Кіріспе
Нейрондық діңгек жасушалары (НДЖ) - бұл өзін-өзі жаңартатын, көп қуатты жасушалар, олар ең алдымен радиалдық глиальды аталық жасушаларды тудырады, олар эмбрионалдық даму кезінде барлық жануарлардың жүйке жүйесінің нейрондарын және глиасын тудырады. Нейропрогениторлық діңгек жасушаларының кейбірі ересек омыртқалы жануарлар миының өте шектеулі аймақтарында сақталады және өмір бойы нейрондарды өндіруді жалғастырады. Орталық жүйке жүйесінің өлшемдеріндегі айырмашылықтар түрлер арасындағы ең маңызды айырмашылықтардың бірі болып табылады, сондықтан жүйкелік діңгек жасушалар бөлігінің көлемін реттейтін гендердегі мутациялар омыртқалылардың эволюциясының ең маңызды қозғаушы күші болып табылады. Стамбұрыш жасушалары бірнеше жасуша түріне бөлінетін қабілетімен сипатталады. Олар симметриялық немесе асимметриялық клеткалар екі қыз клеткаға бөлінеді. Симметриялық клеткалық бөлінуде екі қыз клетка да дің клеткалары болып табылады. Асимметриялық бөліну кезінде бір дің жасушасы бір дің жасушасын және бір мамандандырылған жасушаны түзеді. НКЖ негізінен нейрондар, астроциттер және олигодендроциттер болып бөлінеді.
Neural stem cells (NSCs) are self renewing, multipotent cells that firstly generate the radial glial progenitor cells that generate the neurons and glia of the nervous system of all animals during embryonic development. Some neural progenitor stem cells persist in highly restricted regions in the adult vertebrate brain and continue to produce neurons throughout life. Differences in the size of the central nervous system are among the most important distinctions between the species and thus mutations in the genes that regulate the size of the neural stem cell compartment are among the most important drivers of vertebrate evolution. Stem cells are characterized by their capacity to differentiate into multiple cell types. They undergo symmetric or asymmetric cell division into two daughter cells. In symmetric cell division, both daughter cells are also stem cells. In asymmetric division, a stem cell produces one stem cell and one specialized cell. NSCs primarily differentiate into neurons, astrocytes, and oligodendrocytes.
Мидың орналасуы
Ересектердің сүтқоректілерінің миында гиппокамптың тісті гирусындағы субгранулярлық аймақта, бүйірлік қарыншалар айналасындағы субвентрикулярлық аймақта және гипоталамуста (атап айтқанда, артқы α1, α2 аймақтарында және "гипоталамустың пролиферациялық аймағында, көршілес медиандық эминенцияда орналасқан) нейрондық түбір жасушалары бар екені мәлімделген.
In vivo шығу тегі
Сабақ жасушаларының негізгі екі түрі бар: ересек, дифференциациялану қабілеті шектеулі және көп қуатты және кез келген клетка түріне дифференциациялану қабілеті бар эмбрионалдық (ЭКЖ) Сабақ жасушалары. Нейрондар (RGP) эмбрионалдық дамудың белгілі бір кезеңінде нейрогенез процесі арқылы көп мөлшерде пайда болады және ересек өмірде ересек мидың шектеулі аймақтарында пайда болуын жалғастырады. Ересектердегі НСК-лар ересектердегі субвентрикулярлық аймақта (СВЗ), эмбриональды түйіршікті нейроэпителийдің қалдығы, сондай-ақ гиппокамптың тісті гирусы ішінде жаңа нейрондарға бөлінеді.
Қартаю
Нейроадамдық дің жасушаларының көбеюі қартаюдың салдарынан төмендейді. Жасқа байланысты бұл төмендеуді болдырмау үшін әртүрлі тәсілдер қолданылды. FOX ақуыздары нейролық діңгек жасушаларының гомеостазын реттейтіндіктен, FOX ақуыздары Wnt сигналын тежеу арқылы нейролық діңгек жасушаларын қорғау үшін пайдаланылады.
Функция
Эпидермалық өсу факторы (EGF) және фибробласттық өсу факторы (FGF) митогендер болып табылады, олар нейрондық аталық және дің жасушаларының өсуін vitro-да ынталандырады, бірақ нейрондық аталық және дің жасушаларының популяциялары синтездеген басқа факторлар да оңтайлы өсу үшін қажет. Нейрогенез ересектер миында НСК-дан пайда болады деп болжанады. Ересектердің миында НСК-ның шығу тегі мен сәйкестігі әлі анықталмаған.
Дифференциациялау кезінде
Ересектердегі NSC-дің ең кең таралған моделі радиалдық, глиалдық фибрилляциялық қышқыл ақуыз оң жасушасы болып табылады. Тынық түбір жасушалары - бұл В типті, олар қан тамырларынан, астроциттерден, микроглиядан, эпендимальды жасушалардан және мидың ішкі жасушалық матрицасынан тұратын арнайы нишалар арқылы қамтамасыз етілген жаңартылатын ұлпаның арқасында тынық күйде қала алады. Бұл нишалар ішкі тітіркендіргіштерге әсер етпейінше, тамыр жасушаларына азық, құрылымды қолдау және қорғау береді. Белсенділенгеннен кейін В типті жасушалар С типті жасушаларға, белсенді көбейетін аралық жасушаларға айналады, содан кейін олар А типті жасушалардан тұратын нейробластарға бөлінеді. Нейробластар тізбектеліп, бір жерден екінші жерге көшіп, жетіліп, нейронға айналады. Иіс сезу түйіршігінде олар ГАМК-ергілік түйіршік нейрондарына, ал гиппокампта тісті түйіршік жасушаларына жетіледі.
Эпигенетикалық өзгерістер
Эпигенетикалық өзгерістер нейроадамдық дің жасушаларын дифференциациялаудағы ген экспрессиясының маңызды реттеушілері болып табылады. Эпигенетикалық негізгі өзгерістерге 5 метилцитозин және 5 метилцитозин деметилденуін қалыптастыру үшін ДНК цитозин метилирлеуі жатады. Модификацияның бұл түрлері сүтқоректілердің дамуы мен ересектерінің миында жасуша тағдырын анықтау үшін өте маңызды. ДНК цитозин метилирлеуін ДНК метилтрансферазалары (DNMTs) катализациялайды. Метилцитозиннің деметилденуін бірнеше түрлі қадамда окистену реакцияларын жүргізетін TET ферменттері (мысалы, 5 метилцитозиннен 5 гидроксиметилцитозинге) және ДНК негізін кесу жөндеу (BER) жолының ферменттері катализдейді. Лазерлік зақымдану арқылы жүрек қабығының қабаттарын пайдаланып, Магави нейробластардың көшірілуі үшін маңызды молекула - Даблкортинді экспрессиялайтын SVZ нейрондық прогенеторларының зақымдану аймағына ұзақ аралықтарға көшіп, NeuN маркерін экспрессиялайтын жетілген нейрондарға дифференциацияланғанын көрсетті. Сонымен қатар Жапониядан келген Масато Накафуку тобы мысықтарда инсульт кезінде гиппокамптың дің жасушаларының рөлін алғаш рет көрсетті. Бұл нәтижелер NSC-тер жарақаттан кейін ересектердің миына әсер ететінін көрсетті. 2004 жылы Эван Снайдердің тобы NSC-тің мидағы ісіктерге бағытталып көшіп баратынын көрсетті. Гарвардтың доктор-директоры Джейме Имитола және оның әріптестері алғаш рет НСК-ның жарақаттануға реакциясының молекулалық механизмін көрсетті. Олар SDF 1a сияқты зақымдану кезінде шығарылатын хемокиндердің адам мен тышқанның НСК-ларының тышқанның зақымдану аймақтарына бағытталған көшіп кетуіне жауапты екенін көрсетті. Содан бері басқа молекулалардың да НЖК-ның жарақаттануға жауап беруіне қатысатыны анықталды. Бұл нәтижелердің барлығы Ричард Л. Сидманның классикалық еңбегіне қосылған басқа зерттеушілер кеңінен қайталап, кеңейтті. Ол авторадиографияда даму кезінде нейрогенезді және Джозеф Альтманның 1960-шы жылдары ересектердегі нейрогенезді бейнелеу үшін ересектердегі NSC белсенділігі мен нейрогенездің гомеостаз және жарақат кезінде жауаптарының дәлелі ретінде. Жарақат жағдайында жұмыс істейтін қосымша механизмдерді және олардың жедел және созылмалы ауру кезінде NSC-тің жауаптарына қалай әсер ететінін іздеу - бұл қарқынды зерттеу мәселесі.
Орталық жүйке жүйесінің регенеративтік терапиясы
Жасушалардың өлімі - бұл жедел орталық жүйке жүйесінің бұзылуының, сондай-ақ нейродегенеративті аурулардың ерекшелігі. Жасушалардың жоғалуы орталық жүйке жүйесінде жасушаларды ауыстыру және қалпына келтіру регенеративтік қабілетінің жоқтығынан күшейеді. Мұны болдырмаудың бір жолы - клетканы ауыстыру терапиясын регенеративті NSC арқылы қолдану. НКҚ-ны нейросфера ретінде ин витрода өсіруге болады. Бұл нейросфералар EGF және FGF сияқты өсу факторлары бар нейролық түбір жасушалардан және бас клеткалардан (NSPC) тұрады. Бұл өсу факторларының жойылуы мидың зақымдану орнына трансплантацияланатын нейрондар, астроциттер немесе олигодендроциттерге дифференциациясын белсендіреді. Бұл әдістің пайдасы Паркинсон, Хантингтон аурулары мен көпқабатты склероз ауруларында зерттелді. NSPC нейропротекция және иммуномодуляция қасиеттері арқылы нейрондық жөндеуді тудырады. Трансплантацияның кейбір ықтимал жолдары интрацеребральдық трансплантация мен ксенотрансплантация. Нейродегенеративті аурулар үшін зерттеулер барысында пайда болған тағы бір трансплантациялық терапия - бұл нейроағаш жасушалардың бағыттау индукциясы. НКЖ-ны тікелей трансплантациялау шектеулі және өмір сүру деңгейінің төмендігі мен иррационалды дифференциация салдарынан қиындықтарға тап болады. Бұл шектеулерді жеңу үшін NCS- ті тікелей индукциялау трансплантациядан бұрын NCS- тің дифференциациясын манипуляциялауды мақсат етеді. Қазіргі уақытта NSC-тер негізгі орталық жүйке жүйесі тіндерінен, плюрипотентті дің жасушаларының (PSC) дифференциациясынан және соматикалық жасушалардан трансдифференциациядан алынады. НКС-ті индукциялау соматикалық жасушалардан қайта бағдарламалауға болады. Сондықтан, бағытты индукция әртүрлі көздерден NSC алады және оларды қажетті нейрондық ұрпақ жасушаларына дифференциациялауға мәжбүрлейді. Бұл техниканың терапиялық қолданылуына мысал ретінде мидың ортаңғы жағындағы дофаминергиялық (DAergenic) нейрондарды ПД-ның әртүрлі модельдеріне мақсатты түрде саралауды қарастырамыз. NSPC трансплантациясының баламалы терапиялық әдісі - эндогенді NSPC- ді (eNSPC) фармакологиялық белсендіру. Белсенділенген eNSPC нейротрофтық факторларды тудырады, бірнеше емдеу әдістері серин қалдықтары бойынша STAT3 фосфорилирлеуін және одан кейінгі Hes3 экспрессиясының көтерілуін қамтитын жолды белсендіреді (STAT3 Ser/Hes3 сигнализация осьтері) нейрондық өлімге және аурудың прогрессиясына қарсы келеді.
Адамның орталық жүйке жүйесінің 3D in vitro модельдерін жасау
Адамның ми ортасындағы нейрондық клеткалар (hmNPC) нейросфераларға және нейрондық фенотиптерге әкелетін бірнеше нейрондық клеткалар желісін ажырату қабілетіне ие. hmNPC адам орталық жүйке жүйесінің 3D in vitro моделін жасауға пайдаланылуы мүмкін. ХмНПК-ны өсірудің екі жолы бар: жабысқақ моноқабат және нейросфералық өсіру жүйелері. Нейросфералық мәдениет жүйесі бұрын орталық жүйкелік тамыр жасушаларын оқшаулау және кеңейту үшін, оның hmNPC-терді сарысудағы бос орта жағдайында, сондай-ақ эпидермалық өсу факторы (EGF) және фибробласттық өсу факторы 2 (FGF2) бар жағдайда жинақтау және көбею қабілеті арқылы қолданылған. Бастапқыда hmNPC- лар оқшауланып, кеңейтілді, содан кейін 2D дифференциация жүргізілді, ол бір жасушалы суспензияны өндіру үшін пайдаланылды. Бұл бір жасушалы суспензия біркелкі агрегаттық өлшемдегі біртекті 3D құрылымына қол жеткізуге көмектесті. 3D агрегация нейросфераларды қалыптастырды, олар in vitro 3D орталық жүйке жүйесінің моделін қалыптастыру үшін пайдаланылды.
Биоактивті эшафодтар жарақаттанған ми жарақатын емдеу үшін
ТМЖ ми тінін деформациялауы мүмкін, ол некроздық бастапқы зақымдануға әкеледі, содан кейін экзитотоксикация, қабыну, ишемия және қан-мұғза кедергісінің бұзылуы сияқты қосалқы зақымдануды белсендіре алады. Зақымданудың деңгейі артады және ақыр соңында апоптозға немесе жасуша өліміне әкеледі. Қазіргі кездегі емдеу әдістері қан кетуді тұрақтандыру, бас сүйегі ішіндегі қысым мен қабынуды төмендету және проапоптоздық каскадтарды тежеу арқылы одан әрі зақымданудың алдын алуға бағытталған. ТМЖ зақымдануын қалпына келтіру үшін эмбриональды перивентрикулярлық аймақтан алынған НСК қолдануды қамтитын болашақ емдік нұсқа бар. Стенциалдық жасушаларды қолайлы 3 өлшемді, цитотоксикалық әсері аз ортада гидрогель түрінде өсіруге болады, бұл ТМК-мен ауыратын науқастарға инъекция кезінде NSC тіршілігін арттырады. Интрацеребралды инъекция жасалған, примді НСК- лар зақымдалған тінге көшіп, нейроқорғау факторларын бөліп шығаратын олигодендроциттерге немесе нейрондық жасушаларға бөлінеді.
Галектин-1 жүйкелік дің жасушаларында
Галектин 1 ересектердегі НСК- да экспрессияланады және жануарлар үлгілерінде неврологиялық ауруларды емдеуде физиологиялық рөлі бар екені дәлелденді. НСҚ-ны терапиялық емдеу ретінде пайдаланудың екі әдісі бар: 1) зақымдалған тінді ауыстыру үшін өсімділікті арттыру үшін ішкі НСҚ-ны ынталандыру және 2) НСҚ-ны жарақаттанған ми аймағына трансплантациялау, бұл НСҚ-ның тінді қалпына келтіруіне мүмкіндік беру үшін. Галектин 1 адамдағы NSC- ларды (hNSC) жұқтыру үшін лентивирусты векторларды қолданды, олар кейін зақымдалған тінге трансплантацияланды. hGal 1 hNSC тек hNSC трансплантациясына қарағанда жарақаттанған тіннің мидағы қалпына келуін және моторлық және сезімталдық тапшылықтарын азайтуды жылдамдатты. Бұл аталықтардың жалпы саны нейросфераның мөлшерін анықтайды және нәтижесінде әртүрлі нейросфералық популяциялардың ішіндегі сфераның мөлшеріндегі айырмашылықтар олардың нейроросфералық аталықтарының көбеюі, тіршілік етуі және / немесе дифференциациялау мәртебесіндегі өзгерістерді көрсете алады. Нейросфералық мәдениетте β1 интегралының жоғалуы β1 интегралы жетіспейтін дің жасушаларының жаңа нейросфералар құру қабілетіне айтарлықтай әсер етпейтіндігі туралы хабарланды, бірақ ол нейросфераның көлеміне әсер етеді: β1 интегралы жетіспейтін нейросфералар жасушалардың өлімінің артуына және көбеюінің төмендеуіне байланысты жалпы алғанда кішірек болды. Нейросфералық талдау нейролық діңгек және аталық жасушаларды оқшаулау, кеңейту және тіпті санау үшін таңдалған әдіс болғанмен, жақында бірнеше басылым нейросфералық мәдениет жүйесінің кейбір шектеулерін нейролық діңгек жасушаларының жиілігін анықтау әдісі ретінде атап көрсетті. Рейнольдспен бірлесіп STEMCELL Technologies компаниясы нейрондық дің жасушаларын өлшеу үшін нейрондық колонияны құрайтын жасуша (NCFC) деп аталатын коллагенге негізделген әдісті әзірледі. Бұл әдіс нейрондық діңгек және бас клеткаларды ажыратуға мүмкіндік береді.
Тарих
Нейрогенездің ересектердегі сүтқоректілердің миының кейбір аймақтарында пайда болатынын алғашқы дәлел ретінде Альтман мен Дас 1965 жылы жүргізген [3H] тимидинді таңбалау зерттеулерінен алынған. Бұл зерттеулер жас тышқандарда туғаннан кейінгі гиппокамп нейрогенезін көрсетті. 1989 жылы Салли Темпл мысық миының субвентрикулярлық аймағындағы (СВЗ) көп қуатты, өзін-өзі жаңартатын аталық және дің жасушаларын сипаттады. 1992 жылы Брент А. Рейнольдс пен Сэмюэл Вайс тұңғыш рет ересек мысықтардың ми тінінің нейрогендік аймақтарының бірі - SVZ-ді қоса алғанда, ересек стриальды тіннен нейрондық аталық және түбір жасушаларды оқшаулады. Сол жылы Констанс Сепко мен Эван Й. Снайдер тобы бірінші болып тышқанның мишасынан мультипотентті жасушаларды оқшаулап, оларды онкоген v myc-пен тұрақты түрде трансфекциялады. Бұл молекула - ересек емес түбір жасушаларды көп қуатты түбір жасушаларға қайта бағдарламалау үшін кеңінен қолданылатын гендердің бірі. Содан бері нейрондық бабасы мен дің жасушалары ересектердің орталық жүйке жүйесінің әртүрлі аймақтарынан, соның ішінде миы сияқты нейрогендік емес аймақтардан және адам сияқты әртүрлі түрлерден оқшауланды.