ゼブラフィッシュで長期高血糖を生み出すグルコースの交互浸漬

ゼブラフィッシュ(ダニオ・レリオ)は、病気と認知の両方を研究するために広く使用される動物モデルになりつつあります¹.初期の発達段階を通じた遺伝子操作と胚性の透明性の容易さは、既知の遺伝的基礎を持つヒト疾患を研究する最有力候補となる。例えば、ゼブラフィッシュは、ホルト・オラム症候群、心筋症、糸球嚢胞性腎疾患、筋ジストロフィー、および糖尿病(DM)の研究に使用^{されてきた。}また、ゼブラフィッシュモデルは、種の小型、メンテナンスの容易さ、および高い胎児性^2、3のために理想的です。

ゼブラフィッシュ膵臓は、哺乳類膵臓⁴と解剖学的および機能的に類似している。したがって、サイズ、高い胎児性、および類似の内分泌構造のユニークな特性は、ゼブラフィッシュをDM関連合併症を研究するための適切な候補にする。ゼブラフィッシュでは、DMに特徴的な長期高血糖を誘導するために用いられる2つの実験方法があります:グルコースの流入(モデリングタイプ2)とインスリン分泌の停止(モデリングタイプ^1)5、6。実験的に、インスリン分泌を止めるために、膵臓β細胞は、ストレプトゾトシン(STZ)またはアロキサン注射のいずれかを使用して化学的に破壊することができる。STZは齧歯類およびゼブラフィッシュで正常に使用され、網膜症^7、8、9、認知障害^10、および四肢再生¹¹に関連する合併症を生じさせる。しかし、ゼブラフィッシュでは、β細胞が治療後に再生し、糖尿病状態¹²を維持するためにSTZの「ブースター注射」が必要となる。あるいは、ゼブラフィッシュの膵臓を⁶から取り除くことができる。これらは、複数の注射、および広範な回復時間のために、両方の非常に侵襲的な手順です。

逆に、高血糖は、外因性グルコースへの暴露を通じて非侵襲的に誘発され得る。このプロトコルでは、魚は24時間^5、13、または2週間^14、15、16のために継続的に高濃度グルコース溶液に沈め^られます。外因性グルコースは、経口摂取によって、および/またはエラを横切って、血糖値の上昇をもたらす経皮的に取り上げられる。この非侵襲的な技術はインスリンレベルを直接操作しないので、タイプ2 DMを誘導するとは主張できない。しかし、これは、タイプ2 DMの主な症状の一つである高血糖によって誘発される合併症を調べるために使用することができる。

最近、ゼブラフィッシュ変異体pdx1-/-は、ヒトにおける2型DMの遺伝的原因に関連する遺伝子である膵臓および十二指腸ホメオボックス1遺伝子を操作することによって開発された。この変異体を用いて、研究者は膵臓発達破壊、高血糖、および高血糖誘発糖尿病網膜症^17,18を複製することができた。

本論文では、交互浸漬プロトコルを用いた非侵襲性高血糖誘導法について述べている。このプロトコルは、その後の合併症が観察された最大8週間の高血糖状態を維持する。簡単に言えば、成虫のゼブラフィッシュは24時間砂糖溶液に入れられ、次いで24時間水溶液に入れられます。外部グルコース溶液への連続浸漬とは対照的に、砂糖と水の間の交互の日は、糖尿病における血糖値の上昇と下降を模倣する。交互のグルコースプロトコルは、高血糖を高血糖が高い外部グルコース条件を補うことができないほど長い期間誘発することをさらに可能にする。原理の証明として、このプロトコルを用いて誘発される高血糖が、レチナリカル化学と生理学を変えるデータを提供する。