アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、筋萎縮性側索硬化症、前頭側頭型認知症などの神経変性疾患は、主に基礎疾患のメカニズムの理解不足により、治療法が知られていない壊滅的な疾患です。これらの疾患を調査するためのモデルとして、マウスの多数の変異株が生成されています1,2,3,4,5。疾患の病理とメカニズムに関する基本的な洞察は得られていますが、細胞内分解能での調査や薬物スクリーニングなどのハイスループット分析は、動物モデルでは実行不可能です。細胞および小動物モデルシステムは、このニッチを埋めます。
ヒト人工多能性幹細胞 (hIPSC) 培養とニューロン分化は、ヒトの背景における遺伝子変化の影響を研究するための強力なシステムです。しかし、異なる培養条件、分化プロトコル、およびユーザーベースのバイアスが、多くの場合、再現性の問題につながります。Dhingraらは、自動化されたイメージングと分析に互換性のあるhiPS細胞培養とニューロン分化の自動化を提示します6。このシステムは、ヒトIPS細胞のより再現性の高い培養とニューロン系統への分化につながるだけでなく、神経突起の長さ、凝集体形成、病原性タンパク質種の取り込み、神経変性の定量化など、細胞表現型の自動ライブ追跡を2か月間にわたって可能にします。
カルシウム恒常性の変化は、さまざまな神経変性疾患、特にパーキンソン病に関連しています7。BancroftとSrinivasanは、培養ドーパミン作動性ニューロンのカルシウムフラックスを定量化するためのプロトコルを提示します8。提示されたシステムは、異常なカルシウムシグナル伝達がドーパミン作動性ニューロンの喪失をどのように引き起こすかをより深く理解することにつながり、神経保護化合物を同定するためのハイスループット薬物スクリーニングプラットフォームとして利用できます。
シナプスの喪失は、神経変性疾患に共通する特徴です9。しかし、根本的な理由は不明のままです。SidiskiとBabcockは、ショウジョウバエの背側縦筋(DLM)組織の神経筋接合部における年齢依存的な方法でシナプスの完全性を定量化する方法を提示します10。重要なことに、組織の急速凍結を含む彼らの解剖プロトコルは、神経組織と筋肉組織の両方を保存し、ハエの遺伝子操作が容易であるため、神経変性疾患のモデルにおけるシナプスの完全性の変化とその変性の研究を可能にします。
神経変性疾患と老化はプロテオスタシスの失敗に関連しており11、タンパク質の分解と合成の両方が関与しています。Papandreouらは、GFPを発現するC.エレガンスモデルにおける光退色後の蛍光回復(FRAP)を利用して、de novoタンパク質合成12を定量化するプロトコルを提示します。このシステムは、ワーム神経系で広く発現しているか、特定の細胞や組織を標的とする疾患関連タンパク質のGFP融合に拡張することができ、非放射性および非侵襲的な方法がなくてもタンパク質合成のin vivo研究を可能にするだけでなく、遺伝子または低分子スクリーニングを実行して、タンパク質静性機能障害を克服するための新しいモジュレーターを同定する能力を備えています。
タンパク質凝集とニューロン死に対する保護は、神経変性疾患を遅らせるための戦略として求められています。Palikarasらは、熱ショックのプレコンディショニングを説明しています C . elegans α-シヌクレイン誘発細胞死に対する神経保護とPolyQ誘導凝集体の減少13.
神経変性疾患は世界中で5,000万人以上が罹患していますが、治療法は知られていません。遺伝子編集とIPSC技術の最近の進歩により、細胞および小動物モデルは、根底にある分子および細胞疾患メカニズムに鋭敏に対処し、迅速かつ費用対効果の高い遺伝子操作を可能にし、新しい治療化合物のライブラリーのハイスループットスクリーニングプラットフォームとして理想的です。この疾患方法のコレクションにより、研究者はこれらのモデルのいくつかを使用することが容易になります。