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客戶文章 | 長期食物相硒代蛋氨酸暴露損傷斑馬魚大腦并影響神經遞質及行為

分類:公司動態   發布時間 2021-09-26   閱讀: 298


文章標題:Dietary SelenoLMethionine Causes Alterations in Neurotransmitters, Ultrastructure of the Brain, and Behaviors in Zebrafifish (Danio rerio)

發表期刊:Environmental Science & Technology

發表時間:2021年8月

影響因子:9.028

合作客戶:華南師范大學

百趣提供服務:神經遞質靶標檢測

  

01 研究背景

(Se)是動物生長發育必需的微量元素,它的基礎性和毒性閾值之間的差異范圍非常小。過量硒的毒性機理主要有兩點:1. Se-Met是主要的有機硒形態,進入生物體后可替代蛋白質中蛋氨酸,導致蛋白質的折疊錯誤,改變蛋白質的結構和功能,進而干擾生物體的正常生理功能;2. Se進入機體后的代謝活動會導致活性氧簇分子(ROS)的大量產生,最終引起蛋白質、DNA及脂肪等生物大分子結構的改變,造成魚類氧化損傷。魚類行為主要由中樞神經系統分泌的神經遞質調控,對于魚類的生存和種群穩定性至關重要。

本文通過對2月齡斑馬魚進行為期60天的飼喂實驗,結合靶標代謝組學和行為學等方法,探討環境相關濃度的食物相Se-Met長期暴露對斑馬魚神經系統及行為的影響。

  

02 研究結果

1.Se-Met在抗氧化生理上的影響 


相比于對照組(C),中(M:12.16 μg Se/g 干重)和高(H:34.61 μg Se/g 干重)濃度處理組斑馬魚腦組織中總硒累積量升高(圖1A),ROS水平增加,抗氧化酶活性以及相關硒蛋白基因表達量降低(圖1B-K),證明Se-Met導致斑馬魚腦組織抗氧化能力降低。


1.過量Se-Met累積導致斑馬魚大腦氧化損傷

2.Se-Met對神經元的影響 


為了解不同濃度Se-Met對斑馬魚神經元超微結構的影響,使用透射電子顯微鏡(TEM)進行觀察,結果顯示:相比于C組,Se-Met導致M和H處理組斑馬魚腦組織線粒體發生腫脹、嵴峭結構斷裂,甚至膜破損,基質外溢(圖2)。同時,線粒體呼吸鏈復合物I、II、IV和V的活性在各處理組均顯著降低(圖3)。此外,過量硒代蛋氨酸也導致腦組織內質網擴張。

 

2.斑馬魚神經元(2μm)超微結構圖


3.斑馬魚腦組織中線粒體RCCs的活動

通過對斑馬魚腦組織進行神經遞質靶標測定,并對篩選出來的41種神經遞質及其代謝產物進行分析。結果顯示,參與調控多巴胺能(DA)、5-羥色胺能(5-HT)、乙酰膽堿能(Ach)、γ-氨基丁酸能(GABA)和組胺能(HA)信號通路的21種神經遞質及其代謝產物受到顯著影響(圖4)。此外,通過qPCR定量分析發現,參與DA通路調控基因th、dat、drd1、drd2b、drd4、bdnf,5-HT通路調控基因tph、htr1aa、htr2b、mao,GABA 通路調控基因gad1b、gad2以及HA通路調控基因hdc、hrh1的表達也受到了顯著影響(圖5)。


4.過量Se-Met導致斑馬魚腦組織中神經遞質水平變化

 

5. 過量Se-Met導致斑馬魚腦組織中神經遞質相關基因轉錄水平變化

 

3.Se-Met對魚類行為的影響 

游泳試驗顯示C組斑馬魚在燒杯邊緣游動頻率最高 (6A),Se-Met處理組60s總游泳距離較C組短15~60%(7A)。Y迷宮試驗結果顯示,MH處理組斑馬魚更傾向停留在Start(6B、7B)。相比于C組,投喂MH組含硒飼料60天后,斑馬魚的自由游泳能力和空間認知能力受到顯著影響。

6.斑馬魚魚類行為活動軌跡

7.過量Se-Met導致斑馬魚神經行為的改變

03 結論

基于研究結果,本文對斑馬魚大腦和神經遞質相關的不良結果途徑(AOPs)進行了總結:Se導致的ROS的過量產生可視為分子起始途徑(Molecular Initial Event, MIE),隨后的脂質過氧化、粗面內質網擴張、線粒體損傷以及神經遞質和相關基因的改變等為關鍵事件(Key Events, KEs),魚類個體行為的改變為不良結果(圖8)。Se-Met導致斑馬魚神經行為改變這一AOPs的建立可為評估各類環境污染物對魚類的生態風險提供科學依據。


8.基于Se-Met對斑馬魚神經行為影響的AOPs預測

百趣生物為本研究提供了神經遞質靶標檢測分析服務,定性定量準,構建物質標準曲線,提供物質的絕對含量;技術成熟穩定、分辨率高、選擇性好;團隊經驗豐富,有專業的研發和數據分析團隊。

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