Μελέτη της ανάπτυξης των καρδιακών βαλβίδων χρησιμοποιώντας το zebrafish ως οργανισμό μοντέλο
Authors: Μαλισσόβας Νικόλαος 
Published: August 2021

Το zebrafish έχει αναδειχθεί τις τελευταίες δεκαετίες σε σημαντικό πειραματικό μοντέλο των ανθρώπινων ασθενειών. Πολλοί είναι οι λόγοι που καθιστούν το zebrafish κατάλληλο ζωικό μοντέλο για ερευνητικούς σκοπούς σε πολλούς τομείς της επιστήμης. Χαρακτηριστικά αναφέρουμε την εξωτερική γονιμοποίηση και το γεγονός πως στα αρχικά στάδια ανάπτυξης τα έμβρυα παραμένουν διάφανα, ιδιότητα που μας δίνει τη δυνατότητα να μελετήσουμε in vivo την οργανογένεση χωρίς επεμβατικές τεχνικές, την υψηλή ομολογία με το ανθρώπινο γονιδίωμα, αλλά και το γεγονός πως μπορούν εύκολα να εφαρμοστούν πληθώρα μεθόδων πρόσθιας και ανάστροφης γενετικής. Στη παρούσα διδακτορική διατριβή περιγράφονται για πρώτη φορά δύο νέα μοντέλα zebrafish, η γενετική σειρά s457 που αποτελεί ένα νέο μοντέλο καρδιακής βαλβιδοπάθειας και η s266 γενετική σειρά που αποτελεί ένα νέο μοντέλο της πολυνευροπάθειας Charcot-Marie-Tooth τύπου 2D. Οι s457 και s266 οικογένειες προέκυψαν μετά από τυχαία μεταλλαξιγένεση με N-αίθυλ-N-νιτροουρία και επιλέχθηκαν με βάση την παλινδρόμηση του αίματος μεταξύ κόλπου και κοιλίας.Τα s457 ομόζυγα έμβρυα φέρουν μία σημειακή μετάλλαξη στο γονίδιο southpaw, στον οποίο η καρδιά παρουσιάζει είτε ετερόπλευρη θέση από το φυσιολογικό, είτε στη μέση γραμμή, είτε στη φυσιολογική κατά τυχαίο τρόπο ακολουθούμενη από τυχαία θέση των σπλαγχνικών οργάνων κατά την ανάπτυξης του ενδοδέρματος. Το southpaw σχετίζεται με το Nodal, γονίδιο το οποίο εμπλέκεται στην ρύθμιση της δεξιάς-αριστερής συμμετρίας. Διαπιστώσαμε ότι στα μεταλλαγμένα southpaw έμβρυα η σχετική θέση μεταξύ των δύο κοιλοτήτων αλλάζει, επηρεάζοντας την γεωμετρία της καρδιάς και αφήνοντας ανεπηρέαστη την μυοκαρδιακή λειτουργία. Σε συνδυασμό με τη μελέτη μιας άλλης γενετικής σειράς της s459 που φέρει μία σημειακή μετάλλαξη στο γονίδιο της βαριάς αλύσου της μυοσίνης του κόλπου, amhc ή myh6 και προκαλεί την ασυστολία του κόπου και βαλβιδοπάθεια στα ενήλικα μεταλλαγμένα ψάρια, αποδείξαμε ότι η αιμοδυναμική ροή εντός της καρδιακής κοιλότητας ρυθμίζει την μορφογένεση της κολποκοιλιακής βαλβίδας ανεξάρτητα από την μυοκαρδιακή συσταλτικότητα.Τα μεταλλαγμένα s266 έμβρυα φέρουν μία σημειακή μετάλλαξη στο gars γονίδιο, που προκαλεί την αντικατάσταση της φυσιολογικής θρεονίνης με μία λυσίνη στο αμινοξικό κατάλοιπο 209. Το Τ209 αμινοξύ είναι ιδιαίτερα συντηρημένο μεταξύ των ειδών και αντιστοιχεί στο ανθρώπινο κατάλοιπο 130. Τα ομόζυγα s266 έμβρυα εμφανίζουν μείωση των νευρομυϊκών συνάψεων στους αναπτυσσόμενους μυς, που οφείλεται στην απώλεια του διμερισμού της μεταλλαγμένης πρωτεΐνης. Επιπλέον, δείξαμε πως ο G319R Gars απώλειας της λειτουργίας ανθρώπινος αλληλόμορφος δεν διασώζει τον προαναφερθέντα νευρομυϊκό φαινότυπο. Τέλος, αποδεικνύουμε πως μία άλλη μετάλλαξη η G605R Gars που σχετίζεται με την εμφάνιση της ανθρώπινης ασθένειας, διμερίζεται με την εναπομείναντα αγρίου-τύπου πρωτεΐνη στα ετερόζυγα s266 ψάρια και μειώνει τη λειτουργία του ενζύμου τόσο ώστε να εμφανιστεί ο φαινότυπος. Τα αποτελέσματα μας υποδεικνύουν πως είναι απαραίτητος ο διμερισμός μεταξύ ενός μεταλλαγμένου μονομερούς με ένα αγρίου-τύπου μονομερές για τις αυτοσωμικές επικρατείς ασθένειες και πως το μοντέλο που προτείνουμε αποτελεί ένα νέο σημαντικό εργαλείο για τη μελέτη νέων μεταλλαγμένων ανθρωπίνων αλληλόμορφων.