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End date: 2020Subject: search.filters.subject.斑馬魚

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    系統農藥芬普尼對斑馬魚神經系統的影響
    (2020) 徐代軒; Hsu, Tai-Hsuan
    芬普尼 (fipronil) 是一種苯基吡唑類殺蟲劑，可選擇性抑制昆蟲中的γ-氨基丁酸（GABA）受體。儘管芬普尼已成為在水生環境中使用最廣泛的藥物，但很少有研究評估芬普尼的神經毒性對於水生脊椎動物的感覺和運動系統的影響。在本碩士論文的研究中，我們選擇斑馬魚（Danio rerio）實驗動物來探討芬普尼對感覺與運動系統的神經毒理作用。我們評估了急性芬普尼暴露對斑馬魚存活率，側線毛細胞數量以及神經毒性的影響，此外，我們比較了正常與芬普尼處理下斑馬魚的游泳軌跡熱圖、速度和距離的差異。我們的實驗結果發現成年斑馬魚暴露在0.5、1.0和2.0 ppm芬普尼的水中環境24小時，與正常處理斑馬魚比較，存活率隨著芬普尼濃度顯著遞減。而斑馬魚胚胎暴露在0.1、0.5和1.0 ppm芬普尼的水中環境24小時，與正常處理斑馬魚比較，側線毛細胞數量也是隨著芬普尼濃度顯著遞減。透過組織病理學和西方墨點法研究發現，成年斑馬魚暴露於1.0 ppm芬普尼的水中環境24小時，大腦組織的氧化壓力、發炎與細胞凋亡，與正常處理斑馬魚比較，則是顯著增加。通過影像追蹤觀察，成年斑馬魚暴露在0.1和0.5 ppm芬普尼的水中環境24小時，游泳軌跡的速度和距離隨著芬普尼濃度顯著遞減，儘管芬普尼的神經毒性主要針對無脊椎動物昆蟲的GABA受體而開發，但我們的研究結果發現，芬普尼不但會減低斑馬魚的存活率，還會透過損傷側線的毛細胞數量以及產生氧化壓力、發炎與細胞凋亡來損傷大腦組織來影響斑馬魚的感覺和運動系統。這結果推論系統農藥芬普尼誘導的神經毒性會損傷水生脊椎動物的感覺與運動系統。
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    順鉑導致斑馬魚胚胎離子細胞氧化壓力與細胞凋亡
    (2020) 吳巧羚; Wu, Ciao-Ling
    順鉑為現今廣泛使用之化療藥物，卻伴隨腎毒性、神經毒性和耳毒性等副作用，其中主要限制施予劑量的因素為腎毒性。順鉑可經由銅離子運輸蛋白與有機陽離子運輸蛋白進入腎臟上皮細胞，造成腎小管損傷，目前哺乳動物細胞研究模式已知氧化壓力生成是順鉑造成細胞損傷的主要原因之一。斑馬魚是廣泛使用於毒理學研究與藥物測試的模式動物，其仔魚表皮分布的五型離子細胞與哺乳動物腎臟上皮細胞有許多相似之處，因直接暴露於環境，好操作且易觀察。本研究以斑馬魚仔魚表皮離子細胞作為研究順鉑腎毒性之工具，使用活體螢光染色觀察順鉑對離子細胞的影響，來證實順鉑會導致離子細胞氧化壓力生成、粒線體損傷和細胞凋亡。本實驗將斑馬魚胚胎浸泡於不同濃度的順鉑（0、50、100、300、500 或 1000 μM）進行長時間（4-100 hpf）或短時間（96-98 hpf）處理，再使用活體螢光染劑單染或共染的方式，標定斑馬魚仔魚卵黃囊上具粒線體活性離子細胞（Rhodamine 123/MitoTracker）與凋亡細胞（AcridineOrange），並探討當中活性氧化物的產生（CellROX/ MitoSOX）。斑馬魚胚胎分別在順鉑處理 96小時及 2 小時後，Rhodamine 123 標定具粒線體活性離子細胞數目均顯著下降，且凋亡細胞數目顯著上升；斑馬魚胚胎分別在順鉑處理 96 小時及 1 小時後，產生活性氧化物的離子細胞數目或 CellROX/MitoSOX 的螢光亮度均顯著上升。此外，將斑馬魚胚胎進行抗氧化劑 NAC（0、100、300、500 或 1000 μM）與順鉑的長時間共處理，發現 NAC 能降低胚胎的死亡率，並減緩順鉑對離子細胞所導致的氧化壓力與損害。由以上結果可證實順鉑會導致離子細胞氧化壓力生成和粒線體損傷，並引起細胞凋亡，而抗氧化劑 NAC 可作為順鉑毒性的保護劑。
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    Rh蛋白在斑馬魚胚胎皮膚的功能
    (2013) 施廷翰; Tin-Han Shih
    Rh蛋白是在脊椎動物中發現的氣體通道蛋白，被認為具有運輸氨以及二氧化碳的能力。在魚類中，鰓(成魚)以及皮膚(胚胎仔魚)都是主要用來呼吸的器官，但是目前仍不確定是由何種特定細胞來執行排氨以及二氧化碳的功能，也尚未清楚Rh蛋白在其中扮演的角色。在我的研究中，我將利用斑馬魚胚胎，證明Rh蛋白參與皮膚氨以及二氧化碳運輸的功能。 在第一章的研究中，我以螢光免疫染色證明Rhcg1表現在富含氫幫浦細胞(HR cell)的頂端細胞膜上。利用SIET分析仔魚體表細胞的排氨功能後發現，HR cell比它型表皮細胞具有更強的排氨能力，而此排氨能力也隨抑制Rhcg1的表現而顯著降低。我也發現HR cell在高氨下仍可維持排氨作用，但若是抑制氫幫浦(H+-ATPase)或Rhcg1的表現則會使得HR cell失去高氨下的排氨能力，顯示H+-ATPase以及Rhcg1是HR cell執行主動排氨的關鍵分子。 我在第二章要探討排氨以及鈉離子吸收的運輸機制。透過高氨環境抑制排氨將使得鈉離子吸收能力降低。而增加鈉離子的吸收後則使排氨量增加，顯示氨與鈉離子的運輸息息相關。抑制了Rhcg1以及鈉氫交換蛋白(Na+/H+ exchanger, NHE3b)的表現後發現排氨與吸鈉量皆降低。抑制這兩蛋白也影響了體內鈉離子的含量，顯示Rhcg1以及NHE3b是魚類進行排氨依賴性的鈉離子吸收機制的重要蛋白。 於第三章我將分析另一Rh蛋白Rhbg在仔魚皮膚上的分布與功能。利用原位雜交以及免疫螢光染色我證明Rhbg表現在皮膚keratinocyte頂端與底側端的細胞膜上。與抑制Rhcg1相比，抑制了Rhbg的表現會造成更嚴重的排氨能力失調，顯示Rhbg對於排氨的影響更大。然而，Rhbg的抑制將造成Rhcg1的表現增加以及HR cell排氨能力的提升，這些現象說明補償性的排氨機制是藉由HR cell來調節。 在最後的章節中，我分析了仔魚皮膚Rh蛋白與二氧化碳運輸的相關性。研究發現利用高氨環境會抑制二氧化碳的排放，而高碳酸水也會降低氨的排放量，顯示二氧化碳與氨可能透過同一路徑排放。抑制了Rhbg蛋白會顯著降低二氧化碳排放量，但抑制Rhcg1則不會造成此現象。本實驗也利用H+探針測量表皮二氧化碳的水合(產生H+)與碳酸的水解(減少H+)，藉以分析細胞膜對於二氧化碳的通透性。在高碳酸水的浸泡實驗中，抑制Rhbg將減少體表鹼化的程度，說明較少的二氧化碳通過表皮。這些數據證實Rhbg是魚類排放二氧化碳的重要路徑。
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    應用斑馬魚作為研究端腦突觸可塑性及智能障礙疾病的模式
    (2012) 吳民聰; Ming-Chong Ng
    硬骨魚類的端腦在學習與記憶的形成過程中扮演著重要的角色，其中又以端腦背側的外側區(Dl)與中側區(Dm)最為關鍵。利用螢光追蹤方法可發現，將螢光染劑置入D1區後，螢光物質會由Dl往Dm傳遞，這現象意味著兩者之間的神經纖維有緊密相連的關係，但目前探討Dl－Dm間突觸傳遞現象的研究還非常稀少。斑馬魚是一種廣泛應用於探討藥物成癮、焦慮以及學習和記憶等研究的模式動物。本論文的研究目的之一即以電生理技術，探討在斑馬魚端腦中Dl－Dm投射路徑的神經傳遞與突觸可塑(synaptic plasticity)現象。從結果可觀察到，在Dl給予一次電刺激能引發Dm產生一個負電位之電場電位(field potential, FP)，且該FP能被AMPA/kainate受器拮抗劑CNQX、0.5 mM Ca 2+、8.0 mM Mg 2+ 及TTX (0.5 μM)所阻斷；相反的，在無Mg 2+的人工腦脊髓液以及bicuculline中FP則能被提升並引發神經的猝發(bursting)現象。以上結果意味著興奮性與抑制性的神經傳遞作用皆可能具調節神經突觸的功能。為了探究這假說，本論文進一步探討了突觸可塑現象中的長期增益效應(LTP)與長期抑制效應(LTD) 。由結果發現，連續三次高頻刺激(每秒100Hz)或投予腺苷酸環化酶啟動劑Forskolin (50 μM) 15分鐘後皆可引發LTP現象，前者為NMDA受器依賴性LTP，而後者需要extracellular related-signal kinase (ERK)的參與。此外，投予代謝型谷氨酸受體興奮劑DHPG　(25 μM)　10分鐘後，則會引發持續至少１小時的LTD現象 。由此可知，斑馬魚端腦Dl與Dm間的突觸連結為端腦突觸可塑性的關鍵角色，也在探討斑馬魚學習與記憶之神經機轉上提供了一個新的電生理模式。另外，斑馬魚在發生遺傳學等相關人類疾病的研究中也已成為不可或缺的動物模式。X染色體脆折症(Fragile X syndrome, FXS)是發生率較高的人類遺傳性智能遲滯疾病，伴隨著外型異常、認知功能以及行為障礙等症狀。FXS是由於FMR1基因發生突變造成其蛋白FMRP缺失所致，建立FXS的動物模式將有助於我們進一步瞭解致病的細胞與分子機制。因此，本論文的另一研究目的即為利用FMR1基因缺失斑馬魚，探究FMRP在行為及神經突觸可塑性中所扮演的角色。實驗結果顯示，成年斑馬魚因缺乏FMR1基因表達，而產生低焦慮、過動和抑制性逃避性學習障礙現象。而在電生理上，FMRP的缺失對於突觸傳遞功能並無明顯影響，但在突觸可塑性方面，相較於對照組，FMR1剔除斑馬魚端腦LTP的強度會減弱，相反的LTD則增強。綜合此研究的各項重要發現，我們認為FMR1基因剔除斑馬魚在未來應用上，除有助於我們瞭解FXS的致病機轉外，更能協助治療性藥物的開發。
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    水通道蛋白8aa在斑馬魚仔魚上的功能性研究
    (2012) 高揚彥; Kao, Yang-Yen
    水通道蛋白(aquaporins, AQPs)是一群執行水分子通透的細胞膜蛋白。此外，有些AQPs也被發現具有二氧化碳、甘油、氨與尿素的通透性。最近研究將斑馬魚(Danio rerio) aqps基因表現於蛙卵會增加細胞膜對二氧化碳/NH3通透性。然而，目前仍沒有活體的實驗證實AQPs在動物體內參與二氧化碳(carbon dioxide, CO2)及NH3的通透能力。在本篇研究中，在原位雜交反應的結果中發現aqp8aa主要表現於斑馬魚仔魚的鰓上及皮膚上，而在利用免疫組織染色搭配原位雜交反應的結果發現AQP8AA主要在皮膚上表現於兩型的離子細胞上(HR cells and NaR cells)。而在高氨馴養(10 mM NH4+)的情況下aqp8aa的mRNA表現量有顯著提升的情況，而在高碳酸水馴養的情況下卻無此情況產生。利用反義核酸(morpholino oligonucleotides)抑制aqp8aa蛋白質的表現後，利用掃描式離子選擇性電極(scanning ion-selective technique, SIET)來分析H+及NH4+在斑馬魚仔魚皮膚及離子細胞上的運輸。在knockdown aqp8aa表現後，發現仔魚整體的H+及NH4+的排放量都有下降的情況，而在特定細胞也有相似的結果，而在CO2短暫灌流的結果中也發現魚體對於H+排放量都有下降的情況，在特定細胞也有相似的結果，由此結果推論AQP8AA在斑馬魚的仔魚上可能參與著此三物質的運輸。
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    保護劑對斑馬魚側線機械性傳導通道之影響
    (2012) 莊偉民; Wei-Min Chuang
    毛細胞的機械性傳導通道（mechanotransducer channel, MET channel）會受到機械性刺激而開啟。陽離子經由MET通道流入造成毛細胞發生去極化，而釋放神經傳遞物質。胺基糖苷類（aminogly- cosides, AGs）抗生素在臨床上被用於治療革蘭氏陰性菌感染的疾病，但是AGs常導致許多副作用包括內耳毛細胞的損傷，甚至聽力喪失。魚類側線毛細胞為一種機械性接受器，負責感覺外在水體的流動。哺乳動物內耳與魚類側線的毛細胞，兩者不論是構造形態或功能特性都有相似之處，因此斑馬魚常被採用作為耳毒性藥物篩選的模式動物。然而對於毛細胞MET通道的特性目前仍沒有很好的驗證方式。本研究應用非侵入掃描式離子選擇電極技術(scanning ion-selective electrode technique, SIET)，針對斑馬魚胚胎的MET通道進行特性分析。毛細胞的纖毛束經微電極的機械性刺激後，可記錄到鈣離子流入，但是鉀離子與鈉離子的通透並不顯著。並且鈣離子流入會被AGs（neomycin和gentamicin）的短時間（30分鐘）處理所抑制，顯示MET通道可能被AGs所阻斷。將環境中鈣離子濃度從0.2 mM提高到2 mM，可減少neomycin和gentamicin對MET通道的阻斷；而提高水中的鎂離子濃度到5 mM，卻只能降低gentamicin對MET通道的阻斷。Amiloride過去被認為是一種MET通道的阻斷劑。本研究發現amiloride並無法阻斷側線毛細胞MET通道的鈣離子流入，但卻可降低AGs對MET通道的阻斷作用。
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    水通道蛋白(aqp1a)在斑馬魚胚胎表皮參與二氧化碳的運送
    (2011) 趙珮伶; Pei-lin Chao
    水通道蛋白(aquaporins, AQPs)是一群執行水分子通透的細胞膜蛋白。此外，有些AQPs也被發現具有二氧化碳、甘油、氨與尿素的通透性。因此AQPs 依其功能又區分成三亞群，分別為aquaporins, aquaammoniaporins, 與 aquaglyceroporins三群。在哺乳類研究發現，AQP1缺失的紅血球會降低二氧化碳通透性。最近研究將斑馬魚(Danio rerio) aqp1a表現於蛙卵會增加細胞膜對二氧化碳通透性。然而，目前仍沒有活體的實驗證實AQPs在動物體內參與二氧化碳(carbon dioxide, CO2)通透。本研究利用斑馬魚仔魚為模式動物，探討aqp1a在仔魚表皮細胞上的分佈與功能。將1 % CO2馴養一週的仔魚以real-time PCR分析，結果顯示aqp1a mRNA表現量增加。利用原位雜交與抗體染色標定，發現aqp1a大量表現於卵黃囊表皮上的H+-pump-rich cell與Na+ -pump-rich cell，其他表皮細胞則有少量的表現。利用morpholino knockdown弱化aqp1a蛋白的表現再利用離子選擇電極技術(SIET)分析碳酸排放，發現aqp1a基因弱化的仔魚碳酸的排放減少，顯示aqp1a在胚胎體表細胞扮演CO2通透的功能。
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    探討斑馬魚恐懼記憶之神經機制
    (2009) 許竣博; Hsu Chun-Po
    斑馬魚在脊椎動物學習和記憶能力之基因體研究方面是一種功能強大的模式動物。科學家利用斑馬魚的基因轉殖技術，發展出多樣不同基因變異的品系。而在各種突變斑馬魚被大量建立的同時，更迫切需要進行專門針對斑馬魚學習與記憶功能的行為研究。在許多研究抑制性逃避行為實驗，常以其他物種─例如大白鼠當動物模式。然而，目前對硬骨魚類情緒性記憶相關的研究依然相當缺乏，有礙於斑馬魚於神經科學相關研究的推廣。本研究採用改良型之抑制性逃避行為箱來研究斑馬魚之抑制性逃避行為。 本研究之實驗結果顯示：（1）於訓練後24小時，所有斑馬魚將會被再放回淺水區進行測試。此時，斑馬魚會對深水區產生抑制性逃避行為，且停留在淺水區的時間較訓練前有明顯的延長。（2）在消減階段，所有重新暴露於深水區的斑馬魚，會改變其對深水區已建立之抑制性逃避行為，而停留在淺水區的時間較訓練前有明顯的縮短。（3）在訓練後7天，所有斑馬魚放回淺水區進行測試，斑馬魚仍對深水區產生抑制性逃避行為，顯示此恐懼記憶被保存下來的時間至少可達到7天。（4）經過(+)MK-801（一種非競爭性麩胺酸NMDA受體拮抗劑）處理的斑馬魚，其抑制性逃避行為將會被阻斷。 (+) MK-801處理組和對照組之間，斑馬魚對深水區產生抑制性逃避行為而停留在淺水區的時間有顯著差異。（5）在經過訓練後的斑馬魚，端腦內的MAPK的磷酸化程度，會隨著時間而增加，在訓練後1.5小時到達高峰，同時與naïve組比較也有明顯增加。而端腦內的MAPK的表現量並沒有明顯變化。 綜合上述各點，本實驗不只建立一套操作簡單的行為儀器來研究斑馬魚的恐懼記憶，且實驗結果推論斑馬魚恐懼記憶相關的神經機轉與陸生的脊椎動物相似。因此，也許可以增進我們使用斑馬魚來研究神經科學的可行性，並且拓展對精神疾病藥物的開發領域，而在未來配合多樣不同突變的斑馬魚，將有助釐清脊椎動物基因與學習以及記憶功能之間的關係。
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    斑馬魚仔魚體表排氨功能與機制之研究
    (2008) 施廷翰
    淡水魚類移除體內含氮廢物最佳的方式，是直接將廢物以氨(ammonia，即NH3與NH4+)的形式排放到水體。具研究顯示，80%以上的氨會經由鰓排出。然而目前針對魚類鰓表皮細胞所作的研究仍未足以提供直接的證據說明排氨的運行方式。本實驗選用斑馬魚仔魚為模式動物，透過其體表的離子調節功能探討淡水魚類的排氨機制。 在本實驗中，利用掃描式離子選擇性電極技術（Scanning Ion-selective Electrode Technique, SIET）對仔魚體表離子作檢測。實驗發現在富含氫幫浦細胞( HRC）上的排氨的程度高於周遭的平舖細胞（PVC）與其它類型的離子細胞(Ionocyte)。以往的研究推論氫離子（H+）與排氨之間有密切的關係。在本實驗中，針對氫幫浦而使用的抑制劑bafilomycin A1與gene knockdown技術，會同時造成魚類H+與NH4+的梯度顯著降低。當給予水體高量緩衝溶液（5 mM 3-morpholinopropane sulfonic acid, MOPS）時，也發現H+與NH4+ 的排出量顯著下降。本實驗亦以SIET分析Rhcg1的功能，發現rhcg1 knockdown的仔魚其體表以及細胞排氨量明顯降低。綜合以上結果，本實驗證實仔魚體表細胞透過酸捕捉機制進行排氨功能，也為氫幫浦及Rhcg1提供參與排氨機制的直接證據。
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    斑馬魚空間記憶學習作業之不對稱行為表現－探討動物腦側化對行為的影響
    (2008) 吳曜如; Yao-Ju Wu
    隨着基因轉殖斑馬魚製備技術及相關分生檢測技術的不斷進步，斑馬魚用於神經科學的研究日漸增多，近有證據明顯示斑馬魚具有與人類相似的腦側化現象。本研究延續前人的理論基礎，利用改良之斑馬魚T字形迷宮空間記憶學習模式，藉以找出學習過程中，不同學習方向所導致之學習行為差異。並且進一步利用此差異，針對可能與空間記憶有關的端腦部位，進行不可恢復的雙側或單側手術破壞，觀察其於空間記憶學習行為之影響，以探討斑馬魚端腦是否具有類似人類的腦側化現象。 本研究中總共分為三部份實驗，第一部份利用大量未經處理之動物(naïve animal)進行測試，建立固定的標準訓練程序。此程序以訓練動物學習之方向可分為左側學習與右側學習兩種。實驗結果顯示，動物在往右側學習時，會呈現出學習曲線(p(naïve-R)< 0.0078)，但往左側學習時，並沒有如此顯著的情況(p(Naïve-L) = 0.1409)。此外，右側學習組的動物在第一次選擇的表現上，其方向的決定會自高比例選擇左側轉變為高比例選擇右側，然而往左側學習的動物則並表現出接近亂數選擇的情況。 第二部份實驗是對動物進行全端腦的破壞手術，並依照第一部份之標準程序進行訓練。實驗結果顯示經假手術處理的sham組動物，其左側或右側學習結果均和第一部份的結果相似。但雙側端腦遭破壞之lesion組動物，右側學習組的動物並沒有呈現出學習曲線，而左側學習組的動物表現出較快的速度游入目標區，但第一次在交接處進行選擇時，動物並沒有直接選擇向左。第三部份實驗是對動物的單側端腦進行破壞，並和第二部分一樣使用第一部份之標準程序進行訓練，藉此觀察比較動物的學習表現。結果顯示，右側端腦對右側方向的學習，扮演較左側端腦更加關鍵的角色。而左側端腦則可能與動物的情緒處理上較為相關。 近期文獻提出之斑馬魚腦側化現象中，認為右眼系統在斑馬魚決定是否咬取食物與辨識熟悉物體時較為優先；左眼系統的功能則在觀察陌生環境或是辨認新物體。本研究結果顯示，目標區域所在的位置，亦即動物為左側學習組或右側學習組，對於動物的學習表現有其一定的影響。而斑馬魚只有在右側學習時會呈現出較接近傳統學習的模式。我們推測，這樣的差別其原因為斑馬魚的端腦具有功能性腦側化現象，而在右側學習模式，斑馬魚右側的端腦扮演了較為重要的角色。