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Wissenschaftler wandeln menschliche Hautzellen direkt in Gehirnzellen um
Indem die Hautzellen einer bestimmten Kombination von Zell-Programmiermolekülen ausgesetzt wurden, gelang es Wissenschaftlern, sie in Gehirnzellen umzuwandeln, die sich wie native Zellen verhalten.
Menschliche Hautzellen (oben) können nach der Arbeit von Andrew Yoo und Kollegen in medium-stachelige Neuronen (unten) mit Exposition gegenüber der richtigen Kombination von microRNAs und Transkriptionsfaktoren umgewandelt werden.
Bildnachweis: Yoo Lab
Die Studie ist ungewöhnlich, weil die Zellen im Gegensatz zu vielen Zellkonversionstechniken nicht zuerst zu einem Stammzellenstadium zurückkehrten - sie wandelten sich direkt in Gehirnzellen um - und vermieden so das Risiko, viele andere Zelltypen zu produzieren.
Und die Studie ist einzigartig, weil es dem Team gelungen ist, die Hautzellen zu einer bestimmten Art von Gehirnzellen umzuprogrammieren statt zu einer Reihe von Gehirnzellen.
Im Tagebuch schreiben NeuronForscher der Washington University School of Medicine in St. Louis (WUSTL), MO, berichten, wie sie eine bestimmte Kombination von microRNAs und Transkriptionsfaktoren verwendeten, um die Hautzellen in eine bestimmte Art von Gehirnzellen umzuwandeln, die als medium-stachelige Neuronen bekannt sind.
Die mittelgroßen stacheligen Neuronen, die sie produzierten - die mindestens 6 Monate nach der Injektion in die Gehirne von Mäusen überlebten - sind wichtig für die Bewegungskontrolle und sind der Haupttyp bei der Huntington-Krankheit.
Die Huntington-Krankheit ist eine Erbkrankheit, die unwillkürliche Bewegungen und einen allmählichen Rückgang der geistigen Fähigkeiten verursacht. Patienten mit der Krankheit - die normalerweise im mittleren Alter beginnt - können nach Beginn der Symptome 20 Jahre lang leben, obwohl diese allmählich schlechter werden.
Konvertierte Zellen zeigten Eigenschaften von nativen Zellen
Senior-Autor Dr. Andrew S. Yoo, Assistenzprofessor für Entwicklungsbiologie an der WUSTL, sagt, die neuen Zellen überlebten nicht nur im Gehirn der Maus, sondern zeigten auch ähnliche Eigenschaften wie native Zellen:
"Diese Zellen sind dafür bekannt, Projektionen in bestimmte Hirnregionen zu projizieren. Und wir fanden, dass die menschlichen transplantierten Zellen auch mit diesen entfernten Zielen im Gehirn der Maus verbunden sind. Das ist ein Meilenstein in dieser Arbeit."
Da in der Studie adulte humane Hautzellen - und nicht Mauszellen oder menschliche Zellen in einem früheren Entwicklungsstadium - verwendet wurden, ist das Team der Ansicht, dass die Arbeit das Potenzial für den Einsatz patienteneigener Zellen in der regenerativen Medizin zeigt. Dies ist wichtig, da 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 Hautzellen, die zwei kleinen RNA-Molekülen namens miR-9 und miR-124 ausgesetzt sind, sie in verschiedene Arten von Gehirnzellen verwandeln können.
Obwohl sie immer noch versuchen herauszufinden, was genau passiert, glaubt das Team, dass die zwei kleinen RNA-Moleküle die dicht gepackte DNA in den Zellen öffnen, die Anweisungen für die Herstellung von Gehirnzellen enthält, wodurch die für ihre Entwicklung und Funktion spezifischen Gene eingeschaltet werden können.
Nachdem gezeigt wurde, dass die Exposition gegenüber diesen kleinen RNA-Molekülen die Hautzellen in eine Mischung aus Gehirnzellen umwandelt, begann das Team mit der Feinabstimmung der chemischen Signale. Sie taten dies, indem sie Moleküle, sogenannte Transkriptionsfaktoren, hinzufügten, von denen sie bereits wussten, dass sie in dem Teil des Gehirns vorhanden sind, in dem mittelgroße stachelige Neuronen reichlich vorhanden sind.
Transkriptionsfaktoren führen die Zellen zu einem spezifischen Typ
Co-Erstautor Matheus B. Victor, ein Doktorand in Neurowissenschaften, sagt, dass sie glauben, dass die kleinen RNA-Moleküle "die Schwerarbeit machen" und:
"Sie bereiten die Hautzellen zu Neuronen vor. Die von uns hinzugefügten Transkriptionsfaktoren leiten die Hautzellen zu einem spezifischen Subtyp, in diesem Fall zu mittelgroßen stacheligen Neuronen. Wir denken, wir könnten verschiedene Arten von Neuronen produzieren, indem wir verschiedene Transkriptionsfaktoren ausschalten. "
Das Team zeigte auch, dass, wenn die Hautzellen allein den Transkriptionsfaktoren ausgesetzt sind, ohne die kleinen RNA-Moleküle, die Hautzellen nicht erfolgreich konvertieren.
Das Team führte auch umfangreiche Tests durch, um zu zeigen, dass die neuen Gehirnzellen die Merkmale von nativen stacheligen Nervenzellen aufweisen. Sie exprimierten die richtigen Gene für ihren spezifischen Typ und exprimierten keine Gene für andere Arten von Neuronen.
Und wenn sie in die Gehirne von Mäusen transplantiert wurden, sahen die umgewandelten Zellen wie native mittlere stachelige Neuronen aus und verhielten sich wie diese.
Das Team verwendet nun Hautzellen von Patienten mit Huntington-Krankheit und wandelt sie mithilfe ihres neuen Ansatzes in mittelgroße stachelige Neuronen um. Sie planen auch, die Zellen in Mäuse mit der Krankheit zu injizieren.
Die Studie wurde von verschiedenen Einrichtungen finanziert, darunter von den National Institutes of Health (NIH).
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