Immersion alternative dans le glucose pour produire une hyperglycémie prolongée chez le poisson zèbre
Summary
Ce protocole induit non envahissantement l’hyperglycémie chez le poisson zèbre pendant jusqu’à 8 semaines. À l’aide de ce protocole, une étude approfondie des effets indésirables de l’hyperglycémie peut être réalisée.
Abstract
Le poisson zèbre (Danio rerio) est un excellent modèle pour étudier les effets de l’hyperglycémie chronique, une caractéristique du diabète sucré de type II (DT2). Ce protocole alternatif d’immersion est une méthode non envahissante et pas à pas d’induire l’hyperglycémie pendant jusqu’à huit semaines. Les poissons zèbres adultes sont alternativement exposés au sucre (glucose) et à l’eau pendant 24 heures chacun. Le poisson zèbre commence le traitement dans une solution de glucose à 1% pendant 2 semaines, puis une solution à 2% pendant 2 semaines et enfin une solution à 3% pendant les 4 semaines restantes. Comparé aux contrôles traités à l’eau (stress) et traités au mannitol (osmotique), les poissons zèbres traités au glucose ont des niveaux de sucre dans le sang significativement plus élevés. Le poisson zèbre glucose-traité montre des niveaux de sucre dans le sang de 3 fois celui des contrôles, suggérant qu’après quatre et huit semaines hyperglycémie puisse être réalisée. L’hyperglycémie soutenue a été associée à la protéine acide fibrillaire glial accrue (GFAP) et aux niveaux nucléaires accrus du facteur Kappa B (N-F-kB) dans la rétine et aux réponses physiologiques diminuées, ainsi qu’aux déficits cognitifs suggérant que ce protocole puisse être employé pour modéliser des complications de la maladie.
Introduction
Le poisson zèbre (Danio rerio) devient rapidement un modèle animal largement utilisé pour étudier à la fois la maladie et la cognition1. La facilité de la manipulation génétique et la transparence embryonnaire à travers les premiers stades de développement, en font un candidat de choix pour étudier les maladies humaines avec une base génétique connue. Par exemple, le poisson zèbre a été utilisé pour étudier le syndrome de Holt-Oram, les cardiomyopathies, les maladies rénales glomérulokystiques, la dystrophie musculaire et le diabète sucré (DM) parmi d’autres maladies1. De plus, le modèle du poisson zèbre est idéal en raison de la petite taille de l’espèce, de sa facilité d’entretien et de sa fécondité élevée2,3.
Le pancréas du poisson zèbre est à la fois anatomiquement et fonctionnellement similaire au pancréas des mammifères4. Ainsi, les caractéristiques uniques de taille, de fécondité élevée et de structures endocriniennes similaires font du poisson zèbre un candidat approprié pour étudier les complications liées au DM. Chez le poisson zèbre, il existe deux méthodes expérimentales utilisées pour induire l’hyperglycémie prolongée qui est caractéristique du DM : un afflux de glucose (modélisation de type 2) et l’arrêt de la sécrétion d’insuline (modélisation de type 1)5,6. Expérimentalement, pour arrêter la sécrétion d’insuline, les cellules β pancréatiques peuvent être détruites chimiquement à l’aide d’injections de streptozotocine (STZ) ou d’alloxane. STZ a été utilisé avec succès chez les rongeurs et les poissons zèbres, entraînant des complications associées à la rétinopathie7,8,9,troubles cognitifs10et à la régénération des membres11. Cependant, chez le poisson zèbre, les cellules β se régénèrent après le traitement, ce qui rend nécessaires des « injections de rappel » de STZ pour maintenir des conditions diabétiques12. Alternativement, le pancréas du poisson zèbre peut être enlevé6. Ce sont deux procédures très invasives, en raison des injections multiples, et le temps de récupération étendu.
Réciproquement, l’hyperglycémie peut être induite non envahissante par l’exposition au glucose exogène. Dans ce protocole, les poissons sont immergés dans une solution de glucose hautement concentrée pendant 24 heures5,13 ou continuellement pendant 2 semaines14,15,16. Le glucose exogène est pris par voie transdermique, par ingestion et/ou à travers les branchies, ce qui entraîne une glycémie élevée. Puisque cette technique non envahissante ne manipule pas directement des niveaux d’insuline, elle ne peut pas prétendre induire le DM de type 2. Cependant, il peut être utilisé pour examiner les complications induites par l’hyperglycémie, qui est l’un des principaux symptômes du DM de type 2.
Récemment, le mutant du poisson zèbre pdx1-/- a été développé en manipulant le gène de l’homéobox 1 pancréatique et duodénal, un gène lié à la cause génétique du DM de type 2 chez l’homme. En utilisant ce mutant, les chercheurs ont pu reproduire la perturbation du développement pancréatique, l’hyperglycémie et étudier la rétinopathie diabétique induite par l’hyperglycémie17,18.
En ce document, nous décrivons une méthode non envahissante d’induction d’hyperglycémie qui emploie un protocole alternatif d’immersion. Ce protocole maintient des conditions hyperglycemic pendant jusqu’à 8 semaines avec des complications suivantes observées. En bref, les poissons zèbres adultes sont placés dans une solution de sucre pendant 24 heures, puis dans une solution aqueuse pendant 24 heures. Contrairement à l’immersion continue dans des solutions de glucose externes, l’alternance de jours entre le sucre et l’eau imite la montée et la chute de la glycémie dans le diabète. Un protocole de glucose alternatif permet en outre à l’hyperglycémie d’être induite pendant de plus longues périodes de temps, car les poissons zèbres ne sont pas aussi capables de compenser les conditions de glucose externe élevées. Comme preuve de principe, nous fournissons des données 444 40000 10000.As proof of principle, we provide data showing that hyperglycemia induced using this protocol alters retinal chemistry and physiology.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le diabète est un problème national. Des études montrent que d’ici 2030, on estime que 400 millions de personnes auront une forme ou une autre de diabète. Dans les modèles de rongeurs, le DM de type 2 est étudié à l’aide de manipulations génétiques. Chez les rats, les rats gras diabétiques zucker (ZDF), et les rats gras Otsuka Long-Evans Tokushima (OLETF), fournissent plus d’informations sur les effets du type 2 DM10. En outre, des régimes riches en graisses ont été utilisés c…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous tenons à remercier VPC, CJR et MCP pour le développement de ce protocole. EMM a reçu un soutien financier de l’American University College of Arts and Sciences Graduate Student Support pour mener à bien cette recherche. Ce travail a également été soutenu par un prix Mellon de la faculté de l’Université américaine et un financement par l’American University College of Arts and Sciences (tous deux à VPC).
Materials
| Airline Tubing | petsmart | 5291863 | This can be used in the tank to circulate air |
| Airpump | petsmart | 5094984 | This can be used in the tank to circulate air |
| Airstones | petsmart | 5149683 | This can be used in the tank to circulate air |
| D-glucose | Sigma | G8270-5KG | |
| D-mannitol | Acros Organics | AC125340050 | |
| Freestyle Lite Meter | Amazon | B01LMOMLTU | |
| Freestyle Lite Strips | Amazon | B074ZN3H2Z | |
| Net | petsmart | 5175115 | |
| Tanks | Amazon | B0002APZO4 |
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