人類皮膚細胞可直接轉化為運動神經元

原創編譯，轉載請註明來源！

科學家們發現一種將皮膚細胞直接轉化為運動神經元（如上圖）的新方法。這項由華盛頓大學醫學院開發的技術可以幫助研究人員更好地理解運動神經元相關疾病，比如肌萎縮性脊髓側索硬化症。因為無法從活體人類身上獲取樣本，所以很難對運動神經元進行研究。上圖的運動神經元是由一位42歲健康女性的皮膚細胞轉化而來。

研究神經退行性疾病新療法的科學家們一直受困於無法在實驗室中培養人類運動神經元。運動神經元驅動肌肉收縮，一旦受損將會導致嚴重的疾病，比如肌萎縮性脊髓側索硬化症和脊肌萎縮症，這兩種疾病都會最終導致人體癱瘓甚至早亡。

在這項新研究中，聖路易斯華盛頓大學醫學院的科學家們將健康成年人的皮膚細胞直接轉化成為運動神經元，中間沒有經歷幹細胞狀態。

這項技術使得在實驗室中研究人類中樞神經系統運動神經元成為可能。與小鼠運動神經元不同，在實驗室中培養人類運動神經元將成為一種新工具。儘管科學家們無法從活體人類身上提取運動神經元樣本，但是卻可以輕易地獲取皮膚樣本。

該研究於9月7日發表在《Cell Stem Cell》期刊上。

避免幹細胞階段不僅可以消除由多能幹細胞帶來的諸多倫理問題，還能夠使得生成的運動神經元保持原始皮膚細胞的年齡，也就是患者的年齡。在研究神經退行性疾病時，維持這些細胞的實足年齡非常重要，神經退行性疾病會出現在不同的年齡，而且會隨著時間惡化。

AndrewS. Yoo博士是發育生物學助理教授，他說：「在該研究中，我們只使用了年齡在20-60歲之間的健康成年人皮膚細胞。該研究揭示出，小RNA分子能夠與其他細胞信號（轉錄因子）協同作用生成特定種類的神經元，比如運動神經元。在未來，我們將會研究運動神經元疾病患者的皮膚細胞。我們的這種轉化過程可以利用從患者身上獲取的神經元來模擬疾病的遲發性情況。」

Yoo說：「回到多能幹細胞階段有點像拆掉一個房子然後再重新建。而我們的做法更像翻修，我們改變了其內部形態但是卻保留了最初的結構，它保留了我們想要研究的成人神經元的特徵。」

將人類皮膚細胞轉化為其他種類細胞（比如神經元）可以增進人們對疾病的理解，幫助人們找到新方法來治癒受損組織和器官，這一領域被稱為再生醫學。

為了將皮膚細胞轉化為運動神經元，研究人員使皮膚細胞接觸分子信號，這種分子信號通常在大腦中的含量很高。Yoo博士和他同事在斯坦福大學的工作表明，人類皮膚細胞受兩個微小RNA小分子片段刺激後可轉換為神經元。這兩種微小RNA（miR-9 和miR-124）參與細胞遺傳指令的重新包裝。

在這項新研究中，研究人員對這個重新包裝過程進行了廣泛的研究，詳細地描述了皮膚細胞被重編程為通用神經元，之後再誘導特定種類神經元的整個過程。他們發現，參與這一過程的基因一直處於備表達狀態，直到遇到正確調控因子組合基因表達才被開啟。研究人員使用多種分子與基因進行結合，經歷了大量實驗之後，他們發現，將兩種信號（名為ISL1和LHX3的轉錄因子）加入混合物中，會使皮膚細胞在大約30天內轉化為脊髓運動神經元。

這些信號的結合（微小RNA miR-9 和miR-124加上轉錄因子ISL1 和LHX3）可令細胞關閉形成皮膚細胞的基因指令，並開啟生成運動神經元的基因指令。該研究的參與者還有論文的共同第一作者DanielG. Abernathy、博士後Matthew J. McCoy、博士後研究員WooKyung Kim。

Yoo博士在先前的研究中曾表明，miR-9 和miR-124，與不同的轉錄因子組合後，可以促使皮膚細胞轉化為不同類型的神經元。例如，皮膚細胞可轉化為紋狀體帶刺神經元。患有遺傳性疾病亨廷頓氏舞蹈病的病人就是由於紋狀體帶刺神經元受損，在中年時會出現無意識肌肉運動和認知衰退。該研究成果對亨廷頓氏舞蹈病的治療提供了科學依據。

在這項新研究中，研究人員提到，由皮膚細胞轉化而來運動神經元比正常的小鼠運動神經元更有利，因為我們可以操控基因的開啟與關閉並研究它們是如何發揮作用的。但是科學家們仍不確定這種轉化的神經元與人類運動神經元是否完全一致，畢竟研究者無法採集正常人的運動神經元樣本。未來我們將利用患者死後捐獻的神經元樣本進行研究，以確定這些轉化神經元與人類運動神經元的功能相似度。

中國生物技術網誠邀生物領域科學家在我們的平台上，發表和介紹國內外原創的科研成果。

本公眾號由中國科學院微生物研究所信息中心承辦

微信公眾號：中國生物技術網

點擊展開全文

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！