İltihabi sinyallerin erken nörogelişimi nasıl şekillendirdiğini anlamak, özellikle genetik olarak hassas bağlamlarda nörogelişimsel bozuklukların altında yatan mekanizmaları incelemek için gereklidir. Bu protokolün temel amacı, zebrafish larvalarında sistemik inflamatuar sinyalin indüksiyonu sağlamak için Cuvier kanalına (ortak kardinal damar) doğrudan interleukin-6 (IL-6) mikroenjeksiyonu yoluyla hassas ve tekrarlanabilir bir yaklaşım sağlamaktır.
Tüberoz skleroz kompleksi (TSC), bu tür gen-ortam etkileşimlerini örnek teşkil eder. TSC, hamartin ve tuberin proteinlerini kodlayan TSC1 veya TSC2'deki mutasyonlar nedeniyle oluşan nadir genetik bir bozukluktur; bu proteinler, normalde mTORC1 sinyalini bastıran bir kompleks oluşturur. Bu inhibisyonun kaybı, mTORC1 yolunun hiperaktivasyonuna yol açar; bu da anormal hücre büyümesine ve otizm spektrum bozukluğu (ASD)1,2 dahil olmak üzere geniş bir klinik gösteri yelpazesine yol açar. ASD'nin gelişmiş ülkelerde ortalama tanı yaşı ~3 olan bireylerin ~%1,5'ini etkilediği tahminedilmektedir 3. ASD, tekrarlayan davranışlar, bozulmuş sosyal etkileşimler ve azalmış bilişsel esnekliklekarakterize edilir 4 ve hastalar genellikle anksiyete, depresyon veya zihinsel engel gibi ek nörodavranışsal zorluklarlakarşılaşırlar 3. Özellikle, TSC'li bireylerin %40-%60'ı ASD ile ilişkili özelliklergösterir 2, ancak semptom şiddeti – benzer mutasyonlara sahip hastalar arasında bile – büyük farklılıklar gösterir; bu da çevresel faktörlerin genetik olarak riskleri modüle ettiğini gösterir.
Bunlardan biri iltihaptır. ASD'nin etiyolojisi büyük ölçüde bilinmese de, beyin bölgesinde nöroinflamasyon uzun süredir suçlanmıştır5. Artan preklinik ve klinik kanıtlar, anne bağışıklık aktivasyonu (MIA) tarafından tetiklenen fetal nöroinflamasyonun ve bunun sonucunda sitokin sinyalinin yükselmesininASD 6'nın patogenezine önemli ölçüde katkıda bulunabileceğini göstermektedir. Bu nedenle, TSC gibi genetik olarak hassas sistemlerde inflamatuar sitokin maruziyetini modellemek, bağışıklık sinyallerinin bozulmuş mTORC1 düzenlemesiyle nasıl kesiştiğini ve erken beyin gelişimini nasıl etkilediğini inceleyen güçlü bir çerçeve sunar.
Bu protokolün geliştirilmesinin gerekçesi, IL-6 sinyal bildirimi dahil olmak üzere sitokin aracılı iltihapların genetik açıklıklarla etkileşime girip nörogelişimsel yörüngeleri etkileyebildiğinin artan kabulünden kaynaklanmaktadır. Sitokinler, bağışıklık sistemi içindeki iletişimi koordine eden düşük moleküler ağırlıklı glikoproteinlerdir. ASD'de, birçok çalışma, periferik kanda IL-6 dahil olmak üzere pro-inflamatuar sitokinlerin yüksek seviyelerinitutarlı olarak bildirmiştir ve bu da düzensiz IL-6 sinyalinin bozukluğun nörogelişimsel ve davranışsal özelliklerine katkıda bulunabileceği hipotezini desteklemektedir. IL-6, enfeksiyon veya doku hasarına yanıt olarak çeşitli bağışıklık hücre tipleri tarafından üretilen bağışıklık aktivasyonunun önemli bir aracısıdır. IL-6 kan-beyin bariyerini aşabildiği ve nöronları, astrositleri ve mikrogliya üzerinde doğrudan etkili olabileceği için, bu sitokinin sürekli yükselmesinin nörogelişimsel yolların, sinaptik plastikliğin ve nöroimmün homeostazın değişmesinde rol oynadığı düşünülmektedir – bu mekanizmalar ASD patofizyolojisinde giderek daha fazlaaraştırılır 11,12. Bu bağlantılar, hamilelik sırasında yüksek anne IL-6'nın fetal beyin gelişimini bozduğu ve ASD ile ilgili riski artırdığı MIA çalışmalarıyla daha dagüçlendirilmektedir. Ancak mevcut omurgalı modelleri genellikle patojenle ilişkili moleküller veya anne maruziyeti paradigmaları aracılığıyla sistemik bağışıklık uyarısına dayanır; bu da değişkenlik getirebilir, birden fazla bağışıklık yolunu aynı anda aktive edebilir ve IL-6'nın spesifik katkısını izole etme yeteneğini sınırlayabilir. Zebrabalıklarda doğrudan IL-6 mikroenjeksiyonu, şeffaf ve genetik olarak yönetilebilir bir organizmada tek bir sitokinin hedefli manipülasyonunu mümkün kılarak bu sınırlamaları aşmaktadır.
Zebra balıkları, sitokin kaynaklı gelişim etkilerini incelemek için çeşitli avantajlar sunar. Optik şeffaflıkları, bağışıklık ve sinirsel yanıtların gerçek zamanlı görselleştirilmesini sağlar; hızlı gelişimleri yüksek verimli deneyleri mümkün kılar; ve korunan sitokin sinyal yolları, onları inflamatuar mekanizmaları disseksiya için güçlü bir omurgalımodeli yapar 14,15,16,17,18. Deneysel çalışmalarda, zebrafish larvalarına dışsal maddelerin (bakteriler, kanser hücreleri, DNA, nanopartiküller vb.) taşınması gereklidir. Bir yaklaşım, larvaların ilgilenilen maddeyi içeren bir çözeltiye maruz bırakılması, böylece deri, solungaçlar veya gastrointestinal sistem yoluyla pasif alım sağlanmasını içerir. İkinci ve daha doğrudan yöntem ise mikroenjeksiyondur; burada dış malzemeler ince cam iğnelerle belirli embriyonik veya larva bölmelerine gönderilir 19,20,21. Önemli olarak, Cuvier kanalına mikroenjeksiyon, sistemik ulaşım için güvenilir bir yol sağlar ve IL-6'nın dolaşımda hızlı yayılmasını sağlar, ancak tüm organizma bağışıklık uyarısının karıştırıcı etkileri olmadan.
Bu protokolde, enjeksiyon şırıngalarının hazırlanmasından, döllenmeden 2 ve 3 gün sonra (dpf) zebrafish larvalarının Cuvier kanalı aracılığıyla kan dolaşımına IL-6 enjeksiyonlarına kadar adım adım bir prosedür sunuyoruz. Bu yöntem, spesifik inflamatuar ipuçlarının erken gelişim süreçlerini, nörogelişimsel veya bağışıklık kaynaklı bozuklukların modellerinde gen-ortam etkileşimlerini, sitokin maruziyetinin in vivo olarak hücresel ve moleküler sonuçlarını veya genetik mutasyonlar ile inflamatuar sinyal yolları arasındaki etkileşimi araştıran araştırmacılar için özellikle faydalıdır. Kontrollü, sitokin spesifik ve gelişimsel hassasiyet yaklaşımı sunarak, bu protokol IL-6 ve ilgili bağışıklık sinyallerinin erken bağışıklık, sinir ve davranışsal sonuçları şekillendirme mekanizmalarını incelemek için çok yönlü bir platform sunar.