Yöntem makalesi

Nörodejeneratif Hastalıkların Hücresel ve Küçük Hayvan Modelleri

2.1K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/64542

⸱

17 Ağustos 2022

 , 

Bu makalede

Özet

TARTIŞILAN MAKALELER:

Dhingra, A. ve diğerleri. Entegre canlı hücre izleme ile insan kaynaklı pluripotent kök hücre kaynaklı kortikal ve dopaminerjik nöronların otomatik üretimi. Görselleştirilmiş Deneyler Dergisi. (162) (2020).

Bancroft, E.A., Srinivasan, R. Birincil fare orta beyin nöronlarında spontan Ca2+ akışlarının ve bunların aşağı akış etkilerinin ölçülmesi. Görselleştirilmiş Deneyler Dergisi. (163) (2020).

Sidisky, J.M., Babcock, D.T. Nörodejenerasyon ile ilişkili olarak yetişkin drosophila'da sinaptik dejenerasyonun görselleştirilmesi. Görselleştirilmiş Deneyler Dergisi. (159) (2020).

Papandreou, M.E., Palikaras, K., Tavernarakis, N. Caenorhabditis elegans'ta de novo protein sentez oranlarının değerlendirilmesi. Görselleştirilmiş Deneyler Dergisi. (163) (2020).

Palikaras, K., Tavernarakis, N. Caenorhabditis elegans'ta yaşa bağlı nörodejeneratif hastalıkların modellenmesi. Görselleştirilmiş Deneyler Dergisi. (162) (2020).

Editöryal

Alzheimer hastalığı, Parkinson hastalığı, Huntington hastalığı, amyotrofik lateral skleroz ve frontotemporal demans gibi nörodejeneratif hastalıklar, esas olarak altta yatan hastalık mekanizmalarının anlaşılmamasından kaynaklanan, bilinen bir tedavisi olmayan yıkıcı bozukluklardır. Bu hastalıkları araştırmak için model olarak çok sayıda mutant fare suşu üretilmiştir 1,2,3,4,5. Hastalık patolojisi ve mekanizmaları hakkında temel bilgiler elde edilmiş olsa da, hücre altı çözünürlükte araştırmalar ve ilaç taramaları gibi yüksek verimli analizler hayvan modellerinde mümkün değildir. Hücresel ve küçük hayvan model sistemleri bu boşluğu dolduruyor.

İnsan kaynaklı pluripotent kök hücre (hIPSC) kültürleri ve nöronal farklılaşma, insan geçmişindeki genetik değişikliklerin etkilerini incelemek için güçlü bir sistemdir. Yine de, farklı kültür koşulları, farklılaşma protokolleri ve kullanıcı tabanlı önyargılar çoğu zaman tekrarlanabilirlik sorunlarına yol açmaktadır. Dhingra ve ark. hiPSC kültürlerinin otomasyonunu ve otomatik görüntüleme ve analizle uyumlu nöronal farklılaşmaları sunar6. Bu sistem sadece insan IPS hücrelerinin nöronal soylara daha tekrarlanabilir kültürlenmesine ve farklılaşmasına yol açmakla kalmaz, aynı zamanda nörit uzunluklarının ölçülmesi, agrega oluşumu veya patojenik protein türlerinin alımı ve 2 aylık bir süre boyunca nörodejenerasyon dahil olmak üzere hücresel fenotiplerin otomatik canlı izlenmesini sağlar.

Kalsiyum homeostazındaki değişiklikler, başta Parkinson hastalığı olmak üzere çeşitli nörodejeneratif hastalıklarla ilişkilendirilmiştir7. Bancroft ve Srinivasan, kültürlenmiş dopaminerjik nöronlarda kalsiyum akışını ölçmek için bir protokol sunar8. Sunulan sistem, anormal kalsiyum sinyalinin dopaminerjik nöronların kaybını nasıl tetiklediğinin daha iyi anlaşılmasına yol açabilir ve nöroprotektif bileşiklerin tanımlanması için yüksek verimli bir ilaç tarama platformu olarak kullanılabilir.

Sinaps kaybı, nörodejeneratif hastalıklar arasında ortak bir özelliktir9. Ancak altta yatan nedenler belirsizliğini koruyor. Sidiski ve Babcock, Drosophila melanogaster10'da dorsal longitudinal kas (DLM) dokusunun nöromüsküler kavşaklarında yaşa bağlı bir şekilde sinaptik bütünlüğü ölçmek için bir yöntem sunar. Daha da önemlisi, dokunun ani dondurulmasını içeren diseksiyon protokolleri, hem nöronal hem de kas dokusunu korur ve sineğin genetik manipülasyonunun kolaylığı nedeniyle, nörodejeneratif hastalık modellerinde sinaptik bütünlükteki değişikliklerin ve dejenerasyonunun incelenmesini sağlar.

Nörodejeneratif hastalıklar ve yaşlanma, proteostaz başarısızlıkları11 ile bağlantılıdır ve hem protein bozulması hem de sentezi söz konusudur. Papandreou ve ark. GFP'yi eksprese eden C. elegans modellerinde fotoağartma sonrası floresan geri kazanımını (FRAP) kullanarak de novo protein sentezini12 ölçmek için bir protokol sunar. Bu sistem, solucan sinir sisteminde yaygın olarak eksprese edilen veya belirli hücrelere veya dokulara hedef alınan, hastalığa bağlı herhangi bir proteinin GFP füzyonlarına genişletilebilir ve proteostatik disfonksiyonun üstesinden gelmek için yeni modülatörleri tanımlamak için genetik veya küçük molekül taramaları yapma yeteneğine ek olarak, radyoaktif olmayan ve invaziv olmayan yöntemlerin yokluğunda protein sentezinin in vivo çalışmasını sağlar.

Protein agregasyonuna ve nöron ölümüne karşı koruma, nörodejeneratif hastalıkları yavaşlatmak için aranan stratejilerdir. Palikaras ve ark. C. elegans'ta ısı şoku ön koşullandırması, alfa-sinüklein ile tetiklenen hücre ölümüne karşı nöroproteksiyonu ve PolyQ ile indüklenen agregalarda bir azalmayı nasıl teşvik ettiğini açıklar13.

Nörodejeneratif hastalıklar dünya çapında 50 milyondan fazla insanı etkiliyor ve bilinen bir tedavisi yok. Genetik düzenleme ve IPSC teknolojisindeki son gelişmelerle birlikte, hücresel ve küçük hayvan modelleri, altta yatan moleküler ve hücresel hastalık mekanizmalarını akut bir şekilde ele alma avantajına sahiptir, hızlı ve uygun maliyetli genetik manipülasyonlara olanak tanır ve yeni terapötik bileşiklerin kütüphaneleri için yüksek verimli bir tarama platformu olarak idealdir. Bu hastalık yöntemleri koleksiyonu, araştırmacıların bu modellerden bazılarını kullanmasını kolaylaştırır.

Açıklamalar

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Teşekkürler

Bu çalışma Alzheimer Derneği (NIRG-15-363678'den MS'ye), AFAR (MS) ve NIH (1R01-AG052505 ve 1R01-NS095988'den MS'ye; R01-NS102181, R01-NS113960, R01-NS121077 ve 1R21-NS127939 J.B.'ye; ve 1RF1-NS126342-01'den MS ve JB'ye).

Kaynaklar

  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).

Yeniden basım ve izinler

Daha fazla makale keşfet

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