Cá ngựa vằn và cá medaka làm mô hình nghiên cứu bệnh người

Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dưạc lăn II Hà Nội - 2015 CÁ N G ựA VẰN VÀ CÁ MEDAKA LÀM MƠ HÌNH NGHIÊN c ứ u BỆNH NGƯỜI Trần Đức Long \ Vũ Thị Thu \ Tô Thanh Thúy » ‘ Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội TÓM TẮT Cá ngựa vằn (Danio rerio) cá medaka {Oryzias latipes) hai loài cá xương nhỏ sống tự nhiên mộng lúa, mặt nước Việt Nam, nước Nam Á Đông Nam Á Hai lồi cá có nhiều ưu tìiế động vật thí nghiệm bổ trợ cho mơ hình động vật có vú Hơn nữa, chúng có gen chế trình sinh học giống với ngưòd nên đă đưa vào phịng thí nghiệm sử dụng ngày nhiều để làm động vật mơ hình cho nghiên cứu ữong sinh học y sinh học, đặc biệt gần làm mơ hình bệnh frên người Đã có nhiều thành tựu y sinh dược học dựa kết nghiên cứu ừên cá Một ưu khơng nhỏ việc ni, trì cá cho nghiên cứu rẻ hom nhiều so với mơ hình động vật có vú chuột, nhiên Việt Nam việc dùng loài cá làm mơ hình thí nghiệm cịn chưa biết đến Trong viết giới thiệu đặc điểm sinh học, kĩ thuật nghiên cứu ưu tống quan mơ hình bệnh người sử dụng hai loài cá ữong nghiên cứu gần Chủng mong muốn qua giới ứiiệu phát triển việc sử dụng hai mô hình cá có hiệu tính kinh tế cao tới cộng đồng nghiên cứu Việt Nam T khóa: cá ngựa vằn, cá medaka, động vật mơ hình bệnh ZEBRAFISH AND MEDAKA AS ANIMAL MODELS OF HUMAN DISEASE SUMMARY Zebrafish (Danio rerio) and medaka {Oryzias latipes) are small teleost fish native to the rice paddies and small water bodies in Vietnam and South and Southeast Asia These two físh species have shown excellent experimental characteristics that make their use as animal models complementary to mammals More importantly, they share high similarity to human in protein coding genes and biological processes, therefore have been increasingly used as animal models for research in biology and biomedicine, especially models for human diseases There are numerous new fmdings in biomedicine based on research using these íish models It is noteworthy that the cost for laboratory maintaining of these fish is much lower than that for mammals like mice Hovvever, in Vietnam the use of físh as animal models is largely unknoxvn Here we describe the biological characteristics, the common experimental 103 Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lăn II Hà Nội - 2015 techniques and review recent human disease models generated in these two fish We would like to introduce the use o f these fĩsh to research community in Vietnam and hope for its development in the near ủiture Key w ords: zebrafish, medakafìsh, animal models ofhuman disease GIỚI THIỆU VỀ CÁ MEDAKA VÀ CÁ NGựA VẰN ZEBRAFISH Mơ hình động vật yếu tố khơng thể thiểu cho nghiên cứu tìm hiểu bệnh người để tìm thuốc liệu pháp điều trị bệnh Động vật chọn làm mơ hình phải có mức độ tương đồng với người cao, động vật có vú ưa thích sử dụng, phổ biến chuột Tuy nhiên vài chục năm lại có hai lồi cá dùng ngày nhiều, cho thấy mức độ tương đồng đáng kể so với người với ưu điểm trội bổ sung thay ứiế phần cho mơ hình động vật có vú, hai loài cá cá ngựa vằn (Danio rerio) cá medaka {Oryzias ỉatipes) (xem tổng quan [61]) Cá ngựa vằn (Danio rerio), tên tiếng Anh zebrafish, loài cá xương nước nhỏ phân bổ ruộng lúa, sông, suối nhỏ vùng Đông Nam Ả [33] Từ năm 1980, loài cá bắt đầu dùng làm cho nghiên cứu Đại học Oregon, Hoa Kì [77] Cho đến nay, nỏ loài cá dùng nhiều để làm mơ hình nghiên cứu bệnh người [61] Một sở liệu khổng lồ cho nghiên cứu ngựa vằn xây dựng cập nhật, tham khảo Online trang https://zfin.org/ Medaka (Oryzias latipes), tên tiếng Anh iapanese rice fish hay iapanese killiĩish, loài cá xương nhỏ, kích thước khoảng 3-4cm, sống tự nhiên ruộng lúa, mặt nước lặng vùng Đông Á Đơng Nam Ấ, có Việt Nam Các đặc điểm sinh học loài cá nghiên cứu Nhật tò hàng trăm năm trước [53] Tuy sử dụng muộn cá ngựa vằn, medaka ngày dùng nhiều hơn, bổ sung cho mơ hình cá ngựa vằn để tìm hiểu bệnh người Các sở liệu cho nghiên cứu medaka tổng kết đầy đủ tổng quan [39] cho thấy NBRP medaka tổ chức bao gồm trung tâm nghiên cứu hàng đầu Nhật Bản cung cấp dòng cá, liệu vật liệu cho nghiên cứu sử dụng cá (https://www.shigen.nig.ac.ip/medaka/') [39] Tuy có vùng phân bố tự nhiên giống nhau, so với cá ngựa vằn cá medaka khỏe hoTi, tổn dải nhiệt độ rộng, tò 4-40°C có độ muối cao vùng nước lợ; môi trường nước nuôi medaka không cần điều kiện vệ sinh nghiêm ngặt [39, 53] Ket giải trình tự sơ cho thấy hệ gen cá medaka có kích thước có kích thước -7 0 triệu cặp nucleotide với ước tính 20.141 gen, 11.617 (57,7%) gen có ortholog người [35] Hệ gen cá ngựa vằn giải trình tự hồn chỉnh có kích thước 104 Hội nghị Khoa học Cơng nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lăn II Hà Nội - 2015 -1,41 tỉ cặp nucleotide với 26.206 gen mã hóa cho protein, 18.029 (69%) gen có ortholog người [25] Hai loài cá có đặc điểm sinh học ưu việt để làm động vật thí nghiệm mà động vật có vú khơng có Đó thịri gian trưởng thành sinh dục ngắn (~3 tháng), thụ tinh ngồi, phơi phát triển nhanh, trứng suốt nên quan sát q trình phát triển phơi dễ dàng, biến đổi di truyền chuyển gen, tạo đột biến đơn giản Cá medaka đẻ trứng hàng ngày, mỗi ngày 20-30 tìứng Cá ngựa vằn đẻ trứng hàng tuần, lần 100200 trứng Một lợi không nhỏ chi phí ni cá thấp nhiều việc thực đạo đức sinh học nghiên cứu cá đơn giản hom nhiều so với việc dùng động vật có vú [54, 77] Điều làm cho cá thành đối tượng đặc biệt phù hợp cho nghiên cứu sàng lọc lượng lớn chất để phát triển thuốc [8, 26] MỘT SĨ CƠNG CỤ, PHƯOnVG PHÁP NGHIÊN c ứ u TRÊN CÁ N G ựA VẰN VÀ CÁ MDAKA 2.1 Phương pháp tạo đột biến 2.1.1 Phương pháp tạo đột biến ngẫu nhiên Đột biến ngẫu nhiên tạo hóa chất N-ethyl-N-nitrosourea (ENU) Cá đực giữ nước chứa ENƯ để gây thay nucleotide ừong tinh trùng Cá đực xử lý ENU lai với cá chủng dại để tạo cá F1 mang nhiều đột biến ngẫu nhiên Các đột biến sàng lọc phôi hệ F3 thu hàng ngàn cá medaka cá ngựa vằn đột biến [16, 18, 21, 44] Đẻ thuận lợi cho việc sàng lọc đột biến, phương pháp TILLING (Targeting Induced Local Lesions IN Genomes) áp dụng Trong F1 sàng lọc cách phân tích vài gen quan tâm để xác định đột biến gen kiểm tra kiểu hình cá mang gen đột biến [66, 78] toàn exon cá giải trình tự để xác định đồng thời nhiều đột biến gen khác [38] Ngoài ra, đột biến ngẫu nhiên cịn tạo retrovirus Retrovirus bị biến đổi để nhân lên tế bào tiêm vào phôi cá Retrovirus nhiễm vào tế bào, có tể bào sinh dục nguyên thủy, chèn hệ gen vào hệ gen cá, gây đột biển điểm chèn [2] Lợi việc sử dụng retrovirus so với ENƯ ADN retrovirus dùng làm thị để xác định vị trí chèn hệ gen, cho phép lựa chọn dòng đột biến gen quan tâm [73, 74] 2.1.2 Phương pháp tạo đột biến đặc hiệu Trong năm gần với phát triển công nghệ chỉnh sửa ADN in vivo TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nuclease) 105 RGEN (RNA-Guided Hội nghị Khoa học Cống nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lần II Hà Nội - 2015 EndoNuclease), việc chỉnh sửa đặc hiệu gen cá medaka cá ngựa vằn đơn giản nhiều [3, 28, 29, 75] TALE yếu tố hoạt hóa phiên mã vi khuẩn với nhiều domain dài -3 axit amin, loại domain bám đặc hiệu với loại nucleotide [9, 52] Bằng cách ghép nhiều domain liền kề thành protein dài, protein tạo bám đặc hiệu với trình tự nucleotide định [9] Các protein tái tổ hợp gắn với Fokl endonuclease để tạo thành enzym giới hạn cắt gần trình nucleotide theo mong muốn [12] mRNA mã hóa cho TALEN TALEN protein tiêm vào phôi cá để tạo đứt gãy ADN mạch kép vị trí đặc hiệu hệ gen Cơ chế sửa chữa nối đầu không tương đồng (NHEJ) tạo nhiều đột biến mấưthêm nucleotide vị trí TALEN cắt Ngồi TALEN thiết kế để cắt bỏ hoàn toàn gen khỏi hệ gen [42] RGEN phát triển từ hệ thống miễn dịch CRISPR/Cas9 vi khuẩn [45] Vi khuẩn tổng hợp CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) RNA dài sau chế biến thành crRNA ngắn có trình tự nucleotide bổ sung với trình tự ADN virus Cùng với RNA nhỏ khác tracrRNA, crRNA đầu dò để giúp enzym Cas9 nhận biết ADN virus cắt tạo đứt gãy mạch kép Để thuận lợi cho ứng dụng thực tiễn, crRNA ừacrRN thay RNA có kích thước 100 nucleotide (guide-RNA), RNA tổng hợp nhân tạo Guide-RNA tiêm với mRNA mã hóa Cas9 protein Cas9 vào phôi cá để cắt ADN đặc hiệu tạo đột biến tương tự TALEN [3, 29] 2.2 Phương pháp tạo cá chuyển gen Cá medaka cá ngựa vằn chuyển gen tạo transposon meganuclease với hiệu cao Meganuclease thường dùng để tạo cá chuyển gen là IScel Gen chuyển đưa vào hai trình tự nhận biết I-Scel tiêm với enzym I-Scel vào phôi cá [19, 64, 67] Khi sử dụng transposon, gen chuyển đưa vào transposon plasmid tái tổ hợp tiêm ĩĩiRNA mã hóa transposase vào phơi cá Một số transposon hay dùng gồm Tol2 [5, 40], Ac/Ds [17], Sleeping Beauty [14] Hiện có hàng trăm dịng cá chuyển gen chia sẻ phịng thí nghiệm giới 2.3 Phương pháp chụp ảnh hiển vi Phôi ấu trùng cá medaka cá ngựa vằn gần suốt nên thuận lợi cho nghiên cứu hình ảnh, đặc biệt ảnh hiển vi huỳnh quang Phơi ấu trùng cá chụp ảnh nhiều mức độ phóng đại khác để quan sát toàn ấu trùng, hệ quan hay tìmg tế bào, cấu trúc tế bào [36, 70, 71] Các thí nghiệm chụp ảnh phơi, ấu trùng cá tiến 106 Hội nghị Khoa học Cơng nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lăn II Hà Nội - 2015 hành thời gian vài phút, vài chí vài ngày Để quan sát cấu trúc nằm sâu thể chụp ảnh cắt lát phơi ấu trùng cá tìieo trục z sau dùng phần mềm để xây dựng hình ảnh ba chiều Phôi ấu trùng cá thường giữ agarose nóng chảy nhiệt độ thấp để cố định vị trí lâu dài bổ simg thêm thuốc an thần (ví dụ tricaine, Sigma E 10521) nồng độ thấp để giữ ấu trùng không di chuyển suốt ứiời gian chụp ảnh [70] 2.4 Phtftfng pháp đánh giá độc tính, hoạt chất Cá medaka cá ngựa vằn đẻ nhiều trứng, thụ tinh ngoài, phát triển nhanh chóng, phơi ấu trùng kích thước nhỏ nên thuận lợi cho việc đánh giá độc tính hay ảnh hưởng chất có hoạt tính ữong sàng lọc thuốc, đánh giá nhiều giai đoạn phát triển khác với quy mô lớn [1, 24, 56] Phơi/ấu trùng giữ nước ni có pha chất thử giếng riêng lẻ khay 96 giếng khay 384 giếng Phơi/ấu trùng cá sống vài ngày không cần cho ăn nhờ dự trữ dinh dưỡng ữong nỗn hồng Với phát triển cơng nghệ biến đổi gen, nhiều mơ hình bệnh phát triển cá medaka, cá ngựa vằn dùng cho sàng lọc thuốc [15, 34] CÁC M Ô HỈNH BỆNH ĐÃ ĐƯỢC N G H IÊN c ứ u TRÊN M EDAKA VÀ ZEBRAFISH Bệnh thần kinh Cá ngựa vằn cá medaka dùng làm mơ hình nghiên cứu cho nhiều bệnh thần kinh, từ bệnh thối hóa thần kinh đến rối loạn hành vi tâm thần Alzheimer, bệnh thoái hóa thần kinh gây trí nhớ gần nghiên cứu nhiều mơ hình cá ngựa vằn Nevvman cộng năm 2014 thống kê 98 báo xuất 10 năm lại nghiên cứu bệnh theo hướng tiếp cận khác mang đến kết chế bệnh sinh, đặc biệt đặc tính, hoạt động gen liên quan đến bệnh mà nghiên cứu mơ hình chuột khơng tìm [49] Rất nhiều mơ hình bệnh thối hóa thần kinh vận động tạo loài cá nhờ kĩ thuật điều khiển biểu gen tương ứng với gen liên quan đến bệnh người Các mơ hình bệnh phân tích, đánh giá chi tiết tổng quan [6], kể đến bệnh xơ cứng teo bên {amyotrophic lateral sclerosis hay bệnh Lou Gehrig), bệnh liệt hai chi co cứng di truyền (hereditary spastic paraplegias), bệnh thối hóa tủy (spinal muscular atrophy ) [6] Đặc biệt, mơ hình bệnh Charcot-Marie-Tooth (bệnh teo Mác) thối hóa dây thần kinh ngoại vi thiết lập thành công cá ngựa vằn 107 Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lân II Hà Nội - 2015 mô thời điểm phát bệnh cá trưởng thành non tương đương với tuổi niên người, mơ hình chuột, bệnh xuất sớm, gây khó khăn cho nghiên cứu [11] Mơ hình bệnh rối loạn hành vi tâm thần tạo nhiều cá ngựa vằn, bệnh trầm cảm, tâm thần phân liệt, tăng động giảm khả tập trung (Attention defìcit hyperactivitỳ) tổng kết bời Kalueff cộng [33] Trên cá medaka, mơ hình bệnh Parkinson nhóm nghiên cứu Takahashi, Đại học Kyoto Nhật Bản thiết lập, phát triển viết tổng quan báo năm 2014 [48] Các triệu chứng bệnh tạo frên cá cách xử lý hóa chất, hay làm biến đổi di truyền [47] Các hóa chất l-Methyl-4-phenyl-l,2,3,4-tetrahydropyridine (MPTP), 6hydroxydopamine (6-OHDA), proteasome inhibitors, lysosome inhibitors tunicamycin cỏ thể tạo số triệu chứng bệnh neuron thuộc hệ dopamin [48], làm giảm vận động tức thời (spontaneous m ovem ent) số chất làm xuất thể Lewwy Cá đột biến kép hai gen p in kl (PTEN-induced putative kinase 1) Parkin cho cho thấy có tế bào hệ dopamine kết dính chức ti thể Cá đột biển gen ATP13A2 tạo số triệu chứng bệnh khác [49] Mới đây, mơ hình cá bệnh Gaucher, bệnh biết đến có liên quan mật thiết với bệnh Parkinson tạo thành công cách gây đột biến gen glucocerebrosidase (GBA) [72] Mơ hình giúp tìm hiểu chế mắc bệnh Parkinson người bị bệnh Gaucher Bệnh nội tiết Trên cá ngựa vằn có nghiên cứu phát triển chức tổ chức tuyến nội tiết tương đương với nhiều tuyển người vùng đồi, tuyến yên, tuyến thượng thận [68], tuyến giáp, tuyến cận giáp, tuyến tụy, tuyến sinh dục (xem tổng quan [43, 50]) Các nghiên cứu tương đồng đáng kể hoạt động chức mạng lưới gen điều khiển phát triển tuyến (xem tổng quan [50]) Mới mô hình bệnh đái tháo đường tạo cá ngựa vằn trưởng thành cách tiêm Streptozocin (STZ) chất có độc tính với tế bào beta tụy dùng để gây mơ hình bệnh chuột [32] Mơ hình cá cho biểu bệnh giống người biển chứng võng mạc, thần kinh, rối loạn trinh làm lành viết thương q trình tái tạo vây Hom nữa, mơ hình quan sát thấy tượng tái sinh mô tụy bị tổn thương khơi phục tình trạng đường huyết bình thường tương tự quan sát bệnh nhân sau ghép tụy [32] Bệnh tím mạch 108 Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lần II Hà Nội - 2015 Đã có số tổng quan phân tích đầy đủ tương đồng ttong phát triển tim cá ngựa vằn người tổng kết mơ hình bệnh tim sử dụng cá ngựa vằn [7, 13, 55] Một ưu điểm lớn phơi cá sống chức tim mạch bị suy giảm trầm trọng oxy khuếch tán vào thể kích thước phôi nhỏ Điều cho phép nghiên cứu mà động vật khác không thực [7] Các nghiên cứu cho thấy ưu dùng cá ngựa vằn để tìm hiểu gen điều khiển chức tim tiềm sử dụng cá cho việc khảo sát, sàng lọc thuốc [13, 58, 76] Cá ngựa vằn mang gen mă hóa cho enzym integrin-linked kinase bị biến đổi có suy giảm chức tim tì-ầm ừọng tương tự với bệnh phình đại tim người [55] Cá ngựa vằn có tên ‘gridlock’ hay ‘grl’ mang gen hey2 đột biến dùng làm mơ hình cho bệnh hẹp eo động mạch chủ ngưòri [76] Điều đáng ý mơ hình bệnh cá sử dụng thành công để sàng lọc hoạt chất in vỉvo [13, 58] Gần đây, nhóm nghiên cứu Huang cộng cơng bố mơ hình bệnh suy tim cá ngựa vằn tạo cách xử lý aristolochic acid doxorubicin để nghiên cứu chế gây bệnh sàng lọc hợp chất có tiềm điều trị [26] Bệnh ung thư Hầu hết loại ung thư người tạo mơ hình cá Các kĩ thuật để tạo cá ung thư bao gồm xử lý hóa chất gây ung thư, ghép tế bào ung thư người vào phôi cá, dùng kĩ thuật forward genetics tạo sàng lọc đột biển hay reverse genetics bất hoạt gen kĩ thuật di truyền làm biểu gen ngoại sinh cá chuyển gen (xem tổng quan [20]) Mới báo tổng quan Yen cộng tổng kết, phân tích mơ hình bệnh ung thư xây dựng cá ngựa vằn, bao gồm ung thư máu (leukemia), ung thư tế bào hắc tổ (meỉanoma) ung thư mô liên kết (embryonal rhabdomyosarcoma) [80] Năm 2013 nhóm nghiên cứu Gong, Đại học Quốc gia Singapore tạo mơ hình cá ngựa vằn bệnh ung thư gan có tên TO(Myc) cách chuyển gen Myc chuột đặc hiệu đến tế bào gan cá sử dụng hệ thống Tet-On Biểu mức gen Myc làm tăng sinh tế bào gan, dẫn đến u tuyến ung thư tế bào gan (hepatocellular adenoma and carclnoma), giống xảy chuột người [41] Mơ hình khầng định vai trò gen Myc bệnh sinh ung thư gan động vật có xương sống Bệnh máu 109 Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dưực lần II Hà Nội - 2015 Thiếu máu nguyên hồng cầu bẩm sinh (congenital siderobỉastic anaemia) [10] mơ hình bệnh xây dựng dòng cá ngựa vằn đột biến cỏ tên "sau ’’ (viết tắt từ sautemes), tạo tìr kĩ thuật forward genetics Bằng kĩ thuật positional cloning, gen đột biến gây bệnh tìm ALAS2, tương đồng với gen người, gen mã hóa cho enzym tham gia vào trình tổng hợp hemoglobin hồng cầu Từ đột biến nghiên cứu điều khiển biểu gen cá, nhiều phát vai ữò gen điều khiển trình tạo máu tìm tổng quan [63] Mới đây, dòng cá đột biến gen c-cbl làm mơ hình cho bệnh tăng sinh tủy ác tính (myeloproli/erative neoplasms) công bố [57], hứa hẹn cho khám phá việc tìm hiểu chế bệnh phát triển thuốc Trên cá medaka, dịng cá có tên “who” có mang đột biến gen a la d , gen m ã hóa cho enzym delta-aminolevulinic acid dehyđratase tham gia vào trìn h tổng họp nhân Hem phân tử hemoglobin C đột biến có kiểu hình bệnh thiếu máu nhược sắc (hypochromic anemia) [60] Dòng cá Bef mang đột biển gen c-myb cho thấy vai ữị gen q trình tạo máu [51] Bệnh thận Bệnh thận đa nang (Polycystic kidney disease) nguyên nhân dẫn đến suy thận giai đoạn cuối {End-stage kidney disease) Trên cá medaka, mô hình bệnh tạo dịng cá ‘pc’ có chứa gen đột biến glis3 [23], cho thấy mơ hình có triển vọng, đặc hiệu cho bệnh người bị đột biến gen cịn có biểu suy giảm chức tuyến tụy dẫn đến tiểu đường [23] Trên cá ngựa vằn, Huang cộng tạo mơ hình bệnh thận đa nang nhờ việc gây bất hoạt gen wnt5a kĩ thuật Morpholino (Morpholino knockdown) [27] Một mơ hình cá medaka cho bệnh thận béo phì (obesity-related glomerulopathy) tạo cách cho cá ăn chế độ thức ăn giàu chất béo [30], mơ hình giúp hoàn thiện việc nghiên cứu bệnh gây rối loạn trao đổi chất Bệnh xương Cá medaka cá ngựa vằn chúng tơi số nhóm nghiên cứu giới chứng minh mơ hình tốt để nghiên cứu xương bệnh liên quan đến xương [22, 31, 59, 69, 70] Các nghiên cứu cho thấy chế phân tử tế bào trình tạo xương hủy xương cá medaka người tương đồng [31, 37, 65, 69, 70] Một điều thú vị cá medaka có suy giảm estrogen suy giảm mật độ, cấu trúc xưcmg cột sổng (lưng) cá bị cong cá già, cá cái, tưofng tự loãng xương mãn kinh 110 Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lần II Hà Nội - 2015 phụ nữ [62] So với cá ngựa vằn, hệ xương cá medaka phát triển nhanh [4, 79] Kích thước nhỏ phơi cá suốt, kĩ thuật chuyển gen dễ dàng giúp đánh dấu tế bào xưomg huỳnh quang cho phép ghi lại hình ảnh hoạt động tế bào tạo xương hủy xưomg in vivo [46, 70] Đặc biệt, mơ hình cá thích hợp cho việc sàng lọc chất có hoạt tính chống bệnh xương từ số lượng lớn chất [8] Năm 2012 Tô Thanh Thúy cộng Đại học Quốc gia Singapore tạo dòng cá medaka chuyển gen ranẢ:/ HSE:CFP biểu Rankl, yểu tố kích tìiích biệt hóa hoạt động tế bào hủy xương tác dụng sốc nhiệt làm mơ hình bệnh lỗng xương (osteoporosis) dịng cá này, Rankl ngoại sinh kích thích tạo tế bào hủy xưomg dẫn đến phá hủy mô xương giai đoạn phát triển sớm cá [70] Năm 2013 dòng cá đưa phịng thí nghiệm chúng tơi Khoa Sinh học, Đại học Khoa học Tự nhiên, đại học Quốc gia Hà Nội để tiếp tục hoàn thiện sử dụng làm mơ hình cho nghiên cứu xương sàng lọc chất có hoạt tính chống lỗng xương, mở đầu việc dùng cá làm mơ hình bệnh Việt Nam Chúng hi vọng khai thác nguồn dược liệu tự nhiên dồi đất nước, tìm chất có hoạt tính phát triển thành thuốc chống loãng xưcmg Mới chúng tơi cơng bố mơ hình bệnh xương đá (osteopetrosis) cá medaka trường thành với dòng cá chuyển gen bị gây chức tế bào hủy xương [69], bổ sung thêm công cụ cho nghiên cứu xương bệnh xương cá K ẾT LUẬN Cá ngựa vằn zebrafish cá medaka sử dụng làm mơ hình cho hầu hết loại bệnh người cho thấy ưu so với mơ hình động vật khác Cùng với phát triển hoàn thiện nhanh kĩ thuật tíụrc cá kĩ thuật làm biến đổi gen CRISPR/Cas, kĩ thuật hình ảnh, kĩ thuật sàng lọc thuốc, việc nghiên cứu cá chắn ngày dễ dàng cho hiệu kinh tế khoa học cao, hứa hẹn việc phát triển mở rộng sử dụng mơ hình khám phá chế bệnh người, loại thuốc liệu pháp điều trị bệnh LỜI CẢM OỈN Bài viết hỗ frợ từ đề tài QG 14.21 Đại học Quốc gia Hà Nội đề tài 106YS.06-2014.15 Quĩ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia NAPOSTED TÀI LIỆU TH A M KHẢO [1] Ali s., et al., Large-scale assessment of the zebrafísh embryo as a possible predictive model in toxicity testing,PLoS One, (2011) e21076 111 Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lăn II Hà Nội - 2015 [2] Amsterdam A., et al., Reừovirus-mediated insertional mutagenesis in zebrafísh,Methods Cell Biol, 60(1999) 87-98 [3] Ansai s., et al., Targeted mutagenesis using CRISPR/Cas system in medaka,Biol Open, (2014)362-371 [4] Apschner A S.-M s., Witten p E , Not all bones are created equal-using zebrafísh and other teleost species in osteogenesis research,Methods Cell Biol., 105 (2011 ) [5] Asakawa K., et al., The Tol2-mediated Gal4-UAS method for gene and enhancer ứapping in zebrafish,Methods, 49 (2009) 275-281 [6] Babin p J., et al., Zebrafish models o f human motor neuron diseases: advantages and limitations,Progress in neurobiology, 118 (2014) 36-58 [7] Bakkers J., Zebrafísh as a model to study cardiac development and human cardiac disease,Cardiovascular research, 91 (2011) 279-288 [8] Baưett R., et al., A rapid, high content, in vivo model o f glucocorticoid-induced osteoporosis,Biotechnologyjoumal, (2006) 651-655 [9] Boch J., et al., Breaking the code o f DNA binding specificity of TAL-type III effectors,Science, 326 (2009) 1509-1512 [10] Brownlie A., et al., Positional cloning o f the zebrafísh sautemes gene: a model for congenital sideroblastic anaemia,Nature genetics, 20 (1998) 244-250 [11] Chapman A L., et al., Axonal Transport Defects in a Mitoíusin Lx)ss of Punction Model o f Charcot-Marie-Tooth Disease in Zebrafish,PloS one, (2013) e67276 [12] Christian M., et al., Targeting DNA double-strand breaks with TAL effector nucleases,Genetics, 186 (2010) 757-761 [13] Dahme T., et al., Pishing for the genetic basis o f cardiovascular disease,Disease Models & Mechanisms, (2009) 18-22 [14] Davidson A E., et al., Efficient gene delivery and gene expression in zebrafish using the Sleeping Beauty transposon,Dev Biol, 263 (2003) 191-202 [15] Dinday M T., et al., Large-Scale Phenotype-Based Antiepileptic Dmg Screening in a Zebrafísh Model o f Dravet Syndrome(l,2,3),eNeuro, (2015) [16] Driever w , et al., A genetic screen for mutations affecting embryogenesis in zebrafish,Development, 123 (1996) 37-46 [17] Emelyanov A., et al., Trans-kingdom transposition of the maize dissociation element,Genetics, 174 (2006) 1095-1104 [18] Furutani-Seiki M., et al., A systematic genome-wide screen for mutations aíĩecting organogenesis in Medaka, Oryzias latipes,Mech Dev, 121 (2004) 647-658 112 Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lần II Hà Nội - 2015 [19] Grabher c , et al., Meganuclease and transposon mediated transgenesis in medaka,Genome Biol, Suppl (2007) SIO [20] H Peitsma, et al., Zebrafish as a Cancer Model Mol cancer Res, (2008) [21] Haffter p., et al., The identiíication o f genes with unique and essential ủmctions in the development o f the zebrafísh, Danio rerio,Development, 123 (1996) 1-36 [22] Hammond c L., et al., Two populations o f endochondral osteoblasts with diíĩerential sensitivity to Hedgehog signalling,Development, 136 (2009) 3991-4000 [23] Hashimoto H., et al., Polycystic kidney disease in the medaka (Oryzias latipes) pc mutant caused by a mutation in the Gli-Similar3 (glis3) gene,PloS one, (2009) e6299 [24] Hill A J., et al., Zebrafísh as a model vertebrate for investigating chemical toxicity,Toxicol Sci, 86 (2005) 6-19 [25] Howe K., et al., The zebrafísh reference genome sequence and its relationship to the human genome,Nature, 496 (2013) 498-503 [26] Huang c c , et al., Zebrafish heart íailure models for the evaluation o f chemical probes and drugs,Assay Drug Dev Technol, 11 (2013) 561-572 [27] Huang L., et al., A possible zebrafish model o f polycystic kidney disease: knockdovvn of wnt5a causes cysts in zebrafĩsh kidneys,Joumal o f visualized experiments : JoVE, (2014) [28] Huang p., et al., Heritable gene targeting in zebrafísh using customized TALENs,Nat Biotechnol, 29 (2011) 699-700 [29] Hwang w Y., et al., EíTicient genome editing in zebrafish using a CRISPR-Cas system,Nat Biotechnol, 31 (2013) 227-229 [30] Ichimura K., et al., Medaka fĩsh, Oryzias latipes, as a model for human obesity-related glomerulopathy,Biochemical and biophysical research Communications, 431 (2013) 712-717 [31] Inohaya K., et al., The teleost intervertebral region acts as a grovvth center o f the centrum: in vivo visualization o f osteoblasts and their progenitors in transgenic fish,Developmental dynamics : an official publication o f the American Association o f Anatomists, 236 (2007) 3031-3046 [32] Intine R V., et al., A zebrafish model o f diabetes mellitus and metabolic memory,Joumal o f visualized experiments : JoVE, (2013) e50232 [33] Kalueff A V., et al., Zebrafish as an emerging model for studying complex brain disorders,Trends in pharmacological sciences, 35 (2014) 63-75 [34] Kari G., et al., Zebrafish: an emerging model system for human disease and drug discovery,Clin Pharmacol Ther, 82 (2007) 70-80 113 Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lần II Hà Nội - 2015 [35] Kasahara M., et al., The medaka draft genome and insights into veitebrate genome evolution,Nature, 447 (2007) 714-719 [36] Keller p J., et al., Reconstruction o f zebrafish early embryonic development by scanned light sheet microscopy,Science, 322 (2008) 1065-1069 [37] Kessels M Y., et al., Proteomics analysis o f the zebrafísh skeletal extìacellular matrix,PloS one, (2014) e90568 [38] Kettleborough R N., et al., A systematic genome-wide analysis o f zebrafĩsh proteincoding gene function,Nature, 496 (2013) 494-497 [39] Kừchmaier s., et al., The genomic and genetic toolbox o f ứie teleost medakã (Oryzias latipes),Genetics, 199 (2015) 905-918 [40] Koga A., et al., Gene transfer and cloning o f flanking chromosomal regions using the medaka fish Tol2 transposable element,Mar Biotechnol (NY), (2002) 6-11 [41] Li z., et al., A transgenic zebrafish liver tumor model with inducible Myc expression reveals conserved Myc signatures with mammalian liver tumors,Disease models & mechanisms, (2013) 414-423 [42] Lim s., et al., A simple strategy for heritable chromosomal deletions in zebrafĩsh via tìie combinatorial action o f targeting nucleases,Genome Biol, 14 (2013) R69 [43] Lohr H., et al., Zebrafísh in endocrine systems: recent advances and implications for human disease,Annual review o f physiology, 73 (2011) 183-211 [44] Loosli F., et al., A genetic screen for mutations affecting embryonic development in medaka fish (Oryzias latipes),Mech Dev, 97 (2000) 133-139 [45] Makarova K s., et al., Evolution and classiíĩcation o f the CRISPR-Cas systems,Nat Rev Microbiol, (2011) 467-477 [46] Masahiro Chatani Y T., Akira Kudo Osteoclasts in bone modeling, as revealed by in vivo imaging, are essential for organogenesis in fish,Developmental Biology 360 (2011) 14 [47] Matsui H., et al., Medaka físh Parkinson's disease model,Experimental neurobiology, 21 (2012) 94-100 [48] Matsui H., et al., Proteasome inhibition in medaka brain induces the features o f Parkinson's disease,Joumal o f neurochemistry, 115 (2010) 178-187 [49] Matsui H., et al., Exploring the pathogenetic mechanisms underlying Parkinson's disease in medaka físh,Joumal o f Parkinson's disease, (2014) 301-310 [50] McGonnell I M., et al., Pishing for gene íiinction—endocrine modelling in the zebrafish,The louraal o f endocrinology, 189 (2006) 425-439 114 Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lần II Hà Nội - 2015 [51] Moriyama A., et al., B ef medaka mutant reveals the essential role o f c-myb in both primitive and deíĩnitive hematopoiesis,Developmental biology, 345 (2010) 133-143 [52] Moscou M J., et al., A simple cipher govems DNA recognitioĩi by TAL effectors,Science, 326 (2009) 1501 [53] Namse K., Tanaka M., and Takeda H., Medaka - A Model for Organogenesis Human Disease and Evolution, springer, Japan, 2011 [54] Naruse K., Tanaka M., and Takeda H., A Model for Organogenesis Human Disease and Evolution, Springer, Japan, 2011 [55] Nguyen c T., et al., Zebrafísh as a model for cardiovascular development and disease,Drug discovery today Disease models, (2008) 135-140 [56] Padilla s., et al., Use o f medaka in toxicity testing,CiuT Protoc Toxicol, Chapter (2009) n itl 10 [57] Peng X., et al., A point mutation o f zebrafish c-cbl gene in the ring íìnger domaỉn produces a phenotype mimicking human myeloproliferative disease,Leukemia, (2015) [58] Peterson R T., et al., Chemical suppression o f a genetic mutation in a zebrafísh model o f aortic coarctation, Nat Biotechnol 2004 May;22(5):595-9 Epub 2004 Apr 18 [59] Renn J., et al., A collOal:nlGFP transgenic line displays putative osteoblast precursors at the medaka notochordal sheath prior to mineralization,Developmental biology, 381 (2013) 134-143 [60] Sakamoto D., et al., A mutation in the gene for delta-aminolevulinic acid dehydratase (ALAD) causes hypochromic anemia in the medaka, Oryzias latipes,Mechanisms o f development, 121 (2004) 747-752 [61] Schartl M., Beyond the zebrafish: diverse físh species for modeling human disease,Disease models & mechanisms, (2014) 181-192 [62] Shanthanagouda A H., et al., iapanese medaka: a non-mammalian vertebrate model for studying sex and age-related bone metabolism in vivo.PloS one, (2014) e88165 [63] Sood R., et al., Novel insights into the genetic Controls o f primitive and đefínitive hematopoiesis from zebrafish models,Advances in hematology, 2012 (2012) 830703 [64] Soroldoni D., et al., Simple and efficient transgenesis with meganuclease constructs in zebrafish,Methods Mol Biol, 546 (2009) 117-130 [65] Takeyama K., et al., In-vivo imaging o f the ữacture healing in medaka revealed two types o f osteoclasts before and after the callus íormation by osteoblasts.Developmental biology, 394 (2014) 292-304 115 Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lần II Hà Nội - 2015 [66] Taniguchi Y., et al., Generation o f medaka gene knockout models by target-selected mutagenesis,Genome Biol, (2006) R I 16 [67] Thermes V., et al., I-Scel meganuclease mediates highly efficient transgenesis in fish,Mech Dev, 118 (2002) 91-98 [68] To T T., et al., Pituitary-inteưenal interaction in zebrafísh inteưenal organ development,Molecular endocrinology, 21 (2007) 472-485 [69] To T T., et al., An adult osteopetrosis model in medaka reveals tìie impoitance o f osteoclast ũmction for bone remodeling in teleost fish,Comparative biochemistìy and physiology Toxicology & pharmacology : CBP, (2015) [70] To T T., et al., Rankl-induced osteoclastogenesis leads to loss o f mineralization in a medaka osteoporosis model,Development, 139 (2012) 141-150 [71] Tran L D., et al., Dynamic microtubules at the vegetal cortex predict the embryonic axis in zebrafish,Development, 139 (2012) 3644-3652 [72] Uemura N., et al., Viable neuronopathic Gaucher disease model in Medaka (Oryzias latipes) dispiays axonal accumulation o f alpha-synuclein,PLoS genetics, 11 (2015) e 1005065 [73] Varshney G K., et al., The Zebrafish Insertion Collection (ZInC): a web based, searchable collection o f zebrafish mutations generated by DNA insertion,Nucleic Acids Res, 41 (2013) D 861-864 [74] Wang D., et al., Efficient genome-wide mutagenesis o f zebrafísh genes by retroviral insertions,Proc Natl Acad Sci U S A , 104 (2007) 12428-12433 [75] Wang T., et al., Direct gene disruption by TALENs in medaka embryos,Gene, 543 (2014) 28-33 [76] Weinstein B M., et al., Gridlock, a localized heritable vascular patteming defect in the zebrafish,Nat Med, (1995) 1143-1147 [77] Westerfield M., The zebrafish book A guide for the laboratory use o f zebrafish (Danio rerio), 4th edition ed., Univ o f Oregon Press, Eugene., 2000 [78] Wienholds E., et al., Efficient target-selected mutagenesis in zebrafísh,Genome Res, 13 (2003) 2700-2707 [79] Wittbrodt J., et al., Medaka—a model organism from the far East,Nature reviews Genetics, (2002) 53-64 [80] Yen J., et al., Zebrafish models o f cancer: progress and íiiture challenges,Cuưent opinion in genetics & development, 24 (2014) 38-45 116 ... mơ hình bệnh phát triển cá medaka, cá ngựa vằn dùng cho sàng lọc thuốc [15, 34] CÁC M Ô HỈNH BỆNH ĐÃ ĐƯỢC N G H IÊN c ứ u TRÊN M EDAKA VÀ ZEBRAFISH Bệnh thần kinh Cá ngựa vằn cá medaka dùng làm. .. dụng muộn cá ngựa vằn, medaka ngày dùng nhiều hơn, bổ sung cho mơ hình cá ngựa vằn để tìm hiểu bệnh người Các sở liệu cho nghiên cứu medaka tổng kết đầy đủ tổng quan [39] cho thấy NBRP medaka tổ... glomerulopathy) tạo cách cho cá ăn chế độ thức ăn giàu chất béo [30], mơ hình giúp hoàn thiện việc nghiên cứu bệnh gây rối loạn trao đổi chất Bệnh xương Cá medaka cá ngựa vằn chúng tơi số nhóm nghiên cứu giới