Generation of the Human Pluripotent Stem-Cell-DerivedAstrocyte Model with Forebrain Identity

Abstract

Astrosyytit ovat hermoston tukisoluja, joiden toiminnalliset ja morfologiset ominaisuudet vaihtelevat eri aivoalueilla. Astrosyyttien ominaisuuksien vaihtelun on todettu olevan erityisen suurta ihmisen aivoissa. Ihmisen pluripotentit kantasolut (hPS-solut) mahdollistavat astroglian monimuotoisuutta säätelevien mekanismien tutkimisen. Olemme luoneet menetelmän, joka tuottaa hPS-soluista ihmisen etuaivojen astrosyyttejä, ja kuvanneet tuotettujen astrosyyttien erityispiirteitä. Määritimme hPS-soluista erilaistettujen solujen geenien ilmentymisprofiilin päivänä 0 (D0), neuronaalisen induktion jälkeen D12 sekä solujen kasvutekijöillä monistamisen jälkeen D30 ja D60. Astrosyyttien lopullinen määräytyminen toteutettiin siliaarisella neurotrofisella tekijällä (ciliary neurotrophic factor; CNTF) ja D95-ikäisien astrosyyttien osoitettiin ilmentävän lähes 100 prosenttisesti yleisesti käytössä olevia astrosyyttimarkkereita. Erilaistamisen aikana tehty geeniprofilointi vahvisti solujen etuaivojen identiteetin. Kuvasimme solunsisäisen kalsiumkuvantamisen avulla, että erilaistamamme astrosyytit olivat elinkykyisiä ja antoivat toiminnallisia vasteita ATP:lle. Lisäksi määritimme astrosyyttien perustehtävää eli kykyä säädellä immuunivasteita aivoissa tutkimalla niistä erittyvien sytokiinien määriä. Totesimme D95-astrosyyttien viljelynesteessä merkittäviä pitoisuuksia MCP-1- ja TIMP-2-proteiinia yhteneväisesti näitä proteiineja ilmentävien geenien kohonneisiin mRNA-määriin. Astrosyyttien erilaistamismenetelmä oli toistettavissa usealla hPSC-linjalla, ja tutkimuksemme osoitti, että erilaistamamme etuaivojen astrosyytit tarjoavat uudenlaisen keinon sekä astrosyyttien soluspesifisten ominaisuuksien että yhteisviljelmissä muiden hermoston solujen kanssa hermoston solujen yhteisvaikutusten tutkimiseen. Potilaskohtaisista hPS-soluista erilaistettujen astrosyyttien avulla voidaan selvittää ihmisen astrosyyttien toimintaa myös sairaustiloissa.