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新亨廷顿氏病干细胞模型

华盛顿大学圣路易斯医学院的科学家们将亨廷顿病患者的皮肤细胞转化为受这种疾病影响的脑细胞类型。据研究人员称,由此产生的神经元质量可作为研究退行性和最终致命神经系统疾病的新工具。

这项研究发表在2月5日的“自然神经科学”杂志上,研究显示患者的神经细胞 - 直接从患者的皮肤细胞中转化 - 表现出这种疾病的“症状”,包括DNA损伤,线粒体功能失调和细胞死亡。纠正这些重编程神经元中的功能失常基因可以防止亨廷顿病特有的细胞死亡,这是一种遗传性遗传疾病,可导致认知能力下降和不自主的肌肉运动。症状通常出现在患有该疾病的人中,当他们年龄在30到50岁之间并且随着时间的推移而稳定地恶化。平均而言,患者在症状开始后存活约20年。

进一步阅读:亨廷顿神经元显示出奇怪的表型“这是一个强有力的工具,可以调查特定脑细胞与疾病相关突变随着时间推移而生病并最终死亡的原因,”资深作者,发育生物学助理教授Andrew S. Yoo博士说。“从理论上讲,我们可以通过重新编程来自各个年龄段患者的皮肤细胞来模拟疾病的进展,包括在症状开始之前。如果有可能帮助这些患者的药物或化合物,我们可以先在这个系统中对它们进行测试。“

亨廷顿病和其他遗传性脑病对研究具有挑战性,因为很难从活着的患者身上获取神经元样本。寻求下一个最好的事情,科学家已经找到了将皮肤细胞转化为脑细胞的方法。

皮肤细胞很容易从患者身上收集,并与脑细胞共享相同的基因蓝图和致病突变。研究人员,包括第一作者,博士后研究员Matheus Victor博士,开始研究能够模仿成年患者的神经元,以模拟亨廷顿病的发病和进展。他们通过他们开发的直接转换方法实现了这一目标。

该方法允许皮肤细胞在被重编程为神经元时绕过干细胞阶段。通过干细胞阶段将发育时钟重置为胚胎状态,消除疾病与年龄相关的影响。但Yoo及其同事表示,直接重编程的神经元可以保留其年龄,以及与成人发病的亨廷顿氏病相关的问题。

在直接重编程中,研究人员将成人皮肤细胞暴露于特定的信号分子混合物中,科学家们过去的研究发现这些细胞可以将健康的皮肤细胞直接转化为一种称为中型多刺神经元的脑细胞,并且没有中间步骤。这种信号混合物重新包装DNA,折叠皮肤细胞的指令并展开神经元的指令。在该方法中,所得到的重编程的中型多刺神经元保留患者的实际年龄,以及该疾病的年龄相关症状。

虽然其他神经细胞类型受到影响,但中型多刺神经元承受亨廷顿氏病引起的损伤。导致这种疾病的遗传错误导致一种关键的蛋白质亨廷顿变形,并且不能正常运作。结果,故障蛋白质积聚,并且通过一些未知的事件,最终杀死细胞。由于神经元死亡可以在直接重编程的患者神经元中重现,Yoo说这种新技术提供了一种方法来研究潜在疗法(包括目前正在临床试验中测试的药物)如何拯救中型多刺神经元免于死亡的细节。

Yoo和他的同事们专注于了解疾病如何导致细胞死亡的细节,确定了另一种重要的蛋白质。这种叫做SP9的蛋白质对正常的中型多刺神经元很重要,但之前并没有与亨廷顿氏病有关。研究人员发现,来自亨廷顿病患者的转化培养基多刺神经元的SP9明显减少。他们进行了一项实验,在该实验中,他们将SP9回馈给患病细胞,并发现将这种蛋白质返回到患病神经元可将细胞死亡率降低至与健康对照细胞相似的水平。

“我们希望了解疾病进展随着时间推移的原因,”Yoo说。“大多数神经退行性疾病随着时间的推移而恶化,因此这种建模方法可能适用于其他疾病。这种技术使我们能够在疾病进展的不同时刻捕捉疾病的特征。这对于了解正在发生的事情并找到阻止它的方法非常重要。“

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