Eine road map für die Stammzell-Entwicklung

Eine road map für die Stammzell-Entwicklung

Johns Hopkins Medicine Forscher berichten, haben Sie geschaffen, eine Methode zur Abbildung von, wie das zentrale Nervensystem entwickelt sich durch die Verfolgung der Gene in den Zellen exprimiert. Die Technik, gezeigt in der Maus Netzhäute für diese Studie folgt die Aktivität der Gene verwendet, die von einzelnen Zellen während der Entwicklung, so dass die Forscher Muster zu erkennen, die in noch nie da gewesenen detail. Diese präzise Art von „road-map“, sagen die Forscher, könnte verwendet werden, für die Zukunft zu entwickeln regenerative Therapien für Blendung und anderen neurologischen Erkrankungen.

„Dies ist bei weitem die umfangreichste Karte, die wir haben, die zelluläre Entwicklung im zentralen Nervensystem“, sagt Seth Blackshaw, Ph. D., professor für Neurowissenschaften an der Johns Hopkins University School of Medicine, und ein Mitglied der Fakultät der Johns-Hopkins-Instituts für Zell-Engineering.

„Wenn können wir nutzen diese Art von anzeigen zu lehren Stammzellen zu erstellen, die eine bestimmte Art von Netzhaut-Zelle, wir könnten eines Tages ersetzen Zellen verloren zu Makula-degeneration und anderen blendenden Krankheiten“, sagt Genevieve Stein-O ‚ Brien, Ph. D., ein postdoctoral fellow an der Johns Hopkins University School of Medicine in der Arbeitsgruppe von Elana Fertig, Ph. D., associate professor für Onkologie an der Johns Hopkins University School of Medicine und ein Mitglied der Johns Hopkins Kimmel Cancer Center.

Eine Beschreibung der arbeiten veröffentlicht Mai 22 in der online-Ausgabe der Zeitschrift Neuron.

Blackshaw, sagt der retina, einer gut verständlichen Struktur, enthält viele der Zelltypen finden sich im gesamten rest des Nervensystems und als solche, ist ein hervorragendes Beispiel für den Einsatz in Studien, wie das zentrale Nervensystem entwickelt.

Jeder der vielen Zelltypen, die am Aufbau der Netzhaut produziert werden, die von neuronalen Vorläuferzellen — stem cell-like Zellen, die die Fähigkeit zu entwickeln, in praktisch jedem retinalen Zelltyp abhängig, welche Gene an-und abgeschaltet werden während der Entwicklung. Die gen-Muster, die benötigt wird, um jede Zellart entstehen entlang einer strengen timeline. Neuronen, wie die Licht-absorbierenden Stäbchen und Zapfen in der retina hergestellt werden, sind durch die jüngeren Vorfahren, während die unterstützenden Gliazellen entstehen durch ältere Vorläufer.

Zur Untersuchung der Prozess im detail, und erstellen Sie die road-map, die ersten Forscher sequenzierten die DNA der einzelnen Maus-Netzhaut-Zellen in unterschiedlichen Entwicklungsstadien Zeit Punkte-von der ersten Vorläuferzellen zu Zellen der adulten retina.

Die Forscher setzen diese Informationen in eine machine-learning computer-Programm, das Stein-O ‚ Brien entwickelt. Das Programm wurde entwickelt, um schnell komprimieren die ungeheure Menge von genetischen Daten, Gruppierung, wie die Zellen miteinander zu generieren, eine Karte, lassen Forscher visualisieren den Prozess der Entwicklung. Das computer-Programm erzeugt eine verzweigende Struktur, die Forschern erlaubt, um zu sehen, welche Zelltypen Anlass geben zu anderen, welche sind die meisten eng miteinander verbunden sind, und welche genetischen Veränderungen auftreten, die dazu führen, auch die über 100 Zelltypen gefunden, in der Maus und der menschlichen Netzhaut.

„Die Karte bietet eine Möglichkeit für uns zu sehen, die Auswirkungen einzelner Gene und gen-Netzwerke haben auf die Entwicklung des zentralen Nervensystems“, sagt Blackshaw.

In einer proof-of-principle-experiment, die Forscher als Nächstes wählte, um eine enge Blick auf drei der Gene: nuclear factor 1 (NFI) a, b und x, die unerlässlich sind, um zu helfen, ein Stammvater bestimmen, Ihr Alter und welche Arten von retinalen Zellen, die es produzieren kann.

Die Forscher gentechnisch veränderte Mäuse, die entweder ausdrücklich die drei Gene im überfluss oder gar nicht, und beobachtete, wie Ihre Netzhaut-Zellen Lebenszyklus geändert durch die Verfolgung, welche Gene aktiviert wurden „auf“ zu jeder Zeit in den computer-Programm. Sie fanden heraus, dass Zellen, die erhöhte Spiegel von der NFI-Gene handelte, die älter als Sie waren und produziert mehr von den entsprechenden Zelltypen (Glia-Zellen) als normale retinale Vorläuferzellen. Im Gegensatz dazu, Vorfahren, ohne mit der NFI-Gene weiterhin erstellen Sie früher Zelltypen, wie rod Photorezeptoren, und fuhr Fort, zu teilen, zu handeln wie junge Stammzellen.

Letztlich sagen die Forscher, Sie hoffen, dass Sie auf anwenden, um die mapping-Technik auf andere Zelltypen besser zu verstehen, welche Gene beeinflussen die Entwicklung von Krankheiten im Körper die anderen Geweben. „Wenn wir genau wissen, wie die Vorfahren von einem uncommitted-stammzellpopulation zu Reifen Gewebe, das wir verwenden können, diese“ road-map, um Sie umzuleiten, um speziell gehen andere Wege, sagt Loyal Goff, Ph. D., assistant professor für Neurowissenschaften an der Johns Hopkins University School of Medicine und ein Mitglied der Fakultät an der McKusick-Nathans Institut für Genetische Medizin an der Johns Hopkins.

Andere Forscher an der Studie beteiligten gehören Brian Clark, Fion Shiau, Gabrielle Kanone, Clayton Santiago, Thanh Hoang, Fatemeh Rajaii und Rebecca James-Esposito von der Johns Hopkins University School of Medicine; Emily Davis-Marcisak des Sidney Kimmel Comprehensive Cancer Center und der Johns Hopkins University School of Medicine; Thomas Sherman von der Sidney Kimmel Comprehensive Cancer Center und Richard Gronostajski von der University at Buffalo.

Finanzierung für diese Forschung wurde von der National Eye Institute (R01EY020560, U01EY027267, F32EY024201, K99EY027844, K08EY027093), das National Cancer Institute (R01XA177669, U01CA212007) der Staat New York Stem Cell Science awards (C026429, C03133, C30290GG), die Chan-Zuckerberg-Initiative DAF (2018-183445, 2018-183444), der Johns Hopkins University Katalysator, der Johns Hopkins University Discovery Awards und der Johns Hopkins University School of Medicine Synergy Awards.