Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

De zebravis als model bij diabetes mellitus en Metabole Geheugen

Published: February 28, 2013 doi: 10.3791/50232
Automatic Translation
1, 1, 2
1Dr. William M. Scholl College of Podiatric Medicine, Rosalind Franklin University of Medicine and Science, 2Chicago Medical School, Rosalind Franklin University of Medicine and Science

Summary

Metabole geheugen is het verschijnsel waarbij diabetische complicaties bestaan ​​en vooruitgang onbelemmerd zelfs na euglycemie farmaceutisch wordt bereikt. Hier beschrijven we een diabetes mellitus zebravismodel die uniek omdat het zorgt voor het onderzoek van de mitotische overdraagbare epigenetische componenten van het metabool geheugen

Abstract

Diabetes mellitus treft momenteel 346 miljoen mensen en dit zal naar verwachting tot 400 miljoen in 2030. Bewijs uit zowel het laboratorium en grootschalige klinische studies is gebleken dat diabetische complicaties vooruitgang ongehinderd via het fenomeen van de metabole geheugen, zelfs als de glykemische controle farmaceutisch wordt bereikt. Genexpressie stabiel kan worden veranderd door epigenetische veranderingen die niet alleen in staat cellen en organismen om snel op veranderende milieu stimuli ook verlenen het vermogen van de cel om "onthouden" deze ontmoet wanneer de stimulus verwijderd wordt. Als zodanig zijn de rollen die deze mechanismen spelen in de metabole geheugen fenomeen momenteel onderzocht.

We hebben onlangs gemeld de ontwikkeling van een zebravis model van diabetes mellitus type I en kenmerk van dit model dat diabetische zebravis tonen niet alleen de bekende secundaire complicaties inclusief de bijbehorende veranderingenmet diabetische retinopathie, diabetische nefropathie en een verstoorde wondgenezing, maar ook vertonen verminderde staartvin regeneratie. Dit model is uniek omdat de zebravis staat zijn beschadigde pancreas regenereren en euglycemische toestand vergelijkbaar met wat zou worden verwacht na transplantatie menselijke patiënten herstellen. Bovendien meerdere ronden van staartvin amputatie kan een scheiding en studie van pure epigenetische effecten in een in vivo systeem zonder potentieel complicerende factoren van de vorige diabetische toestand. Hoewel euglycemie wordt bereikt na pancreas regeneratie, de diabetische secundaire complicatie van fin regeneratie en de huid wondgenezing blijft voor onbepaalde tijd. In het geval van verminderde fin regeneratie wordt deze pathologie blijft ook na meerdere rondes van fin regeneratie in de dochter fin weefsels. Deze waarnemingen wijzen op een onderliggende epigenetische proces bestaat in de metabole toestand van het geheugen. Hier presenteren we de methoden die nodig zijn om met succes generate de diabetische en metabole geheugen groepen vis en discussiëren over de voordelen van dit model.

Introduction

Diabetes mellitus (DM) is een ernstig en groeiend gezondheidsprobleem dat resulteert in een verminderde levensverwachting als gevolg van ziekte-specifieke microvasculaire (retinopathie, nefropathie, neuropathie, gestoorde wondgenezing) en macrovasculaire (hart-en vaatziekten en beroerte) complicaties 1. Eenmaal opgestart diabetische complicaties blijven vooruitgaan zonder onderbreking, zelfs wanneer de glykemische controle wordt 2,3 bereikt en dit fenomeen is genoemd metabole geheugen of de erfenis effect. De aanwezigheid van dit fenomeen werd klinisch erkend tijdens de vroege jaren 1990 als de "The Diabetes Control and complicaties Trial (DCCT)" vorderde en sindsdien ondersteund door meerdere bijkomende klinische studies 4,5,6,7,8,9,10, 11,12,13,14. Diermodellen van DM zijn van cruciaal belang voor ontdekkingen met betrekking tot de pathofysiologie van diabetische complicaties en metabole geheugen. In feite was de persistentie van diabetische complicaties eerst beschreven in een hond model van diabetischeretinopathie die inmiddels is ondersteund door verschillende lijnen van experimenteel bewijs behulp van verschillende in vitro kweeksystemen en diermodellen 15,16,17,18,19,20,21. Deze studies tonen duidelijk aan dat een eerste hyperglycemische periode resulteert in blijvende afwijkingen (waaronder afwijkende genexpressie) van doelorganen / cellen en mechanistisch de betrokkenheid van de epigenoom suggereert.

Epigenomes omvat alle chromatine modificaties voor een bepaald celtype en zijn verantwoordelijk voor unieke een cel genexpressieprofiel. De dynamische chromosoom wijzigingen zijn tijdens de ontwikkeling, ondersteuning celdifferentiatie, reageren op externe stimuli worden mitotisch stabiel overgeërfd 22,23 en kunnen worden aangepast ziekte 24,25,26. Deze epigenetische mechanismen zijn onder andere: post-translationele histonmodificaties, niet-canonieke histon variant opname in octomers, chromatine toegang veranderingen door middel van DNA-methylatie, en genexpressie controle door middel van niet-coderende RNA's micro 27,28,29,30. In totaal epigenetische processen kunnen cellen / organismen om snel te reageren op veranderende prikkels uit de omgeving 31,32,33, maar ook verlenen de mogelijkheid voor de cel om "onthouden" deze ontmoetingen zodra de stimulus 23,22 verwijderd. Daarom, zoals veranderde genexpressie profielen gevolg van epigenetische processen stabiel in afwezigheid van het signaal (s) die ze geïnitieerd en erfelijk door celdeling hebben kregen ze groot belang als onderliggende moleculaire mechanismen van menselijke ziekten waaronder metabolische geheugen. De resultaten die zijn ontstaan ​​in het kader van DM en epigenetica parallel vooruitgang in andere ziekten die een overvloed van epigenetische veranderingen geïnduceerd door hyperglycemie veroorzaken opvallende blijvende veranderingen in transcriptienetwerken cellen (beoordeeld in 34,35,36,37,38).

De zebravis is al lange tijd een van de beste modelorganisme om study de ontwikkeling van vertebraten echter de laatste 15 jaar heeft gezien een exponentiële groei in het gebruik van dit organisme voor de studie van de menselijke ziekte. 39. Zebravis modellen van menselijke ziekten zijn vastgesteld die een breed scala van menselijke ziekten met inbegrip van genetische aandoeningen en verworven ziekte 40,41,42. De vele voordelen van de zebravis ten opzichte van andere gewervelde modelorganismen zijn hoge vruchtbaarheid, korte generatietijd, transparantie door de vroege volwassenheid, verminderde woonlasten en een scala aan tools voor genetische manipulatie. Bovendien, dankzij de uitgebreide behoud van genetische routes en cellulaire fysiologie van de gewervelde en het vermogen om hoge throughput drug screenings uitgevoerd, is de zebravis succes gebruikt voor farmaceutische ontdekking.

We hebben een volwassen zebravis model van diabetes mellitus type I met de diabetogene drug, streptozocine. We hebben gekenmerkt dit model dat diabetische zebravis vertonen geent alleen de bekende humane secundaire complicaties maar daarnaast verminderde onderdeel regeneratie (staartvin regeneratie) vertonen als gevolg van de hyperglycemische milieu. Daarnaast hebben we gemeld dat hyperglycemische zebravis terugkeren naar normale glycemie binnen 2 weken verwijderen van het geneesmiddel door regeneratie van endogene pancreatische beta cellen resulterend in een fysiologisch normale glykemische toestand. In tegenstelling, onderdeel regeneratie in deze visresten verminderd in dezelfde mate als in de acute diabetische toestand waarin deze complicatie blijft en is gevoelig voor metabole geheugen. De belangrijkste impuls voor het genereren van dit model een systeem om de mitotisch stabiel epigenetische componenten die de metabole geheugen verschijnsel ondersteunen in de afwezigheid van de achtergrondruis van de vorige hyperglycemische milieu studie geven. Aan het einde van het protocol die hier de zebravis en of selectieve weefsels kunnen worden verwerkt door elke assay geschikt om de researchers nodig heeft. We hebben met succes gebruik gemaakt van deze procedure om het genoom-brede blijvende wijzigingen in DNA-methylering veroorzaakt door hyperglycemie die worden onderhouden in de metabole toestand van het geheugen 21 te identificeren.

Wij zijn van mening dat dit zebravis model van diabetes mellitus type I een aantal innovatieve voordelen ten opzichte van andere modelsystemen voor de behandeling van metabole geheugen heeft. 1) Al onze studies kunnen worden uitgevoerd in vivo en als de vorige hyperglycemische vis euglycemie terugkeren door regeneratie van endogene insulineproductie, ze vereisen exogene insuline. Daarom is dit voorkomt de complicerende spikes en dalen in de glycemische regulatie die zich kunnen voordoen bij dieren die exogene insuline. 2) Zoals hierboven beschreven, de achtergrond van de vorige stimulatie diabetische toestand (de voortdurende aanwezigheid van advanced glycation eindproducten en reactive oxygen species markers) worden geëlimineerd en daarom kan onderzoeken zuiver epigenetic factoren van metabole geheugen. 3) De experimenten snel worden uitgevoerd als het duurt ongeveer 80 dagen tot diabetes inductie metabole geheugen onderzoek. 4) staartvin regeneratie is experimenteel zeer toegankelijk en maakt een eenvoudige genetische en experimentele manipulatie waarvoor er een breed scala van instrumenten. 5) staartvin regeneratie geeft een zeer eenvoudige en meetbare wijze metabole geheugen beoordelen en bijgevolg zal de toekomst drug discovery.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle procedures worden uitgevoerd volgens de richtlijnen beschreven in "Principles of Laboratory Animal Care" (National Institutes of Health publicatienr. 85 tot 23, herzien 1985) en de goedgekeurde Rosalind Franklin University Institutional Animal Care en gebruik Comite dier protocol 08 tot 19.

Er zijn twee belangrijke gebruikte afkortingen in dit manuscript. 1) DM: verwijst naar vissen die in een acute (300 mg / dl) hyperglycemische toestand en zijn minstens 3 weken. 2) MM: verwijst naar vissen die waren 21 dag (zie protocol) DM vis en toegestaan ​​om glykemische controle te herstellen door middel van pancreas regeneratie. Dit wordt bereikt binnen (14) dagen verwijderen van het geneesmiddel. De vissen worden beschouwd MM vissen vanaf dit punt verder. Het is ook belangrijk op te merken dat vissen die worden aangeduid als controle worden identiek behandeld als DM of MM vis in termen van het aantal injecties (zoutoplossing alleen) de incubatietijden bij de verschillende temperaturen en het aantal en de timingvan de staartvin amputaties.

1. Genereren van zebravis met diabetes mellitus, DM Vis

  1. Bereid zowel nuttige toepassing als anestheticum watertanks. Herstel water is normaal vissen water. Voor anesthesie-water vul dan voldoende 2-fenoxyethanol, zodat een 1:1000 verdunning in normale vis water wordt bereikt.
  2. Bereid een 0,3% oplossing (in een zuurkast) van streptozocine (STZ) door toevoegen van 6 mg van STZ tot 2 ml van 0,09% natriumchloride oplossing en onmiddellijk op ijs. Dit zal voldoende injectievloeistof voor het injecteren van ongeveer 20 vissen in 20 min. Als u meer dan de 20 minuten merk, stop, en maak een verse STZ oplossing voordat u verder gaat. In een afzonderlijke buis aliquot genoeg zoutoplossing controlevissen. Zodra de STZ is oplosbaar alle volgende stappen niet nodig zuurkast gebruik.
  3. Vul een ½ cc spuit uitgerust met een 27 1/2 gauge-naald door de STZ of controle-oplossingen ervoor te zorgen dat er geen luchtbellen gevangen zitten.
  4. Anestheindividueel Tize elke vis door het plaatsen van de vissen in het water verdoving, en wachten tot hun zwemmen beweging ophoudt (1-2 min).
  5. Zodra verdoofd kort op de vis te plaatsen op een papieren handdoek om het overtollige water te absorberen, plaatst u de vis in wegen boot en het meten van de massa van de vissen.
  6. Leg de vis op een stevige ondergrond (petrischaal deksel) voor injectie.
  7. Injecteer de STZ of controleoplossing in de peritoneale holte van de vis door de naald langs de schuine in het achterste deel van de ventrale peritoneum.
  8. 0,35 mg / g (350 mg / kg) van STZ moeten worden afgegeven bij elke vis en het volume van de 0,3% oplossing moet worden berekend op de volgende wijze.
    1. Vermenigvuldig massa van vis (g) met 0,35 om de hoeveelheid in STZ mg rendementseisen.
    2. verdelen product gegenereerd met 3 hierboven om het volume van de 0,3% oplossing voor de inspuiting in ul leveren.
      Voorbeeld: Voor een 0,5 g vis: a) 0,5 x 0,35 = 0,175 b) .0175 / 3 = 0,058 ml= 58 pl.
      Hetzelfde volume zonder STZ worden geïnjecteerd voor een controlevissen. Een blad voor volumes te injecteren per vis massa moet worden gegenereerd en gebruikt voor snelle verwijzing.
  9. Na injectie leg de vis in het herstel watertank en controleren voor de normale zwemmen activiteit. Zodra dit is gebeurd wordt de vis naar een normaal leven tank wordt op de verlaagde temperatuur van 22 ° C - 24 ° C. Deze verlaagde temperatuur is essentieel voor efficiënte inductie van hyperglycemie (diabetes mellitus, DM).
  10. Hoewel hyperglycemie gedetecteerd wordt binnen 24 uur na de eerste injectie, om een ​​langdurige toestand van hoge hyperglycemia induceren de zebravis vereisen een regelmatige injectie inductiefase gevolgd door wekelijkse injecties onderhoud zoals hieronder getoond.

Week 1: 3 injecties (dag 1, 3, 5), Week 2: 1 injectie (dag 12), Week 3: 1 injectie (dag 19),
Week 4: (Dag 21) uitvoerenbepaling van belang.

Op dit punt van de zebravis worden beschouwd als te zijn geweest in een langdurige staat van hyperglycemie en vertonen de diabetische complicaties van retinopathie, nefropathie en ook verminderde fin regeneratie. Deze worden aangeduid als DM vis. Daarnaast indien gewenst de vis kan worden gehandhaafd in de hyperglycemische staat met wekelijkse onderhoud injecties. Ongeveer 5% dood tijdens dit proces moet worden verwacht.

2. Bloedafname en Vasten bloedsuikerspiegel (FBGL) Bepaling

  1. Elke groep van DM en controle vis moet genoeg vis om nauwkeurig te bepalen van de gemiddelde FBGL van de groep als deze test moet deze vissen worden opgeofferd.
  2. Bereid een gelabeld PCR buis voor elk bloedmonster met 5 pl steriele zoutoplossing.
  3. Voor bloedafname, vis verdoven als hierboven, al het water te verwijderen, plaatst u de vis op een microscoop glijbaan en met behulp van een scalpel, verwijdert u de kop van de visaan de basis van de operculum.
  4. Verzamel het bloed (tot 2 pi) dat vrijkomt uit de vis op de dia en snel te voegen aan de 5 ul steriele zoutoplossing en neer te pipetteren ervoor te zorgen dat het bloed niet verstoppen. Onmiddellijk Plaats het monster op ijs.
  5. Bepaal het bloedmonster volume door het meten van het totale volume van de vloeistof (zoutoplossing + bloed) en aftrekken van de 5 pi zoutoplossing.
  6. Breng 5 ul van de verdunde bloed uit elke PCR buis in een 1,5 ml microfugebuis en bepalen de bloedglucoseconcentratie met de QuantiChrome Glucose Assay Kit. Dit wordt uitgevoerd door de fabrikant protocol zonder uitzondering. Verwachte resultaten: normaal / controlevissen 60 mg / dl en DM vis 310 mg / dl.

3. Staartvin Regeneratie Studies

  1. Verdoof vis zoals beschreven in 1,0-1,4.
  2. Leg de vis op een petrischaal deksel en amputeren de staartvin in een rechte lijn met een steriel formaat10 scalpel proximaal van de eerste lepidotrichia vertakking punt tijdens het bekijken van de vin door middel van een dissectie microscoop.
  3. Laat de vissen voor herstel in 1.10 maar de vis plaats bij 33 ° C voor de regeneratieve groeifase van de assay. Dit is een gevestigde temperatuur voor versnelde regeneratie fin analyse.
  4. De vinnen kunnen worden afgebeeld op een willekeurig moment na amputatie maar we routinematig de regeneratieve groei onderzocht op 24, 28 en 72 uur na trans-sectie.
  5. Verdoof vis als voorheen (zie 1,0-1,4), leg de vis onder een dissectie microscoop uitgerust met een camera (we gebruiken een Nikon SMZ-1500 uitgerust met een Q-imaging camera) en verzamel alle fin beelden van 1x vergroting met NOS-elementen software . De vin worden gespreid voor imaging zodat deze volledig wordt verlengd zonder strekken of het weefsel te beschadigen en moet vrij zijn van waterdruppels. Voor de consistentie altijd plaats in de dorsale zijde naar rechts.
  6. Print foto's en meet de regeneratieve growth gebied met Image J software en het gebruik van een tekenblok. Trace rond het hele gebied van nieuwe groei en bepaal dan het oppervlak. Elke meting moet vijfmaal en gemiddeld nauwkeurig tracing waarborgen. Het is belangrijk dat de gebruikte beelden geen schaduwen of waterdruppeltjes hebben deze bijdragen tot fouten bij het meten van de uitgroei gebied.
  7. Meet de lengte van de amputatie site langs de dorsale-ventrale as en verdeel de geconstateerde oppervlakte in 3.6 door deze meting. Dit maakt vissen van verschillende afmetingen direct worden vergeleken.

4. Generatie van Metabole Memory (MM) zebravis

  1. Start een groep van DM vis en hun passende controles zoals beschreven in paragraaf 1.
  2. Op 21 dagen vast te stellen de FBGL voor een subset van de groep en verdeel de DM vis in 2 subgroepen. Verder wekelijkse injecties STZ een van de groepen DM controles voor de duur van het experiment. Cease STZ injectie voor de tweede groep en incubate de vissen bij een normale temperatuur. Binnen 14 dagen deze zebravis zal herstellen van de normale bloed-insuline en glucose controle door middel van pancreas regeneratie. Deze vissen worden nu genoemd MM (metabole geheugen vis).
  3. Op dag 30 na geneesmiddelverwijdering amputeren de staartvinnen van controle, DM en MM vis via de methode beschreven in 3.2.
  4. Keer terug naar de normale vissen water voorwaarden voor fin regeneratie gedurende 30 dagen. Hierdoor kan de groei van wat wij, metabole geheugen weefsel.
  5. Op dag 60 een tweede keer amputatie (zoals beschreven in 3.2) binnen het weefsel dat in de periode geregenereerd uit 30-60 dagen en voer de staartvin regeneratie assay (3,1-3,7) Figuur 1.
  6. Isoleer weefsel en uit te voeren analyse van belang. Zie tabel 1 voor een protocol samenvatting.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Type I diabetes zebravis niet alleen de bekende secundaire complicaties van retinopathie en nefropathie, maar ook, vertonen een extra complicatie: een gestoorde staartvin regeneratie. Deze latere complicatie blijft als gevolg van metabole geheugen in vis die normaal glucose controle hebben hersteld na een hyperglycemische periode. In figuur 2A (controle) en figuur 2B (metabolische geheugen) representatieve beelden regenereren vinnen die zijn gemaakt op 72 uur na amputatie gepresenteerd. Het tekort kan worden gekwantificeerd en zoals getoond in figuur 2C DM en MM zebravis vertonen een tekort van ongeveer 40% in 72 uur in vergelijking met vis te besturen. Hoewel de gegevens in figuur 2C eindigt op 90 dagen deze zelfde bijzondere waardevermindering is zo ver waargenomen uit als 150 dagen.

Tabel 1. Protocolsamenvatting.

Figuur 1
Figuur 1. Spotprent amputatie sites voor metabole geheugen experimenten. De blauwe kleur staat voor weefsel dat werd blootgesteld aan de vorige hyperglycemische staat. De groene kleur geeft aan het weefsel dat werd gekweekt uit 30-60 dagen na de hyperglycemie. De zwarte stippellijn geeft de eerste plaats amputatie uitgevoerd op dag 30 en de rode geeft een mogelijke amputatie site die zou optreden bij 60 dagen.

Figuur 2
Figuur 2. Staartvin Regeneratie is de Reduced in Diabetische (DM) en Metabole geheugen (MM) zebravis. A. Een vertegenwoordiger staartvin beeld van een controle geïnjecteerd vis die een normale hoeveelheid regenerative groei 72 uur na de amputatie. De witte stippellijn vertegenwoordigt de amputatie vliegtuig en de roze vaste lijn demarks de regeneratieve uitgroei. De hoogte van de regeneratie wordt bepaald door het traceren van het gebied opgenomen in het roze en witte lijnen gedeeld door de lengte van de witte lijn te vin grootte verschillen te normaliseren. B. Een vertegenwoordiger staartvin beeld van ofwel DM of MM ter illustratie van een verminderde hoeveelheid van regeneratieve groei 72 uur na de amputatie. De lijnen en oppervlaktemetingen zijn dezelfde als voor panel A. C. Grafische voorstelling van de relatieve regeneratie van DM en MM zebravis in vergelijking met controles. Het relatieve percentage (van de controles vastgesteld op 100%) van DM en MM zebravis regeneratieve uitgroei bij 72 uur wordt weergegeven. De tijd in afgebeelde dagen is ten opzichte van toen STZ administratie werd gestopt voor de metabole geheugen groep. Deze gegevens waar te genereren door verschillende onderzoekers en nemen meer dan 1.000 vissen per groep. <strong> Figuur 2A en figuur 2B werden aangepast met toestemming van Olsen et al. 43.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Diabetes mellitus is een ziekte van metabole ontregeling, aanvankelijk gediagnosticeerd als hyperglycemie, die uiteindelijk resulteert in bloedvatbeschadiging leidt tot veel complicaties zelfs alle bestaan ​​na euglycemie wordt verwezenlijkt door farmaceutische interventie. Deze persistentie van complicaties wordt aangeduid als metabole geheugen en een aantal recente studies hebben de rol die epigenetische mechanismen spelen in dit fenomeen. Hier hebben gedetailleerd protocol dat zorgt voor het genereren van zowel acute diabetische en metabole geheugen (hersteld glucose controle) zebravis. We verder beschreven methodologie die kan worden gebruikt om epigenetische bijdragen scheiden van de potentieel complicerende bestanddelen van de vorige diabetische toestand. We willen benadrukken dat de vis kan worden onderzocht op elk punt met een analyse van belang voor de betrokken onderzoeker en dus de afgeleide toepassingen voor de toekomstige ontdekking zijn eindeloos.

There zijn verschillende stappen in het protocol dat sommige verdere discussie en de nadruk te rechtvaardigen. In onze ervaring van de 0,3% STZ in oplossing verslechtert en verliest zijn effectiviteit na ongeveer 20 minuten. Daarom suggereren dat een timer worden gebruikt en een verse oplossing worden gemaakt van 20 minuten. Tijdens onze eerste pogingen tot diabetische zebravis genereren we waren slechts met behulp van een injectie in de eerste week en waren succesvol met ongeveer 40% van de vis. Als zodanig is er geen strikte vereiste van drie injecties echter wanneer drie uitgevoerd het slagingspercentage dan 95%. Anderzijds bij het injecteren in de STZ zebravis is het belangrijk dat de naald wordt ingebracht zodanig dat de afschuining van de naald volledig in de vis om goede dosering van de oplossing moet echter voorzichtig zijn dat het zich ver doordringen voorkomen interne schade. Zodra STZ of controle oplossing wordt de vis worden geïncubeerd bij een verlaagde temperatuur (22 ° C - 24 & deg; C). We kunnen niet meer dan benadrukken het belang van de verlaagde temperatuur zonder dat de zebravis zal regenereren hun beta-cellen (STZ geïnjecteerd) en hyperglycemie kan niet efficiënt worden opgewekt. Ten slotte, in onze handen zebravis bloedstolsels zeer snel waardoor de noodzakelijke capillaire werking die nodig zijn voor een efficiënte glucometer gebruik voorkomt en dat we daarom geen voorstander van het gebruik ervan. We hebben gevonden dat de beschreven QuantiChrome assay niet alleen de meest betrouwbare maar het makkelijkst te voeren en laboratoriumpersoneel leren. Gezamenlijk de technieken beschreven in het protocol zijn niet moeilijk en als de juiste voorzorgsmaatregelen worden genomen met de hierboven beschreven stappen de generatie van diabetische zebravis is alles behalve verzekerd.

Er zijn zeer weinig beperkingen binnen de procedure beschreven in dit manuscript, maar alle geneesmiddelen geïnduceerde modellen van de ziekte altijd de kritiek van buiten doeleffecten geuit op hen. We verwijzen de lezer naar onze eerste manuscript detailing van dit model als we ontvangen 5 onafhankelijke lijnen van bewijs (met inbegrip van directe STZ injectie in vinnen) waarin wordt aangetoond dat er geen off doeleffecten van STZ 43. Andere potentiële beperking niet afkomstig is van de procedure zelf, maar uit het feit dat de reagentia voor zebravis onderzoek nog niet op het niveau van andere modelorganismen, zoals muizen. Gelukkig, zoals de zebravis wordt steeds meer gebruikt als modelorganisme voor de menselijke ziekte dit tekort wordt snel verholpen.

Kortom, zoals beschreven in de inleiding, de zebravis model van diabetes mellitus hier beschreven heeft een aantal voordelen ten opzichte van andere modelorganismen. Belangrijk, het zorgt voor het onderzoek van de zuiver epigenetische componenten die de metabole geheugen verschijnsel ondersteunen. Omdat het is de projectie dat de 400 miljoen mensen zullen worden getroffen met deze aandoening hebben we het gevoel hebben dat de bijdrage van de studies gebruik te maken van dit model kan grote invloed op de menselijke gezondheid hebben.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Geen belangenconflicten verklaard.

Acknowledgments

Dit werk werd ondersteund door een onderzoekssubsidie ​​van het Iacocca Family Foundation, Rosalind Franklin University start-up fondsen en National Institutes of Health Grant DK092721 (tot RVI). De auteurs willen Nikki Intine bedanken voor de steun in manuscript voorbereiding.

Materials

DAG PROCEDURE
1
3 DM = STZ injectie (350 mg / dl), Control = zoutoplossing
5 DM = STZ injectie (350 mg / dl), Control = zoutoplossing
12 DM = STZ injectie (350 mg / dl), Control = zoutoplossing
19 DM = STZ injectie (350 mg / dl), Control = zoutoplossing
21 Ofwel voeren test van belang zijn voor DM vis of overgaan tot MM groepen te maken door het verwijderen van STZ druk.
51 Amputeren Vinnen 30 dagen na de laatste injectie STZ van controles, DM en STZ groepen om MM weefsel te genereren.
81 Re-amputeren vinnen van alle groepen in het weefsel dat werd verbouwd tussen dag 51 en 81 tot en met regeneratie studie uit te voeren. Als alternatief behandelen vis / weefsel met de test van belang.
Name Company Catalog Number Comments
Streptozocin Sigma Aldrich S0130
2 phenoxyethanol Sigma Aldrich P1126
Scalpel (size 10) Fisher Scientific 089275A
Petri Dishes Fisher Scientific 08-757-13
½ cc syringe, with 27 1/2 gauge needle Fisher Scientific 305620
QuantiChrome glucose assay kit. Bioassay Systems DIGL-100
Sodium Chloride Sigma Aldrich S3014
Dissecting Microscope Nikon TMZ-1500 Any dissecting microscope is fine.
Camera for Imaging Nikon Q imaging Any camera is suitable.
Image J software National Institutes of Health NIH Image
NIS Elements Nikon Any imaging software is suitable.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Brownlee, M. The pathobiology of diabetic complications: a unifying mechanism. Diabetes. 54, 1615-1625 (2005).
  2. Ihnat, M. A., Thorpe, J. E., et al. Reactive oxygen species mediate a cellular 'memory' of high glucose stress signalling. Diabetologia. 50, 1523-1531 (2007).
  3. Ceriello, A., Ihnat, M. A., Thorpe, J. E. Clinical review 2: The "metabolic memory": is more than just tight glucose control necessary to prevent diabetic complications. J. Clin. Endocrinol. Metab. 94, 410-415 (2009).
  4. The effect of intensive treatment of diabetes on the development and progression of long-term complications in insulin-dependent diabetes mellitus. The Diabetes Control and Complications Trial Research Group. N. Engl. J. Med. 329, 977-986 (1993).
  5. Turner, R. C., Cull, C. A., Frighi, V., Holman, R. R. Glycemic control with diet, sulfonylurea, metformin, or insulin in patients with type 2 diabetes mellitus: progressive requirement for multiple therapies (UKPDS 49). UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. JAMA. 281, 2005-2012 (1999).
  6. Gaede, P. H., Jepsen, P. V., Larsen, J. N., Jensen, G. V., Parving, H. H., Pedersen, O. B. The Steno-2 study. Intensive multifactorial intervention reduces the occurrence of cardiovascular disease in patients with type 2. 165, 2658-2661 (2003).
  7. Holman, R. R., Paul, S. K., Bethel, M. A., Matthews, D. R., Neil, H. A. 10-year follow-up of intensive glucose control in type 2 diabetes. N. Engl. J. Med. 359, 1577-1589 (2008).
  8. Nathan, D. M., Cleary, P. A., et al. Intensive diabetes treatment and cardiovascular disease in patients with type 1 diabetes. N. Engl. J. Med. 353, 2643-2653 (2005).
  9. Retinopathy and nephropathy in patients with type 1 diabetes four years after a trial of intensive therapy. The Diabetes Control and Complications Trial/Epidemiology of Diabetes Interventions and Complications Research Group. N. Engl. J. Med. 342, 381-389 (2000).
  10. Ismail-Beigi, F., Craven, T., et al. Effect of intensive treatment of hyperglycaemia on microvascular outcomes in type 2 diabetes: an analysis of the ACCORD randomised trial. Lancet. 376, 419-430 (2010).
  11. Duckworth, W. C., McCarren, M., Abraira, C. Glucose control and cardiovascular complications: the VA Diabetes Trial. Diabetes Care. 24, 942-945 (2001).
  12. Skyler, J. S., Bergenstal, R., et al. Intensive glycemic control and the prevention of cardiovascular events: implications of the ACCORD, ADVANCE, and VA diabetes trials: a position statement of the American Diabetes Association and a scientific statement of the American College of Cardiology Foundation and the American Heart Association. Diabetes Care. 32, 187-192 (2009).
  13. Riddle, M. C. Effects of intensive glucose lowering in the management of patients with type 2 diabetes mellitus in the Action to Control Cardiovascular Risk in Diabetes (ACCORD) trial. Circulation. 122, 844-846 (2010).
  14. Patel, A., Macmahon, S., et al. Intensive blood glucose control and vascular outcomes in patients with type 2 diabetes. N. Engl. J. Med. 358, 2560-2572 (2008).
  15. Engerman, R. L., Kern, T. S. Progression of incipient diabetic retinopathy during good glycemic control. Diabetes. 36, 808-812 (1987).
  16. Hammes, H. P., Klinzing, I., Wiegand, S., Bretzel, R. G., Cohen, A. M., Federlin, K. Islet transplantation inhibits diabetic retinopathy in the sucrose-fed diabetic Cohen rat. Invest Ophthalmol. Vis. Sci. 34, 2092-2096 (1993).
  17. Kowluru, R. A. Effect of reinstitution of good glycemic control on retinal oxidative stress and nitrative stress in diabetic rats. Diabetes. 52, 818-823 (2003).
  18. Kowluru, R. A., Chakrabarti, S., Chen, S. Re-institution of good metabolic control in diabetic rats and activation of caspase-3 and nuclear transcriptional factor (NF-kappaB) in the retina. Acta Diabetol. 41, 194-199 (2004).
  19. Roy, S., Sala, R., Cagliero, E., Lorenzi, M. Overexpression of fibronectin induced by diabetes or high glucose: phenomenon with a memory. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 87, 404-408 (1990).
  20. Li, S. L., Reddy, M. A., et al. Enhanced proatherogenic responses in macrophages and vascular smooth muscle cells derived from diabetic db/db mice. Diabetes. 55, 2611-2619 (2006).
  21. Olsen, A. S., Sarras, M. P., Leontovich, A., Intine, R. V. Heritable Transmission of Diabetic Metabolic Memory in Zebrafish Correlates With DNA Hypomethylation and Aberrant Gene Expression. Diabetes. , (2012).
  22. Dolinoy, D. C., Jirtle, R. L. Environmental epigenomics in human health and disease. Environ. Mol. Mutagen. 49, 4-8 (2008).
  23. Morgan, D. K., Whitelaw, E. The case for transgenerational epigenetic inheritance in humans. Mamm. Genome. 19, 394-397 (2008).
  24. Ho, L., Crabtree, G. R. Chromatin remodelling during development. Nature. 463, 474-484 (2010).
  25. Jaenisch, R., Bird, A. Epigenetic regulation of gene expression: how the genome integrates intrinsic and environmental signals. Nat. Genet. 33, 245-254 (2003).
  26. Jirtle, R. L., Sander, M., Barrett, J. C. Genomic imprinting and environmental disease susceptibility. Environ. Health Perspect. 108, 271-278 (2000).
  27. Blomen, V. A., Boonstra, J. Stable transmission of reversible modifications: maintenance of epigenetic information through the cell cycle. Cell Mol. Life Sci. , (2010).
  28. Bogdanovic, O., Veenstra, G. J. DNA methylation and methyl-CpG binding proteins: developmental requirements and function. Chromosoma. 118, 549-565 (2009).
  29. Mosammaparast, N., Shi, Y. Reversal of histone methylation: biochemical and molecular mechanisms of histone demethylases. Annu. Rev. Biochem. 79, 155-179 (2010).
  30. Kouzarides, T. Chromatin modifications and their function. Cell. 128, 693-705 (2007).
  31. Gluckman, P. D., Hanson, M. A., Beedle, A. S. Non-genomic transgenerational inheritance of disease risk. Bioessays. 29, 145-154 (2007).
  32. Bjornsson, H. T., Fallin, M. D., Feinberg, A. P. An integrated epigenetic and genetic approach to common human disease. Trends Genet. 20, 350-358 (2004).
  33. Whitelaw, N. C., Whitelaw, E. Transgenerational epigenetic inheritance in health and disease. Curr. Opin. Genet. Dev. 18, 273-279 (2008).
  34. Reddy, M. A., Natarajan, R. Epigenetic mechanisms in diabetic vascular complications. Cardiovasc. Res. , (2011).
  35. Villeneuve, L. M., Reddy, M. A., Natarajan, R. Epigenetics: deciphering its role in diabetes and its chronic complications. Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 38, 401-409 (2011).
  36. Pirola, L., Balcerczyk, A., Okabe, J., El-Osta, A. Epigenetic phenomena linked to diabetic complications. Nat. Rev. Endocrinol. 6, 665-675 (2010).
  37. Cooper, M. E., El-Osta, A. Epigenetics: mechanisms and implications for diabetic complications. Circ. Res. 107, 1403-1413 (2010).
  38. Intine, R. V., Sarras, M. P. Jr Metabolic Memory and Chronic Diabetes Complications: Potential Role for Epigenetic Mechanisms. Curr. Diab. Rep. , (2012).
  39. Amsterdam, A., Hopkins, N. Mutagenesis strategies in zebrafish for identifying genes involved in development and disease. Trends Genet. 22, 473-478 (2006).
  40. Lieschke, G. J., Currie, P. D. Animal models of human disease: zebrafish swim into view. Nat. Rev. Genet. 8, 353-367 (2007).
  41. Mandrekar, N., Thakur, N. L. Significance of the zebrafish model in the discovery of bioactive molecules from nature. Biotechnol. Lett. 31, 171-179 (2009).
  42. Goldsmith, J. R., Jobin, C. Think small: zebrafish as a model system of human pathology. J. Biomed. Biotechnol. 2012, 817341 (2012).
  43. Olsen, A. S., Sarras, M. P., Intine, R. V. Limb regeneration is impaired in an adult zebrafish model of diabetes mellitus. Wound. Repair Regen. 18, 532-542 (2010).

Tags

Geneeskunde Genetica Genomics Fysiologie Anatomie Biomedische Technologie metabolomics zebravis diabetes metabole geheugen weefselregeneratie streptozocine epigenetica, Diermodel diabetes mellitus diabetes drug discovery hyperglycemie
De zebravis als model bij diabetes mellitus en Metabole Geheugen
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Intine, R. V., Olsen, A. S., Sarras… More

Intine, R. V., Olsen, A. S., Sarras Jr., M. P. A Zebrafish Model of Diabetes Mellitus and Metabolic Memory. J. Vis. Exp. (72), e50232, doi:10.3791/50232 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter