Wissenschaftler konvertieren menschliche hautzellen direkt in gehirnzellen


Wissenschaftler konvertieren menschliche hautzellen direkt in gehirnzellen

Durch die Freilegung von Hautzellen zu einer bestimmten Kombination von Zellprogrammiermolekülen gelang es Wissenschaftlern, sie in Gehirnzellen umzuwandeln, die sich wie native Zellen verhalten.

Menschliche Hautzellen (oben) können in mittlere Stacheln Neuronen (unten) mit der Exposition gegenüber der richtigen Kombination von microRNAs und Transkriptionsfaktoren, nach Arbeit von Andrew Yoo und Kollegen umgewandelt werden.

Bildnachweis: Yoo Lab

Die Studie ist ungewöhnlich, weil die Zellen im Gegensatz zu vielen Zellumwandlungstechniken nicht zuerst in eine Stammzellstufe zurückkehrten - sie wurden direkt in Gehirnzellen umgewandelt - so dass das Risiko der Herstellung vieler anderer Zelltypen vermieden wird.

Und die Studie ist einzigartig, denn das Team schaffte es, die Hautzellen neu zu programmieren, um eine bestimmte Art von Gehirnzelle anstelle einer Reihe von Gehirnzellen zu werden.

Schreiben in der Zeitschrift Neuron , Forscher von der Washington University School of Medicine in St. Louis (WUSTL), MO, berichten, wie sie eine bestimmte Kombination von microRNAs und Transkriptionsfaktoren verwendet, um die Hautzellen in eine bestimmte Art von Hirnzelle, die als mittelstachelige Neuronen bekannt ist, neu zu programmieren.

Die mittelschweren Neuronen, die sie produzierten - die mindestens 6 Monate nach der Injektion in die Gehirne von Mäusen überlebten - sind wichtig für die Kontrolle der Bewegung und sind die Hauptart, die bei der Huntington-Krankheit betroffen ist.

Huntington-Krankheit ist eine erbliche genetische Krankheit, die unfreiwillige Bewegungen und allmählichen Abfall der geistigen Fähigkeit verursacht. Patienten mit der Krankheit - die gewöhnlich im mittleren Alter beginnt - können 20 Jahre nach Beginn der Symptome leben, obwohl diese allmählich schlechter werden.

Konvertierte Zellen zeigten Eigenschaften von nativen Zellen

Senior-Autor Dr. Andrew S. Yoo, Assistent Professor für Entwicklungsbiologie bei WUSTL, sagt nicht nur die neuen Zellen überleben in der Maus Gehirn, aber sie zeigten auch Eigenschaften ähnlich wie native Zellen:

Diese Zellen sind bekannt, um Projektionen in bestimmte Hirnregionen zu verlängern. Und wir fanden die menschlichen transplantierten Zellen auch mit diesen entfernten Targets im Maus-Gehirn verbunden. Das ist ein wichtiger Punkt für dieses Papier."

Weil sie erwachsene menschliche Hautzellen in der Studie - und nicht Mauszellen oder menschliche Zellen in einem früheren Entwicklungsstadium - das Team glaubt, dass die Arbeit zeigt das Potenzial für die Verwendung von Patienten eigenen Zellen in der regenerativen Medizin. Dies ist wichtig, weil Therapien leicht verfügbare Zellen verwenden und auch das Problem der Immunabstoßung vermeiden können.

Für ihre Studie kultivierten Dr. Yoo und Kollegen die Hautzellen in einer Umgebung, die die von Gehirnzellen nachahmt. In früheren Arbeiten hatten sie bereits entdeckt, dass die Freisetzung von Hautzellen zu zwei kleinen RNA-Molekülen namens miR-9 und miR-124 sie in verschiedene Arten von Gehirnzellen verwandeln können.

Obwohl sie immer noch versuchen, genau zu erarbeiten, was passiert, glaubt das Team, dass die beiden kleinen RNA-Moleküle die eng gepackte DNA in den Zellen öffnen, die Anweisungen für die Herstellung von Gehirnzellen enthält, so dass die Gene, die ihrer Entwicklung und ihrer Funktion besonders eingeschaltet sind.

Nachdem bewiesen wurde, dass die Exposition gegenüber diesen kleinen RNA-Molekülen Hautzellen in eine Mischung von Gehirnzellen umwandelt, begann das Team mit der Feinabstimmung der chemischen Signale. Sie taten dies durch das Hinzufügen von Molekülen namens Transkriptionsfaktoren, die sie bereits wussten, waren in dem Teil des Gehirns vorhanden, wo mittlere stachelige Neuronen reichlich vorhanden sind.

Transkriptionsfaktoren führen die Zellen zu einem bestimmten Typ

Co-First-Autor Matheus B. Victor, ein Student der Studierenden in Neurowissenschaften, sagt, sie glauben, dass die kleinen RNA-Moleküle "das schwere Heben machen" und:

Sie beruhigen die Hautzellen, um Neuronen zu werden. Die Transkriptionsfaktoren, die wir hinzufügen, führen dann die Hautzellen zu einem spezifischen Subtyp, in diesem Fall mittelstacheligen Neuronen. Wir denken, dass wir verschiedene Arten von Neuronen produzieren könnten, indem wir verschiedene Transkriptionsfaktoren ausschalten."

Das Team zeigte auch, dass, wenn die Hautzellen den Transkriptionsfaktoren allein ausgesetzt sind, ohne die kleinen RNA-Moleküle die Hautzellen nicht erfolgreich umwandeln.

Das Team führte auch umfangreiche Tests durch, um die neuen Gehirnzellen zu zeigen, die das Markenzeichen der nativen mittelstacheligen Neuronen hatten. Sie haben die richtigen Gene für ihren spezifischen Typ ausgedrückt und haben keine Gene für andere Arten von Neuronen exprimiert.

Und wenn sie in die Gehirne von Mäusen verpflanzt wurden, sahen die umgebauten Zellen wie native mittelschwere Neuronen aus und verhielten sich wie sie.

Das Team benutzt jetzt Hautzellen von Patienten mit Huntington-Krankheit und verwandelt sie in mittelstachelige Neuronen mit ihrem neuen Ansatz. Sie planen auch, die Zellen in Mäuse mit der Krankheit zu injizieren.

Die Studie wurde von verschiedenen Gremien, darunter die National Institutes of Health (NIH) finanziert.

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