مقالة منهجية

النماذج الخلوية والحيوانية الصغيرة للأمراض التنكسية العصبية

2.1K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/64542

⸱

أغسطس 17, 2022

 , 

في هذه المقالة

الملخص

المقالات التي تمت مناقشتها:

Dhingra, A. et al. الإنتاج الآلي للخلايا العصبية القشرية والدوبامين المشتقة من الخلايا الجذعية متعددة القدرات التي يسببها الإنسان مع مراقبة متكاملة للخلايا الحية. مجلة التجارب المرئية. (162) (2020).

بانكروفت ، إي إيه ، سرينيفاسان ، ر. القياس الكمي لتدفقات Ca2 + العفوية وآثارها النهائية في الخلايا العصبية الأولية للدماغ المتوسط للفأر. مجلة التجارب المرئية. (163) (2020).

Sidisky ، J. M. ، Babcock ، D. T. تصور التنكس المشبكي في ذبابة الفاكهة البالغة بالاشتراك مع التنكس العصبي. مجلة التجارب المرئية. (159) (2020).

باباندريو ، إم إي ، باليكاراس ، ك. ، تافيرناراكيس ، ن. تقييم معدلات تخليق البروتين من جديد في Caenorhabditis elegans. مجلة التجارب المرئية. (163) (2020).

Palikaras, K., Tavernarakis, N. نمذجة الأمراض التنكسية العصبية المرتبطة بالعمر في Caenorhabditis elegans. مجلة التجارب المرئية. (162) (2020).

افتتاحية

الأمراض التنكسية العصبية بما في ذلك مرض الزهايمر ومرض باركنسون ومرض هنتنغتون والتصلب الجانبي الضموري والخرف الجبهي الصدغي هي اضطرابات مدمرة بدون علاج معروف ، ويرجع ذلك أساسا إلى عدم فهم آليات المرض الأساسية. تم إنشاء العديد من سلالات الفئران الطافرة كنماذج للتحقيق في هذه الأمراض1،2،3،4،5. بينما تم الحصول على رؤى أساسية حول أمراض المرض وآلياته ، فإن التحقيقات بدقة تحت الخلية والتحليلات عالية الإنتاجية مثل شاشات الأدوية غير ممكنة في النماذج الحيوانية. تملأ أنظمة النماذج الخلوية الصغيرة هذا المكان.

تعد مزارع الخلايا الجذعية متعددة القدرات (hIPSC) المستحثة البشرية والتمايز العصبي نظاما قويا لدراسة آثار التغيرات الجينية في الخلفية البشرية. ومع ذلك ، فإن ظروف الزراعة المختلفة وبروتوكولات التمايز والتحيزات القائمة على المستخدم تؤدي في كثير من الأحيان إلى مشكلات في قابلية التكاثر. يقدم Dhingra et al. أتمتة ثقافات hiPSC والتمايزات العصبية المتوافقة مع التصوير والتحليل الآلي6. لا يؤدي هذا النظام فقط إلى زراعة وتمايز أكثر قابلية للتكرار لخلايا IPS البشرية إلى سلالات عصبية ، ولكنه يتيح أيضا التتبع المباشر الآلي للأنماط الظاهرية الخلوية ، بما في ذلك القياس الكمي لأطوال العصبية ، أو التكوين الكلي ، أو امتصاص أنواع البروتين المسببة للأمراض ، والتنكس العصبي على مدى شهرين.

تم ربط التغيرات في توازن الكالسيوم بأمراض تنكسية عصبية مختلفة ، ولا سيما مرض باركنسون7. يقدم بانكروفت وسرينيفاسان بروتوكولا لقياس تدفق الكالسيوم في الخلايا العصبية الدوبامين المستنبتة8. يمكن أن يؤدي النظام المقدم إلى فهم أفضل لكيفية قيام إشارات الكالسيوم غير الطبيعية بفقدان الخلايا العصبية الدوبامين ويمكن استخدامه كمنصة لفحص الأدوية عالية الإنتاجية لتحديد المركبات العصبية.

يعد فقدان المشبك سمة شائعة بين الأمراض التنكسية العصبية9. ومع ذلك، لا تزال الأسباب الكامنة وراء ذلك غير واضحة. يقدم Sidiski و Babcock طريقة لقياس السلامة المشبكية بطريقة تعتمد على العمر في التقاطعات العصبية العضلية لأنسجة العضلات الطولية الظهرية (DLM) في ذبابة الفاكهة melanogaster10. الأهم من ذلك ، أن بروتوكول التشريح الخاص بهم ، والذي يتضمن التجميد السريع للأنسجة ، يحافظ على كل من الأنسجة العصبية والعضلية ، ونظرا لسهولة التلاعب الجيني للذبابة ، فإنه يتيح دراسة التغيرات في السلامة المشبكية وانحطاطها في نماذج الأمراض التنكسية العصبية.

ترتبط الأمراض التنكسية العصبية والشيخوخة بفشل البروتين11 ، وقد تورط كل من تدهور البروتين وتوليفه. Papandreou et al. يقدم بروتوكولا لتحديد تخليق البروتين من جديد 12 ، باستخدام استعادة التألق بعد التبييض الضوئي (FRAP) في C. نماذج ايليجانس التي تعبر عن GFP. يمكن توسيع هذا النظام ليشمل اندماج GFP لأي بروتين مرتبط بالمرض ، إما يتم التعبير عنه على نطاق واسع في الجهاز العصبي للدودة أو استهدفه خلايا أو أنسجة معينة ، ويمكن من الدراسة في الجسم الحي لتخليق البروتين في حالة عدم وجود طرق غير مشعة وغير جراحية ، بالإضافة إلى القدرة على إجراء شاشات جينية أو جزيئية صغيرة لتحديد معدلات جديدة للتغلب على الخلل الوظيفي البروتيني.

الحماية من تراكم البروتين وموت الخلايا العصبية هي استراتيجيات مطلوبة لإبطاء الأمراض التنكسية العصبية. Palikaras et al. يصف كيف يصف التكييف المسبق للصدمة الحرارية في C. ايليجانس يعزز الحماية العصبية ضد موت الخلايا الناجم عن ألفا سينوكلين وانخفاض في المجاميع التي يسببها PolyQ13.

تؤثر الأمراض التنكسية العصبية على أكثر من 50 مليون شخص في جميع أنحاء العالم ، دون علاج معروف. مع التطورات الحديثة في التحرير الجيني وتقنية IPSC ، تتمتع النماذج الخلوية والحيوانية الصغيرة بميزة معالجة آليات الأمراض الجزيئية والخلوية الأساسية بشكل حاد ، وتمكن من التلاعب الجيني بسرعة وفعالية من حيث التكلفة ، وهي مثالية كمنصة فحص عالية الإنتاجية لمكتبات المركبات العلاجية الجديدة. تسهل هذه المجموعة من طرق المرض للباحثين استخدام بعض هذه النماذج.

الإفصاحات

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

تم دعم هذا العمل من قبل جمعية الزهايمر (NIRG-15-363678 إلى MS) ، و AFAR (MS) ، والمعاهد الوطنية للصحة (1R01-AG052505 و 1R01-NS095988 إلى MS. R01-NS102181 و R01-NS113960 و R01-NS121077 و 1R21-NS127939 إلى JB ؛ و 1RF1-NS126342-01 إلى MS و JB).

المراجع

  1. Dawson, T. M., Golde, T. E., Lagier-Tourenne, C. Animal models of neurodegenerative diseases. Nature Neuroscience. 21 (10), 1370-1379 (2018).
  2. Klonarakis, M. The three sisters of fate: Genetics, pathophysiology and outcomes of animal models of neurodegenerative diseases. Neuroscience and Biobehavior Reviews. , 135-104541 (2022).
  3. Yang, W., Chen, X., Li, S., Li, X. J. Genetically modified large animal models for investigating neurodegenerative diseases. Cell & Bioscience. 11 (1), 218(2021).
  4. Yin, P., Li, S., Li, X. J., Yang, W. New pathogenic insights from large animal models of neurodegenerative diseases. Protein & Cell. 13 (10), 707-720 (2022).
  5. Ransohoff, R. M. All (animal) models (of neurodegeneration) are wrong. Are they also useful. The Journal of Experimental Medicine. 215 (12), 2955-2958 (2018).
  6. Dhingra, A., et al. Automated production of human induced pluripotent stem cell-derived cortical and dopaminergic neurons with integrated live-cell monitoring. Journal of Visualized Experiments. (162), (2020).
  7. Zaichick, S. V., McGrath, K. M., Caraveo, G. The role of Ca(2+) signaling in Parkinson’s disease. Disease Models & Mechanisms. 10 (5), 519-535 (2017).
  8. Bancroft, E. A., Srinivasan, R. Quantifying spontaneous Ca2+ fluxes and their downstream effects in primary mouse midbrain neurons. Journal of Visualized Experiments. (163), (2020).
  9. Subramanian, J., Tremblay, M. E. Editorial: Synaptic loss and neurodegeneration. Frontiers in Cellular Neuroscience. 15, 681029(2021).
  10. Sidisky, J. M., Babcock, D. T. Visualizing synaptic degeneration in adult drosophila in association with neurodegeneration. Journal of Visualized Experiments. (159), (2020).
  11. Duran-Aniotz, C., Moreno-Gonzalez, I., Medinas, D. B., Morales, R. Editorial: Protein misfolding and proteostasis impairment in aging and neurodegeneration: From spreading studies to therapeutic approaches. Frontiers in Aging Neuroscience. 13, 830779(2021).
  12. Papandreou, M. E., Palikaras, K., Tavernarakis, N. Assessment of de novo protein synthesis rates in Caenorhabditis elegans. Journal of Visualized Experiments. (163), (2020).
  13. Palikaras, K., Tavernarakis, N. Modeling age-associated neurodegenerative diseases in Caenorhabditis elegans. Journal of Visualized Experiments. (162), (2020).

إعادة الطباعة والأذونات

استكشف المزيد من المقالات

Cellular ModelsInduced Pluripotent Stem CellsCortical NeuronsDopaminergic NeuronsCa2+ FluxesPrimary Mouse Midbrain NeuronsSynaptic DegenerationDrosophilaNeurodegenerationDe Novo Protein SynthesisCaenorhabditis ElegansAge-associated Diseases