الإمساك هو سمة بادرية شائعة لمرض باركنسون (PD) ، والذي غالبا ما يظهر قبل سنوات من التشخيص. أثبتت هذه الدراسة صحة طريقة مقترحة لقياس الإمساك في ذبابة الفاكهة السوداء ، وتم تأكيد العجز في نماذج الذباب المختلفة لمرض باركنسون أحادي الجين.
مقالة منهجية
الإمساك هو سمة بادرية شائعة لمرض باركنسون (PD) ، والذي غالبا ما يظهر قبل سنوات من التشخيص. أثبتت هذه الدراسة صحة طريقة مقترحة لقياس الإمساك في ذبابة الفاكهة السوداء ، وتم تأكيد العجز في نماذج الذباب المختلفة لمرض باركنسون أحادي الجين.
مرض باركنسون (PD) هو اضطراب حركي تنكسي عصبي شائع وغالبا ما يكون مصحوبا بالعديد من الأعراض غير الحركية. من بين هذه الأخيرة ، غالبا ما تظهر مشاكل الجهاز الهضمي ، بما في ذلك الإمساك ، قبل سنوات من ظهور صعوبات الحركة وقبل تحديد مرض باركنسون. اقترحت دراسة حديثة طريقة لقياس الإمساك في نموذج ذبابة PD الذي يعبر عن ألفا سينوكلين البشري من النوع البري. في هذه الدراسة ، درسنا جدوى هذه الطريقة واختبرنا ما إذا كانت نماذج باركنسون الذبابة الجينية الأخرى تؤدي بالتساوي إلى الإمساك. تم استخدام خطوط الذباب المتاحة لقياس مستوى الإمساك في نماذج PD الجسدية السائدة والمتنحية ، بما في ذلك ثلاثة خطوط ذبابة الفاكهة البشرية الطافرة التي تعبر عن ذبابة الفاكهة والذباب Pink1 وParkin. تم وضع هذه الذباب وعناصر التحكم المقابلة لها على طعام أزرق اللون قبل يوم واحد من التجربة للحث على بقع البراز الزرقاء. في يوم التجربة ، تم نقل هذه الذباب إلى دقيق الذرة القياسي. تم تسجيل النسبة المئوية لبقع البراز الزرقاء إلى إجمالي بقع البراز وحسابها كل 90 دقيقة. تظهر نماذج PD المختلفة للذباب طردا أبطأ أو غير مكتمل للأغذية ذات اللون الأزرق مقارنة بذباب التحكم الخاص بها. ومن ثم ، تم التحقق من صحة الطريقة المقترحة سابقا لقياس الإمساك وتطبيقها على نماذج الذباب المختلفة لأشكال مختلفة من مرض باركنسون الوراثي.
مرض باركنسون (PD) هو اضطراب تنكسي عصبي يتميز في المقام الأول بالخلل الحركي ، بما في ذلك العلامات التشخيصية الأساسية للبطء الحركية والصلابة والرعشة. على الرغم من أن مرض باركنسون يشتهر بعلاماته الحركية ، إلا أن الأعراض غير الحركية شائعة ، بما في ذلك الاكتئاب والألم واضطرابات النوم والإمساك1،2. في كثير من الأحيان ، تظهر هذه الأعراض غير الحركية في وقت مبكر من مسار المرض وقد تسبق الأعراض الحركية بعدة سنوات3. قد يكون التعرف على هذه السمات غير الحركية في المرحلة الأولى من المرض أمرا بالغ الأهمية في التشخيص المبكر لمرض باركنسون ، مما قد يسهل التدخل في الوقت المناسب وإدارة المرض.
عادة ما يتم الإبلاغ عن الإمساك والتغيرات في حركة الأمعاء من الأعراض غير الحركية في مرض باركنسون وغالبا ما تكون موجودة قبل وقت طويل من ظهور الأعراض الحركية3،4. علاوة على ذلك ، تزداد شدتها وتواترها عند تقدم مرض باركنسون5. ومع ذلك ، فإن فهمنا لأنماط وآليات الإمساك لا يزال محدودا. ومن ثم ، فإن التحديد المبكر للإمساك المرتبط بمرض باركنسون يمكن أن يساعد في تشخيص مرض باركنسون في مرحلة قد تكون فيها التدخلات العلاجية أكثر فعالية في إبطاء تطور المرض. على الرغم من أهميته ، إلا أن فهم الآليات الأساسية التي تقود الإمساك في مرض باركنسون لا يزال محدودا ، ويرجع ذلك جزئيا إلى عدم وجود نماذج تجريبية وتصميم مناسبين. توفر التطورات الحديثة في دراسة الإمساك في ذبابة الفاكهة السوداء باستخدام الإفراط في التعبير عن ألفا سينوكلين من النوع البري البشري أداة قيمة للتحقيق في الآليات الكامنة وراء هذه الأعراض المبكرة غير الحركية6.
يمثل SNCA ، الذي يشفر ألفا سينوكلين ، أول سبب محدد لمرضباركنسون 7. يؤدي كل من التكاثر الجيني (الازدواجية والثلاثية) والطفرات النقطية في SNCA إلى الوراثة الجسدية السائدة ل PD8. والجدير بالذكر أن الإمساك يؤثر على ما يصل إلى 90٪ من المرضى الذين يحملون طفرات SNCA 5. بالإضافة إلى ذلك ، تم تحديد العديد من الجينات الأخرى التي تسبب مرض باركنسون عند التحور ، بما في ذلك VPS35 ، والذي يسبب أيضا الأشكال الجسدية السائدة من PD8. تسبب الجينات الأخرى ، مثل PINK1 و Parkin ، مرض باركنسون الوراثي المتنحي عند تحوره9. تحدث الأعراض غير الحركية أيضا في هذه الأشكال الجينية الأخرى من مرض باركنسون. ومع ذلك ، فإن البيانات المبلغ عنها متناثرة ، وبالتالي ، يصعب استنتاج أو التحقيق في الآليات الأساسية10 ، 11.
تم إنشاء العديد من النماذج الحيوانية لمرض باركنسون ، بما في ذلك ذبابة الفاكهة السوداء12. على الرغم من ذبابة الفاكهة لا تحتوي على جين SNCA ، إلا أن الإفراط في التعبير عن الأشكال البرية والمتحولة للجين يحفز الأنماط الظاهرية لمرض باركنسون ، بما في ذلك الأعراض الحركية13. بالإضافة إلى ذلك ، فإن ذباب vps35 و pink1 و parkin المرتبط بمرض باركنسون هي نماذج راسخة لدراسة تأثير الجينات الطافرة المعنية فيما يتعلق ب PD12. علاوة على ذلك ، فإن القدرة على قياس الإمساك في نماذج ذبابة الفاكهة المختلفة لمرض باركنسون ، بما في ذلك الأشكال السائدة والمتنحية ، تسمح بتحليل أكثر تعمقا لضعف الجهاز الهضمي ، وبالتالي فهم أفضل للمسارات التي ينطوي عليها الإمساك المرتبط بمرض باركنسون.
هنا ، تم تقييم جدوى الطريقة المقترحة مؤخرا لقياس الإمساك والتحققمن صحتها 6 باستخدام نماذج PD الجينية المختلفة. من خلال توسيع تطبيق هذه الطريقة لتشمل نماذج باركنسون الجينية الأخرى وإجراء التعديلات ، نؤكد جدوى هذه الطريقة كمقايسة عامة لقياس الإمساك أو تغير حركة الأمعاء وتأييد إمكانية إجراء شاشات معدل لاكتساب نظرة ثاقبة حول الآليات الجزيئية الكامنة وراء الإمساك لمرض باركنسون.
تم استخدام الذباب الذكور البالغ من العمر عشرة أيام في هذا الفحص. للإفراط في التعبير عن SNCA ، تم استخدام برنامج التشغيل الموجود في كل مكان DaughterlessGal4 .
الذباب المستخدم في هذا الفحص:
w1118 ؛ SNCA p.A53T / DaGal4 وسيطرتها w1118 ؛ SNCA p.A53T
w1118 ؛ SNCA p.A30P / DaGal4 وسيطرتها w1118 ؛ SNCA ص.A30 ص
w1118 ؛ SNCA p.V15A / DaGal4 وسيطرتها w1118 ؛ SNCA p.V15A
w1118 ؛ Vps35D650N / DaGal4 والتحكم فيه w1118 ؛ vps35D650N
ث وردي1B9 ؛ وسيطرتهم ث pink1RV;;
w1118 ؛ حديقةD1 / D21 وسيطرتها w1118 ؛ باركRV
SNCA p.A53T ، SNCA p.A30P ، ث *؛ P (EP) بارك1 ، ث * ؛ تم الحصول على الحديقةΔ21 و Vps35و D650N و DaGal4 تجاريا (انظر جدول المواد). تم توفير الطفرات والضوابط الفارغة باللون الوردي 1 (ث وردي 1عربة سكن متنقلة) من قبل جيهي بارك وجونغ جونغكيونغ تشونغ (المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا)14. تم إنشاء ذباب SNCA p.V15A سابقا15. الكواشف والمعدات المستخدمة في هذه الدراسة مدرجة في جدول المواد.
1. تحضير الطعام الأزرق
2. إعداد الفحص
3. تنفيذ فحص الإمساك
4. التحليل
تم إجراء تعديلات طفيفة على طريقة تم تقديمها مسبقا لقياس الإمساك في الذباب7 واختبار وظيفة الأمعاء في نماذج الذباب الجينية المختلفة المرتبطة بمرض باركنسون. نتج عن حضانة الذباب بين عشية وضحاها على الوسط الأزرق اللون بطون ذبابة ظهرت باللون الأزرق (الشكل 2) والبراز الذي ترك بقعا زرقاء على قارورة طعام الذباب (الشكل 2). بمرور الوقت ، عادت البطون الزرقاء إلى البطون الطبيعية ذات اللون المصفر (الشكل 2). بالإضافة إلى ذلك ، تضاءلت بقع البراز الزرقاء ، ولوحظت زيادة البقع الصفراء غير الشفافة (الشكل 2). يعطي هذا الانتقال من البقع الزرقاء إلى الصفراء فكرة عن مستوى حركة الأمعاء أو الإمساك. اكتمل الانتقال في الذباب الضابط بعد 7 ساعات و 30 دقيقة ، بينما في الذباب المرتبط بمرض باركنسون ، حدثت إزالة الوسط الأزرق بوتيرة أبطأ (الشكل 2).
في السابق ، تم وصف التصفية المتأخرة للوسط الأزرق في الذباب البالغ من العمر 10 أيام الذي يعبر عن ألفا سينوكلين من النوع البري7 ، مما يشير إلى مستوى من الإمساك أو تأخر التصفية بسبب التغيرات في حركة الأمعاء الموجودة في هذه الذباب مقارنة بالذباب الضابط. بالإضافة إلى الازدواجية أو الثلاثية ل SNCA ، تم تحديد العديد من المتغيرات المسببة للأمراض في SNCA المرتبطة بمرض باركنسون ، واختبرنا ثلاثة متغيرات خاطئة مسببة للأمراض شائعة في SNCA. أدى التعبير عن ألفا سينوكلين الطافرة (p.A30P و p.A53T و p.V15A) إلى إزالة غير كاملة للوسط الأزرق في غضون 7 ساعات و 30 دقيقة ، مما يشير إلى وجود الإمساك في هذه الذباب مقارنة بالذباب الضابط (الشكل 3).
يرتبط ألفا سينوكلين بالأشكال الوراثية السائدة من مرض باركنسون. ومن المثير للاهتمام أن التعبير عن ألفا سينوكلين يقلل من مستويات بروتين VPS3517. VPS35 هي وحدة فرعية من المتراجع ، وعندما تتحور ، تسبب PD9،18،19. لوحظ زيادة في الإمساك في الذباب المتحور الذي يعبر عن vps35 مقارنة بالذباب الضابط (الشكل 4).
الذباب الذي يعاني من نقص في Pink1 و Parkin يعرض التخليص المتأخر للوسط الأزرق. ومع ذلك ، بعد 7 ساعات و 30 دقيقة ، لم يعد يتم اكتشاف بقع براز زرقاء في هذه الذباب الطافرة (الشكل 5).

الشكل 1: تمثيل تخطيطي لعملية العد بعلامات ملونة. بعد 90 دقيقة ، تم حساب بقع البراز والإشارة إليها بعلامة ملونة لمنع إعادة سردها في الجولة التالية. تم استخدام لون آخر للإشارة إلى بقع البراز الإضافية خلال جولة العد التالية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: ينتج عن الوسط الأزرق بقع في البطن الأزرق والبراز الأزرق. (أ) تظهر صور بطون ذباب التحكم (pink1RV) والذباب الوردي 1 المتحور في النقاط الزمنية 0 ساعة و 4 ساعات و 30 دقيقة و 7 ساعات و 30 دقيقة تلاشي اللون الأزرق. (ب) يشار إلى بقع البراز الزرقاء والصفراء غير الشفافة على قارورة طعام الذباب بأسهم حمراء. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: يؤدي التعبير عن ألفا سينوكلين الطافرة إلى الإمساك. النسبة المئوية للبقع البرازية الزرقاء بمرور الوقت في الذباب الذي يفرط في التعبير عن SNCA p.A30P (A) و SNCA p.A53T (C) و SNCA p.V15A (E) ، وعناصر التحكم الخاصة بها. يتم عرض المنطقة المرتبطة تحت المنحنى (B ، D ، F). البيانات هي المتوسط والانحراف المعياري. ن ≥ 3 قوارير مع 15-20 ذبابة لكل قارورة. تم إجراء اختبار ويلش T. *: ص < 0.05 ؛ **: ص < 0.01 ؛ ص < 0.001.: الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: يؤدي التعبير عن vps35 الطافرة إلى الإمساك. (أ) النسبة المئوية للبقع البرازية الزرقاء بمرور الوقت في الذباب الذي يفرط في التعبير عن vps35D650N المتحور المرتبط بمرض باركنسون ومسيطرته. (ب) يتم عرض المنطقة الواقعة أسفل المنحنى. البيانات هي المتوسط والانحراف المعياري. ن = 3 قوارير مع 15-20 ذبابة لكل قارورة. تم إجراء اختبار ويلش T. ص < 0.001.: الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5: يؤدي نقص Pink1 وباركين إلى تأخر تصفية البراز. النسبة المئوية للبقع البرازية الزرقاء بمرور الوقت في Pink1- (A) ونقص باركين (C) وذباب التحكم الخاص بها. يتم عرض المنطقة المرتبطة تحت المنحنى (B ، D). البيانات هي المتوسط مع الانحراف المعياري. ن ≥ 3 قوارير مع 15-20 ذبابة لكل قارورة. تم إجراء اختبار ويلش T. *: ص < 0.05 ؛ ص < 0.0001.: الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
في الآونة الأخيرة ، تم اقتراح طريقة لقياس الإمساك في ذبابة الفاكهة السوداء . مع تطبيق هذه الطريقة ، لوحظ الإمساك أو تغير حركة الأمعاء في الذباب الذي يعبر عن النوع البري ألفا سينوكلين7. تم التحقق من صحة هذه الطريقة بعدة تعديلات ، وتم تحديد الإمساك في جميع نماذج باركنسون الجينية التي تم اختبارها.
مقارنة بالوصف الأصلي للطريقة ، تم دمج العديد من التغييرات لزيادة الجدوى والمتانة. لتجنب التعديلات في التشبع المتوسط الأزرق ، تم تحضير دفعة واحدة من الوسط الأزرق وتقسيمها إلى العدد المطلوب من قوارير الطعام. علاوة على ذلك ، قبل إضافة الذباب إلى الوسط الأزرق ، تم حرمانهم لفترة وجيزة من الطعام ، ولم يتيحوا سوى الوصول إلى الماء. تمت إضافة هذه الخطوة لتحفيز امتصاص الوسط الأزرق. بدون هذه الخطوة الإضافية ، لم تظهر جميع الذباب بطنا أزرق صافيا ، وهي نقطة انطلاق حاسمة للحصول على نتائج تمثيلية. أخيرا ، تظهر العديد من نماذج ذبابة PD مستوى حساسيةالانفجار 13،14،20. ومن ثم ، لم يتم نقل الذباب خلال كل خطوة من خطوات العد لتجنب أي تأثير لهذه الحساسية على إخراج البراز. ومع ذلك ، تم استخدام علامات ملونة مختلفة للإشارة إلى البقع لتجنب العد المزدوج.
على غرار الوصف الأصلي ، لوحظ أيضا أن الذباب يتغوط بشكل أقل تكرارا في فترة ما بعد الظهر. ومع ذلك ، نظرا لأن هذا هو الحال بالنسبة لكل من الذباب الضابط والذباب المتحور ، فإن هذا لم يؤد إلى تشوهات في تسجيل البقع. علاوة على ذلك ، فإن وجود بقع براز كافية للعد في كل نقطة زمنية هو المفتاح للحصول على نتائج قوية. وبالتالي ، يوصى باستخدام ما لا يقل عن خمسة عشر ذبابا لكل قارورة7.
في المخطوطة الأصلية ، لوحظ الإمساك في الذباب البالغ من العمر 10 أيام ولكن ليس في الذباب البالغ من العمر يوم واحد. وهكذا ، في هذا الاختبار ، تم إجراء فحص الإمساك في الذباب البالغ من العمر عشرة أيام ، ولوحظ الإمساك أو تغير حركة الأمعاء في جميع نماذج ذبابة باركنسون التي تم اختبارها. كشفت دراسات الحركة السابقة أن الإمساك يسبق الخلل الوظيفي الحركي في الذباب الذي يعبر عن ألفا سينوكلين ، مع ظهور ضعف الطيران فقط في ثلاثة أسابيع من سن16. يعكس هذا التسلسل الزمني للأعراض التقدم الذي لوحظ في مرضى باركنسون ، حيث تظهر مشاكل الجهاز الهضمي غالبا قبل العجز الحركي. على عكس نماذج ألفا سينوكلين ، يظهر الذباب الوردي 1 أو المتحولة في باركين ضعفا في وقت مبكر من اليوم الأول بعد الإغلاق21. لذلك ، فإن التحقيق فيما إذا كانت عيوب عبور الأمعاء تظهر في هذه المرحلة الزمنية المبكرة من شأنه أن يوفر رؤى قيمة حول تطور الأعراض غير الحركية في هذه النماذج الجينية. وبالتالي ، يجب إجراء المزيد من التجارب المتعمقة لفهم علم الأحياء الأساسي بشكل أكبر.
يسهل الاختبار الموصوف هنا التقييم الكمي لحركة الجهاز الهضمي والأنماط الظاهرية للإمساك ولكن لا يمكنه تقييم المعلمات مثل تناسق البراز أو المحتوى أو التلوين أو التشكل. في السابق ، تم قياس ناتج البراز ، حيث تم تقييم اللون والتشكل باستخدام المنهجيات المعمول بها في ذبابة الفاكهة نماذج22،23،24. ومع ذلك ، يتطلب هذا الاختبار معدات متخصصة (مثل الماسحات الضوئية للشفافية) وبرامج تحليلية مخصصة ، مما يؤدي إلى إدخال اعتبارات تقنية وموارد متميزة مقارنة بالبروتوكول الموصوف هنا. ومع ذلك ، يظهر هذا الاختبار عيوبا في الجهاز الهضمي في الذباب يعاني من نقص في اللون الوردي 122،23.
يتم التعرف على اختلالات الجهاز الهضمي على أنها مظاهر مرضية مصاحبة عبر العديد من الاضطرابات العصبية والتنكسية العصبية ، بما في ذلك اضطراب طيف التوحد ، ومرض الزهايمر ، والتصلب المتعدد25،26،27،28 ، والتي ذبابة الفاكهة السوداء بمثابة كائن حي نموذجي قابل للتتبع للتحقيق في الأسس الميكانيكية. يمكن استقراء الإطار المنهجي الذي تم إنشاؤه لدراسة حركة الأمعاء والإمساك في ذبابة الفاكهة على هذه الأمراض.
في الختام ، أكدت هذه الدراسة طريقة مجدية وقوية تم تقديمها سابقا لقياس الإمساك في الذباب. يوضح هذا الاختبار أن الإمساك موجود في العديد من نماذج ذبابة الفاكهة الوراثية المتعددة التي تعتبر مناسبة بشكل خاص لدراسة الإمساك ، لأنها توفر الفرصة لدراسة الذباب المعرض للخطر المحدد وراثيا قبل ظهور مظهر السمات الحركية. علاوة على ذلك ، يمكن تقييم نماذج الأمراض الأخرى في ذبابة الفاكهة التي تظهر مخالفات في حركة الأمعاء من خلال هذا بالإضافة إلى فحص الأدوية.
عمل سي كي كمستشار ل Centogene و Takeda و Biogen ومؤسسة Lundbeck ، وحصل على أتعاب المتحدثين من Bial ، وتمويل البحث من DFG و MJFF و ASAP.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| باكتو أجار | بيكتون وديكنسون وشركاه | 214010 | |
| سدادات سيبران | جرينر بيو ون | 330070 | |
| دقيق الذرة | دكتور أوتكر جي إم بي إتش | ||
| سكر العنب | سيجما-ألدريتش | D9434-1KG | |
| ذبابة الفاكهة حاوية | جرينر بيو وان | 217101 | |
| الإيثانول (100٪) | تي بيكر | BAK8025 2500 | |
| فلتربيفير السليلوز ، واتمان (الصف 3) | سيجما ألدريتش | WHA1003185 | |
| GraphPad منشور | GraphPad | ||
| ميثيل -4-هيدروكسي بنزوات | سيجما-ألدريتش | H5501-100G | |
| دبس | رابونزيل Naturkost GmbH | ||
| قلم تحديد ملون permanenet | Stadtler | 11-348 | |
| حمض البروبيونيك | ثيرمو فيشر العلمي Inc. ؛ | 149300010 | |
| الأزرق الملكي Azul لون الجليد الحقيقي | ويلتون Lebensmittelfarben | ||
| مجهر ستيريو | نيكون | ||
| خميرة | Algist Bruggeman | 1278 | |
| ذبابة الفاكهة الأسهم< / strong> | |||
| DaGal4 | مركز بلومنجتون للأوراق المالية | 95282 | |
| بارك< sup>D1/D21 | جيهي بارك وجونغ | ||
| بارك < سوپ > RV < / sup> | جيهي بارك وجونغ تشونغ | ||
| SNCA p.A53T | مركز بلومنجتون للأوراق | المالية 8148 | |
| SNCA p.A30P | مركز بلومنجتون للمخزون | 8147 | |
| SNCA p.V15A | تم إنشاؤه سابقا في المختبر | ||
| Vps35D650N< / sup> | مركز بلومنجتون للأوراق المالية | 91646 | |
| ث وردي1<سوب>B9 | جيهي بارك وجونغ تشونغ | ||
| ث ورد1<سوب>RV | بارك وجونغكيونغ تشونغ | ||
| w1118 | بلومنجتون ستوك سنتر | 3605 |
تم نشر هذه المقالة
الفيديو قريباً