알츠하이머병, 파킨슨병, 헌팅턴병, 근위축성 측삭 경화증, 전측두엽 치매를 포함한 신경퇴행성 질환은 주로 근본적인 질병 메커니즘에 대한 이해 부족으로 인해 알려진 치료법이 없는 파괴적인 질환입니다. 이러한 질병을 조사하기 위한 모델로 마우스의 수많은 돌연변이 계통이 생성되었습니다 1,2,3,4,5. 질병 병리학 및 메커니즘에 대한 근본적인 통찰력을 얻었지만 세포 내 해상도에 대한 조사 및 약물 스크리닝과 같은 고처리량 분석은 동물 모델에서 실현 가능하지 않습니다. 세포 및 소동물 모델 시스템은 이 틈새 시장을 채웁니다.
인간 유도만능줄기세포(hIPSC) 배양 및 신경 분화는 인간 배경에서 유전적 변형의 영향을 연구하는 강력한 시스템입니다. 그러나 다양한 배양 조건, 분화 프로토콜 및 사용자 기반 편향으로 인해 재현성 문제가 발생하는 경우가 많습니다. Dhingra et al. 자동화된 이미징 및 분석과 호환되는 hiPSC 배양 및 신경 분화의 자동화를 제시합니다6. 이 시스템은 인간 IPS 세포의 보다 재현 가능한 배양 및 신경 계통으로의 분화로 이어질 뿐만 아니라 신경돌기 길이의 정량화, 응집체 형성 또는 병원성 단백질 종의 흡수 및 2개월 동안 신경변성을 포함한 세포 표현형의 자동 실시간 추적을 가능하게 합니다.
칼슘 항상성의 변화는 다양한 신경퇴행성 질환, 특히 파킨슨병과 관련이 있습니다7. Bancroft와 Srinivasan은 배양된 도파민성 뉴런에서 칼슘 플럭스를 정량화하는 프로토콜을 제시합니다8. 제시된 시스템은 비정상적인 칼슘 신호 전달이 어떻게 도파민성 뉴런의 손실을 유발하는지에 대한 더 나은 이해로 이어질 수 있으며 신경 보호 화합물 식별을 위한 고처리량 약물 스크리닝 플랫폼으로 활용될 수 있습니다.
시냅스 손실은 신경퇴행성 질환의 공통적인 특징입니다9. 그러나 근본적인 이유는 여전히 불분명합니다. Sidiski와 Babcock은 Drosophila melanogaster10에서 등쪽 세로근(DLM) 조직의 신경근 접합부에서 연령 의존적 방식으로 시냅스 무결성을 정량화하는 방법을 제시합니다. 중요한 것은 조직의 급속 동결을 포함하는 해부 프로토콜이 신경 조직과 근육 조직을 모두 보존하고 파리의 유전자 조작이 용이하기 때문에 신경퇴행성 질환 모델에서 시냅스 무결성의 변화와 변성을 연구할 수 있다는 것입니다.
신경퇴행성 질환과 노화는 단백질 정체 실패와 관련이 있으며11, 단백질 분해와 합성이 모두 관련이 있습니다. Papandreou et al. GFP를 발현하는 C. elegans 모델에서 광표백 후 형광 회복(FRAP)을 활용하여 de novo 단백질 합성12를 정량화하는 프로토콜을 제시합니다. 이 시스템은 벌레 신경계에서 널리 발현되거나 특정 세포 또는 조직을 표적으로 하는 모든 질병 관련 단백질의 GFP 융합으로 확장될 수 있으며, 단백질 정성 기능 장애를 극복하기 위한 새로운 조절제를 식별하기 위해 유전자 또는 소분자 스크리닝을 수행할 수 있는 능력 외에도 비방사성 및 비침습적 방법 없이 단백질 합성의 생체 내 연구를 가능하게 합니다.
단백질 응집 및 뉴런 사멸에 대한 보호는 신경퇴행성 질환을 늦추기 위해 요구되는 전략입니다. Palikaraset al. C. elegans 의 열충격 전처리가 알파-시누클레인 유발 세포 사멸에 대한 신경 보호와 PolyQ 유도 응집체의 감소를 어떻게 촉진하는지 설명합니다13.
신경퇴행성 질환은 전 세계적으로 5천만 명 이상의 사람들에게 영향을 미치고 있으며 알려진 치료법은 없습니다. 최근 유전자 편집 및 IPSC 기술의 발전으로 세포 및 소동물 모델은 근본적인 분자 및 세포 질병 메커니즘을 예리하게 해결하고, 빠르고 비용 효율적인 유전자 조작을 가능하게 하며, 새로운 치료 화합물 라이브러리를 위한 고처리량 스크리닝 플랫폼으로 이상적입니다. 이 질병 방법 모음은 연구자가 이러한 모델 중 일부를 쉽게 사용할 수 있도록 합니다.