เรื่องเพศ: การมีส่วนร่วมเฉพาะของ gamete ของ microRNA หลังจากผู้ปกครองได้รับภาวะขาดออกซิเจนใน zebrafish (2023)

การเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นของออกซิเจนเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมทางน้ำส่วนใหญ่ของโลกโดยมีระยะเวลาและความรุนแรงต่างกัน ตั้งแต่ภาวะขาดออกซิเจนไปจนถึงภาวะขาดออกซิเจน และแม้แต่ภาวะขาดออกซิเจนมากเกินไป (Mandic and Regan, 2018) ความพร้อมใช้ของออกซิเจนในระบบเหล่านี้ได้รับผลกระทบจากอิทธิพลทางธรรมชาติและของมนุษย์ ซึ่งนำมาซึ่งการตอบสนองและการปรับตัวของสัตว์น้ำที่มีอยู่มากมาย (Hochachka และ Somero, 2002) การปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่เป็นพิษและขาดออกซิเจนมีตั้งแต่พันธุกรรมไปจนถึงการตอบสนองทางเมตาบอลิซึม การหายใจ และพฤติกรรม (Anjos and Oliveira, 2008; Heinrichs-Caldas et al., 2019) และแตกต่างกันไปตามความเข้มและระยะเวลาของการได้รับสัมผัส ซึ่งสามารถกระตุ้น การตอบสนองที่ปรับตัวต่างกัน มีการใช้กลยุทธ์ทางสรีรวิทยาที่แตกต่างกันเพื่อรับมือกับภาวะขาดออกซิเจนอย่างต่อเนื่องและไม่สม่ำเสมอ ปลาคิลลิฟิช (Fundus heteroclitus) เมื่อสัมผัสกับภาวะขาดออกซิเจน O วิกฤตจะลดลง₂ความตึงเครียด การพักผ่อน O₂อัตราสิ้นเปลือง และลด O₂ความเข้มข้นที่สูญเสียสมดุล (Borowiec et al., 2015) นอกจากนี้ ปลาคิลลิฟิชยังแสดงการควบคุมสรีรวิทยาของไมโทคอนเดรียผ่านการผลิตรีแอคทีฟออกซิเจน (ROS) ที่ลดลง หลังจากที่ร่างกายเคยชินกับภาวะขาดออกซิเจน เพื่อเพิ่มความทนทานต่อการขาดออกซิเจน (Borowiec et al., 2015) เมื่อสัมผัสกับภาวะขาดออกซิเจนอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 30 วันสไปนิบาร์บัส ไซเนนซิสเพิ่มความทนทานต่อภาวะขาดออกซิเจนโดยการลดพี_{โอทูคริต}(ความตึงเครียดของออกซิเจนโดยรอบซึ่งปลาไม่สามารถรักษาการหายใจแบบใช้ออกซิเจนได้อีกต่อไป) แสดงให้เห็นว่าการปรับตัวให้ชินกับสภาพที่ขาดออกซิเจนอาจเป็นประโยชน์ต่อการเจริญเติบโตของสายพันธุ์นี้ (Dan, 2014) ปลาทอง (ปิดทอง Carassius) ได้รับการแสดงเพื่อเพิ่มความทนทานต่อภาวะขาดออกซิเจนเมื่อสัมผัสทั้งภาวะขาดออกซิเจนและการออกกำลังกายอย่างต่อเนื่อง โดยการลดพี_{โอทูคริต}, เพิ่มพื้นที่ผิวแผ่นเหงือก และเพิ่มความเข้มข้นของฮีโมโกลบินในเม็ดเลือดแดง (Fu et al., 2011) ความแตกต่างของความทนทานต่อภาวะขาดออกซิเจนอาจเกี่ยวข้องกับการตอบสนองเฉพาะทางเพศ ปลาม้าลายเพศผู้ หลังจาก 48 ชั่วโมงในภาวะขาดออกซิเจน (10% O₂ระดับ) เพิ่มความทนทานต่อภาวะขาดออกซิเจนได้ 9 เท่า ในขณะที่ผู้หญิงในสภาวะเดียวกันเพิ่มขึ้นเพียง 3 เท่า ซึ่งแสดงให้เห็นอย่างมีประสิทธิภาพว่ามีการตอบสนองต่อการปรับตัวให้ชินกับภาวะขาดออกซิเจนเฉพาะเพศและความอดทน (Rees et al., n.d.) Ho และ Burggren (2012) แสดงให้เห็นว่าหลังจากได้รับ zebrafish F₀ถึงสองสัปดาห์ในภาวะขาดออกซิเจน F₁ตัวอ่อนพัฒนาความทนทานต่อภาวะขาดออกซิเจนสูงขึ้น โดยมีเวลาเพิ่มขึ้นในการสูญเสียสมดุลในภาวะขาดออกซิเจน แม้ว่าจะไม่ได้มีการสำรวจการมีส่วนร่วมเฉพาะของเพศชายหรือเพศหญิงต่อการตอบสนองทางฟีโนไทป์เหล่านี้ เมื่อรวมการศึกษาเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าการปรับตัวให้ชินกับภาวะขาดออกซิเจนทำให้เกิดการตอบสนองทางชีวเคมีและสรีรวิทยาเฉพาะเพศที่แตกต่างกัน ซึ่งแตกต่างกันไปตามความรุนแรงและระยะเวลาของการขาดออกซิเจน

การปรับตัวทางชีวเคมีและสรีรวิทยาส่วนใหญ่ต่อภาวะขาดออกซิเจนถูกควบคุมโดยการตอบสนองของการถอดรหัส โดยมีปัจจัยที่เหนี่ยวนำให้เกิดภาวะขาดออกซิเจน-1 (HIF-1) เป็นปัจจัยหลักในการรักษา O₂สภาวะสมดุล (Semenza 2001) HIF-1 เป็น heterodimer ที่ประกอบด้วยสองหน่วยย่อย (α และ β) ที่จับกับตำแหน่งเฉพาะใน DNA เพื่อเร่งการถอดรหัสของยีนที่ควบคุมออกซิเจน (Semenza, 2000) และควบคุมการตอบสนองของเซลล์ต่อภาวะขาดออกซิเจนผ่านการกระตุ้นของยีน เช่นผัก(vascular endothelial growth factor) เพื่อกระตุ้นการสร้างเส้นเลือดใหม่ (Shweiki et al., 1992) นอกจากนี้ สองหน่วยย่อยไฮฟ-1αและไฮฟ์-2αได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความสำคัญในการพัฒนาสัตว์และการควบคุมเซลล์ของ O₂สภาวะสมดุล (Iyer et al., n.d.; Compernole et al. 2002) ในปลา HIF-1αมีบทบาทสำคัญในการตอบสนองการช่วยหายใจแบบขาดออกซิเจนในระยะตัวอ่อนระยะแรกของปลาเซเบราฟิชซึ่งน่าจะมีส่วนช่วยในการลด O วิกฤต₂(แมนดิก et al., 2020). ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา ปลาเซบีริชที่สัมผัสกับภาวะขาดออกซิเจน 4 ชั่วโมงจะเพิ่มขึ้นhsp70aการแสดงออกของยีนซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นมาตรการป้องกันความเครียดนี้ได้ (Levesque et al., 2019) สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่า HIF-1,ผัก, และhsp70มีความสำคัญในการพัฒนาประวัติชีวิตในวัยเด็กและการตอบสนองต่อภาวะขาดออกซิเจน แม้ว่ามีข้อมูลเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับการมีส่วนร่วมของผู้ปกครองในการถอดเสียงเหล่านี้ต่อตัวอ่อนที่กำลังพัฒนา

อีกปัจจัยหนึ่งที่ยังไม่ได้สำรวจคือการกระทำของ microRNAs (miRNAs) ภายใต้ภาวะขาดออกซิเจนและความสามารถในการเป็นตัวปรับการแสดงออกของยีน MiRNAs เป็นคลาส RNA ที่ไม่เข้ารหัสซึ่งประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 17–22 ตัวในความยาวและทำหน้าที่เป็นตัวดัดแปลง epigenetic ซึ่งส่งผลต่อระดับโปรตีนของ mRNA เป้าหมายโดยไม่ต้องแก้ไขลำดับยีน (Yao et al., 2019) กฎระเบียบโดย miRNAs สามารถทำหน้าที่เป็นตัวยับยั้งการแปล RNA ของ messenger (mRNA) (Bizuayehu และ Babiak, 2014) และกฎระเบียบนี้เกิดขึ้นโดยการเสนอราคา miRNA กับ mRNA เป้าหมาย ซึ่งสามารถปิดกั้นการแปลหรือส่งสัญญาณการย่อยสลายของ mRNA ในกระบวนการควบคุม miRNA หนึ่งตัวสามารถกำหนดเป้าหมาย mRNA หลายร้อยตัว และ miRNA หลายตัวสามารถกำหนดเป้าหมาย mRNA หนึ่งตัว (Bartel, 2009) ภายใต้ภาวะขาดออกซิเจน miRNAs บางตัวเป็นที่รู้จักกันดีในหน้าที่และมีลักษณะเป็น hypoxamiRs (Nallamshetty et al., 2013) miRNAs เหล่านี้ถูกกระตุ้นเพื่อตอบสนองต่อออกซิเจนต่ำและกลไกปัจจัยกระตุ้นการขาดออกซิเจน และทำหน้าที่เป็นสัญญาณโปรอะพอพโทซิส กระตุ้นการสร้างโปรแกรมเมตาบอลิซึม การสร้างเส้นเลือดใหม่ และการปรับตัวของเซลล์อื่นๆ ต่อภาวะขาดออกซิเจน (Pocock, 2011; Nallamshetty et al., 2013; Bizuayehu และ Babiak, 2014)

MiRNAs ยังมีหน้าที่ในการพัฒนาสัตว์และแสดงผลการข้ามรุ่น (Luu et al., 2021) แม้ว่ากลไกดังกล่าวจะยังไม่ชัดเจน แต่การที่พ่อสัมผัสกับปัจจัยกดดันจากสิ่งแวดล้อมต่างๆ จะกระตุ้นการสร้าง epigenetic ในเซลล์สืบพันธุ์ รวมถึง miRNAs ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อรุ่นต่อๆ ไป (Rodgers et al., 2015) การเปลี่ยนแปลง Epigenetic สามารถคงอยู่ได้อย่างน้อยหนึ่งชั่วอายุคน และสามารถคงอยู่ได้แม้ไม่มีตัวสร้างความเครียดอีกต่อไป ซึ่งขึ้นอยู่กับตัวสร้างความเครียดจากสิ่งแวดล้อมที่กำลังศึกษาอยู่ (Casier et al., 2019) ในระหว่างการพัฒนา การศึกษาแสดงให้เห็นว่า miRNAs มีความจำเป็นสำหรับการพัฒนาตามปกติ การขาด miRNAs ที่โตเต็มที่ในเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนของหนูทำให้เซลล์บกพร่องจากการแยกความแตกต่างสดและในหลอดทดลอง(คาเนลโลปูลู, 2548). ปลาม้าลาย (เดนมาร์ก เรริโอ) ขาด Dicer1 ซึ่งเป็นเอ็นไซม์ประมวลผล miRNA หยุดการพัฒนา ซึ่งแสดงให้เห็นว่า miRNAs มีความสำคัญต่อการพัฒนาสปีชีส์นี้อย่างไร (Wienholds et al., 2003) Zebrafish ตัวผู้ที่สัมผัสกับสารเตือนของมันเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของ RNA ที่ไม่ได้เข้ารหัสขนาดเล็กหลายตัวในสเปิร์มมาโตซัว (Ord et al., 2020) ดังนั้น miRNAs สามารถสืบทอดและมีบทบาทสำคัญในการพัฒนา แม้ว่าแหล่งที่มาเฉพาะของ miRNA ไม่ว่าจะเป็นสเปิร์มหรือไข่ยังไม่ได้มีการสำรวจในปลา

เมื่อรู้ว่าการสัมผัสกับภาวะขาดออกซิเจนจะเปลี่ยนแปลงช่องแคบฟีโนไทป์ และลักษณะเหล่านี้อาจถูกควบคุมโดยกฎระเบียบทางพันธุกรรมและ epigenetic วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้คือเพื่อตรวจสอบการแสดงออกของ miRNA ที่เกี่ยวข้องกับการขาดออกซิเจนใน F₁zebrafish หนึ่งชั่วโมงหลังการปฏิสนธิ (1hpf) หลังจากตัวผู้หรือตัวเมีย F₀ปลาขาดออกซิเจนสองสัปดาห์ สิ่งนี้ช่วยให้เราเข้าใจอิทธิพลของบิดาและมารดาเฉพาะเพศที่มีต่อการแสดงออกของ miRNA ใน F₁ตัวอ่อนและจากการวิเคราะห์ทางชีวสารสนเทศของ miRNA:mRNA ที่คาดการณ์ได้ ว่ามันอาจมีอิทธิพลต่อการตอบสนองทางฟีโนไทป์ต่อภาวะขาดออกซิเจนในการพัฒนาตัวอ่อนเซเบฟิชได้อย่างไร