحضانة لتحسين الكشف في نماذج الالتهاب المختلفة. وسيكون التحديد الدقيق لجميع المعايير المثالية للكائن الحي، والنمط الجيني، والنسيج الذي يتم مقايسته أمراً أساسياً لتحقيق نتائج موثوقة ودقيقة نظراً لأن هذه العملية ديناميكية للغاية. وبوجه خاص، يُتوقع أن تتطلب المتغيرات الجينية ونماذج التعبير عن الجينات المنقولة تحسيناً جوهرياً، لا سيما فيما يتعلق بمرحلة النمو أو عمر البالغين.

الشكل 1. دماغ ذبابة Drosophila بالغة. فحص مجهري ضوئي لدماغ ذكر بالغ تم تشريحه بعد 2-3 أيام من الخروج من الخادرة. MB = الدماغ المتوسط (القشرة المركزية)، OL = الفص البصري.

الشكل 2. يؤدي الباراكوات إلى انخفاض في طول العمر يعتمد على الجرعة، وذلك بوساطة سينثاز أكسيد النتريك. ذباب ذكور من النوع البري تم تغذيته على (A) سكروز بنسبة 5% (مجموعة ضابطة)، وتخفيفات متسلسلة من الباراكوات تتراوح تركيزاتها بين 1.25-10 mM في سكروز بنسبة 5%، و(B) تغذية مشتركة على الباراكوات مع L-NAME أو D-NAME لمدة 10 أيام متتالية. N = 3 مجموعات من 10. أشرطة الخطأ = SEM.

الشكل 3. تزداد مستويات بروتين سينثاز أكسيد النيتريك مع زيادة تركيز الباراكوات ومدة التعرض. الكشف عن مستويات سينثاز أكسيد النيتريك عن طريق اللطخة المناعية في ذباب عولج بتركيزات متفاوتة (A) من الباراكوات (تعرض لمدة 12 hr) و (B) بتركيز 10 mM من الباراكوات مع فترات تعرض متفاوتة. تم الكشف عن مستويات البروتين على أغشية النيتروسليلوز باستخدام التألق الكيميائي والتعريض لفيلم الأشعة السينية.

الشكل 4. مستويات الكشف عن أكسيد النتريك بعد التعرض للباراكوات. تم فحص ذباب من النوع البري (WT) الذكور بعد 2-3 أيام من الخروج من الشرنقة عقب تغذيتهم لمدة 12 hr. (A) منحنى تركيز تركيزات الباراكوات. (B) ذكور طفرات Punch متغايرة الزيجوت تم تغذيتها بمجموعة ضابطة من السكروز و10mM من الباراكوات. N = 20 brains/group. تمثل النتائج 3 مكررات لكل مجموعة. أشرطة الخطأ = SEM. أُجريت التحليلات الإحصائية باستخدام اختبار ANOVA أحادي الاتجاه مع اختبار Dunnett للمقارنات المتعددة (*, p < 0.05, **, p < 0.01, ***, p < 0.001).

الشكل 5. تحسين الكشف عن إنتاج أكسيد النيتريك عن طريق تغيير مدة التعرض للباراكوات ووقت حضانة الأنسجة. مستويات أكسيد النيتريك النسبية في أدمغة الذكور بعد 2-3 أيام من الخروج من الشرنقة عقب المعالجة لمدة 12 hr بـ (A) 5 mM من الباراكوات و (B) 10 mM من الباراكوات. (C) منحنى NO باستخدام فترات حضانة أنسجة متفاوتة عقب التغذية بـ 10 mM من الباراكوات لمدة 12 hr. تم حساب قيم الدلالة بالنسبة لما يلي: (A, B) ضوابط السكروز 5% لكل وقت تعرض (غير موضحة في المخطط)، (C) ضوابط السكروز 5% لكل وقت حضانة (غير موضحة في المخطط). N = 20 دماغ/مجموعة. تمثل النتائج 3 مكررات لكل مجموعة. أشرطة الخطأ = SEM. أُجريت التحليلات الإحصائية باستخدام ANOVA أحادية الاتجاه مع اختبار Dunnett's للمقارنات المتعددة كاختبار لاحق (*, p<0.05, **, p<0.01, ***, p<0.001).