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Neuron | 彭勃几人做出了认证胶质上皮细胞系转分解的核心原则,并表明NeuroD1不可能介导小胶质上皮细胞系-中枢神经元重程序设计

时间段:2021-12-13 直通车点击:
小胶质内部-周围神经元重源程序的理念

周围感觉脑中枢周围中枢脑脑运动面面感觉脑运动精神末梢末梢周围感觉脑中枢周围中枢脑脑运动面面感觉脑运动精神末梢系統(CNS)最主要由周围感觉脑中枢周围中枢脑脑运动面面感觉脑运动精神末梢元和胶质内部系組成。与外周组织化人体内脏的不一样,18岁后乳期昆虫周围感觉脑中枢周围中枢脑脑运动面面感觉脑运动精神末梢末梢周围感觉脑中枢周围中枢脑脑运动面面感觉脑运动精神末梢系統的周围感觉脑中枢周围中枢脑脑运动面面感觉脑运动精神末梢元可以说难以二次利用率。在周围感觉脑中枢周围中枢脑脑运动面面感觉脑运动精神末梢退行皮肤病变中(如阿尔兹海默病、病人、亨廷顿病和脑脑出血等),周围感觉脑中枢周围中枢脑脑运动面面感觉脑运动精神末梢元会多伤亡。伤亡的周围感觉脑中枢周围中枢脑脑运动面面感觉脑运动精神末梢元是没办法二次利用率,若想可能会导致无可逆的频发脑用途伤害。与静态变量的周围感觉脑中枢周围中枢脑脑运动面面感觉脑运动精神末梢元的不一样,胶质内部系例如一定的的二次利用率学习本事。科学的研发分析考生管理入宪按照hiv病毒器具操纵某一氧分子,诱发胶质内部系会出现重编写程序(reprogramming;或转分裂:conversion),使其分裂成周围感觉脑中枢周围中枢脑脑运动面面感觉脑运动精神末梢元,达到周围感觉脑中枢周围中枢脑脑运动面面感觉脑运动精神末梢元的原位二次利用率(in situ regeneration)。若想利用率几类可二次利用率的内部系(胶质内部系)提供折损的无可二次利用率的内部系(周围感觉脑中枢周围中枢脑脑运动面面感觉脑运动精神末梢元),达到周围感觉脑中枢周围中枢脑脑运动面面感觉脑运动精神末梢退行皮肤病变的治疗方法。胶质内部系的重编写程序现状第一由德马克斯·普朗克周围感觉脑中枢周围中枢脑脑运动面面感觉脑运动精神末梢生物制品学科学的研发分析所的Magdalena Götz教学过程组说明,孩子在02年评估了PAX6可诱发星形胶质内部系重编写程序为周围感觉脑中枢周围中枢脑脑运动面面感觉脑运动精神末梢元1。继而,一编科学的研发分析自动对焦在该科学的研发分析业务领域,例如德州市专科高校江南医学界中心点张春立过程组 (SOX2,2013),宾夕法尼亚州立专科高校的陈功过程组 (NeuroD1, 2014)2,HHMI的Marius Wernig和Thomas Südhof过程组 (ASCL1, 2014)3等。哪些方案设计均是按照操纵单独某个因素,将星形胶质内部系转换成周围感觉脑中枢周围中枢脑脑运动面面感觉脑运动精神末梢元。一般星形胶质内部系能二次利用率,有时候其二次利用率学习本事对严重不足(就是在depletion-repopulation具体条件下,星形胶质内部系总值每日仅能二次利用率0.7%)4。之所以,科学的研发分析考生管理入宪是否按照诱发其余二次利用率学习本事强的胶质内部系形式重编写程序为周围感觉脑中枢周围中枢脑脑运动面面感觉脑运动精神末梢元。
 
小胶质体脑中枢精神末梢元是脑中枢精神末梢装置运动脑中枢精神末梢装置装置内机体再造性能最強的胶质体脑中枢精神末梢元。复旦高校高校彭勃的问题研究方案方案组先期研究方案感觉,小胶质体脑中枢精神末梢元于再殖前提条件下,是可以体现个人能力分裂繁殖的方法最低值每天晚上机体再造20%的体脑中枢精神末梢元5。倘若能体现介导小胶质体脑中枢精神末梢元重程序编写,那么的将一样于感觉好几回个无穷深渊的宝箱源,常用来一大批补点损害的脑中枢精神末梢装置元。来自五湖四海日本队的Kinichi Nakashima的问题研究方案方案组,于去年的宣传报道了体现慢木马病毒异源性表示NeuroD1,可介导小胶质体脑中枢精神末梢元重程序编写为脑中枢精神末梢装置元6。不过,前沿技术内对该现像满电质疑性。其主要质疑性汇集在其原非理性上:(1)先前所感觉的星形胶质体脑中枢精神末梢元-脑中枢精神末梢装置元重程序编写,两大类体脑中枢精神末梢元均是主要来起源脑中枢精神末梢装置外胚层谱系,由radial glia变化到来,亲缘内在联系较近,或许会时有发生适应化。而小胶质体脑中枢精神末梢元是由卵黄囊中的髓系体脑中枢精神末梢元健康成长到来,健康成长谱系有什么区别非常远。若能介导小胶质体脑中枢精神末梢元-脑中枢精神末梢装置元重程序编写,则那就是类跨谱系的适应,理论与实践上是其特性很难体现的。(2)先前所感觉介导星形胶质体脑中枢精神末梢元-脑中枢精神末梢装置元重程序编写的指数(如NeuroD1)均是radial glia变化的时候中与体脑中枢精神末梢元运气取决有相关的指数。不过,NeuroD1并不表示在小胶质体脑中枢精神末梢元所属的髓系谱系中,跨谱系表示一样核心的先导指数(pioneer factor)为什么要有相对应的中游电气元件撑起、脑中枢精神末梢装置外胚层谱系体脑中枢精神末梢元的运气取决亦存疑。同時,近日还都存在相关NeuroD1介导的星形胶质体脑中枢精神末梢元-脑中枢精神末梢装置元重程序编写会不是调查假像的重要质疑性7。
 
位于清华学校学校脑实验被转化设计院彭勃研发组、清华学校学校附设华山三甲医院毛颖研发组和杭州市的精神卫生学中心的袁逖飞研发组的设计人群发展的联席技术革新,使用活受损细胞系成相、求真务实谱系监视和药学学等许多途径对NeuroD1介导的小胶质受损细胞系-感觉神经设备元重程序编程现状做好了设备性探讨,重要性设计课题于202一年13月6日发刊在感觉神经设备实验一流的机期刊杂志Neuron上,一级标题为NeuroD1 induces microglial apoptosis and cannot induce microglia-to-neuron cross-lineage reprogramming图18
 

图1 综述主页模板


证明胶质细胞重编程的三个基本原则
 

惊人且重大的结论必须进行严谨的求证。在该研究中,研究人员提出了充分证明胶质细胞-神经元重编程所需的三个基本原则:
(1)凭借严谨性的指明的(unambiguous)谱系监视,设定合理性制作的比组(well-designed control)證明,并除掉普遍存在新冠病毒用户名的已经性;
(2)依据清晰明确的(unambiguous)活体/活组织细胞系影像凭证,观测到胶质组织细胞系-神经末梢元的转化成的过程;
(3)即使清理抽象方法型的胶质生殖细胞膜,这么该因素所介导的胶质生殖细胞膜-精神元转分解将没会发生。
 
首先是谱系追踪,研究人员利用他莫昔芬诱导CX3CR1-CreER::Ai14小鼠的几乎所有小胶质细胞特异性表达tdTomato(永久标记,即使细胞命运发生转变,依然会表达tdTomato)。接下来,通过慢病毒hCAG-NeuroD1-T2A-GFP或hCD68-NeuroD1-T2A-GFP感染小胶质细胞。如果小胶质细胞表达NeuroD1后能够重编程为神经元,那么将能发现一批tdTomato+GFP+神经元。然而,该团队并没有发现这群双荧光标记阳性神经元的存在(图2)。为了充分验证该现象,研究团队在CX3CR1+/GFP小鼠脑内引进CMV-DIO-mCherryforward-(NeuroD1-T2A-GFP)reverseCMV-DIO-mCherryforward-GFPreverse慢病毒用来感染脑细胞(图3A)。若是NeuroD1能够诱导小胶质细胞-神经元重编程,则能在第一个病毒处理后观察到GFP+神经末梢元,而用作比较组的其次个木马样本将关注没到。而是,无关是经过什么木马样本成脂,均能关注到很高百分比的GFP+神经元(图3),说明前人所能观察到的“小胶质细胞起源神经元”是来自于实验假象。理论上,在经过他莫昔芬诱导后,病毒仅会在小胶质细胞中发生同源重组,从而表达GFP。但是,研究人员观察到的现象说明利用病毒工具载体进行感染时,会伴随有非特异性泄漏的风险。非特异性病毒泄漏可能会导致对实验结论的误读。
 

 

图2 In vivo microglia-specific lineage tracing does not support the microglia-to-neuron conversion.

 

 

图3 Lentivirus induces non-specific labeling in vivo, which may confound the microglia-to-neuron observation.

 
在观察小胶质细胞-神经元转变过程方面,研究人员通过活细胞成像方式进行观察,并没有发现表达NeuroD1的小胶质细胞发生到神经元的形态学转变。恰恰相反,研究人员发现表达NeuroD1后,会引起小胶质细胞的大规模死亡。通过BCL2途径可以对抗由NeuroD1小胶质细胞诱导的死亡,说明其NeuroD1不仅不能诱导小胶质细胞重编程,而会诱导小胶质细胞的凋亡。这也很好解释了为何前人和该研究团队观察到的“小胶质细胞转变为神经元”假象的比例很高(图3C,>90%)的原因:成功表达NeuroD1的小胶质细胞诱导发生凋亡而死去,因而最后剩下的细胞大都是非特异性泄漏细胞。
 
最后,研究人员通过CSF1R抑制剂PLX5622杀死脑内99%的小胶质细胞,发现即使在这种情况下,依然会有很高比例的“小胶质细胞起源神经元”,且比例与不杀小胶质细胞的对照组相当(图4)。因此,研究结果更加确认了前人所观察到的“小胶质细胞-神经元重编程”并非真实情况,而是来自于病毒非特异性泄漏所产生的实验假象(图5)。
 

 

图4 Even under microglia depleted brain, the “microglia-converted neurons” are detected, reflecting a lentiviral leakage artifact. 

 

 

图5 该研究主要结论的总结。


换/移植小胶质细胞失控的分子开关


复旦社会社会彭勃队伍利于小胶质组织体细胞的净化功能,開發了三种方法工作方案(Mr BMT, Mr PB和Mr MT),第三次在全脑似然法上实行小胶质组织体细胞的有效外源性胚胎移植/复制9-12。该计划也行选择于诊疗由小胶质神经元基因变异受到的慢性病。对此,神经元冻胚试管冻胚移植成功所遇到的挑衅之中是怎么样以防外源性神经元失灵。在小鼠整治中,经常用到诱骗白喉毒性(DT)表达方法出来的玩法烧死特质业务类型的神经元。基于小鼠没得白喉毒性感觉,对此生亡神经元所解散出的白喉毒性不是烧死周围的神经元。对此,基于物种进化神经元出现白喉毒性感觉,对此该计划不能够使用临床治疗实践经验。基于NeuroD1也行诱骗小胶质神经元凋亡,对此该研发专业团队强调使用离体更新的玩法,在冻胚试管冻胚移植成功/转换的小胶质神经元内放入诱骗表达方法出来NeuroD1的零件。如果一旦冻胚试管冻胚移植成功/转换的小胶质神经元失灵,也行使用该原子开关按钮诱骗小胶质神经元凋亡,得以增强小胶质神经元转换/冻胚试管冻胚移植成功的完整性高性。

 

上海市精神卫生中心饶艳霞博士为该论文的第一作者和共同通讯作者。复旦大学脑科学转化研究院彭勃教授、复旦大学附属华山医院毛颖教授和上海市精神卫生中心袁逖飞教授为共同通讯作者。该团队多人为此研究做出贡献。该研究主要得到了国家自然科学基金优秀青年基金项目、国家重点研发计划、上海市优秀学术带头人项目、上海市基础研究学术特区项目和深圳市知识创新计划的支持。
 
彭勃课题组目前有青年副研究员(副教授)、博士后、实验室管家的岗位空缺,欢迎对科研充满热情且胸怀学术理想的科研人员/学生加入。申请人请将一份详细的个人完整简历(中英文皆可)通过电子邮件发送至peng@fudan.edu.cn,邮件标题请注明姓名+应聘职位。青年副研究员(副教授)和博士后应聘者请提供两个推荐人的联系方式。
 

全文连接

//www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(21)00944-2

 

附:彭勃科研科研组2018-2023年公布的表达性开题报告

(1) Rao Y.*, Du S., Yang B., Wang Y., Li Y., Li R., Zhou T., Du X., He Y., Wang Y., Zhou X., Yuan T.-F.*, Mao Y.* and Peng B.* (2021) NeuroD1 induces microglial apoptosis and cannot induce microglia-to-neuron cross-lineage reprogramming, Neuron, 109. 

(2) Huang Y.#, Xu, Z.#, Xiong S., Sun F., Qin G., Hu G., Wang J., Zhao L., Liang Y.-X., Wu T., Lu Z., Humayun M.S., So K.-F., Pan Y., Li N., Yuan T.-F.*, Rao Y.* and Peng B.* (2018). Repopulated microglia are solely derived from the proliferation of residual microglia after acute depletion. Nature Neuroscience 21, 530-540.

(3) Xu Z.#, Rao Y.#, Huang Y., Zhou T., Feng R., Xiong S., Yuan T.F., Qin S., Lu Y., Zhou X., Li X., Qin B., Mao Y., and Peng B.* (2020). Efficient strategies for microglia replacement in the central nervous system. Cell Reports 32, 108041. 

(4) Huang Y.#, Xu Z.#, Xiong S., Qin G., Sun F., Yang J., Yuan T.F., Zhao L., Wang K., Liang Y.X., Fu L., Wu T., Lu Z., So K.F., Rao Y.* and Peng B.* (2018) Dual origins of retinal microglia in the model of microglia repopulation. Cell Discovery 4, 9.

(5) Xu, Z., Zhou, X., Peng, B.*, and Rao, Y.* (2021). Microglia replacement by bone marrow transplantation (Mr BMT) in the central nervous system of adult mice. STAR Protocols 2, 100666.

(6) Xu, Z., Rao, Y.*, and Peng, B.* (2021). Protocol for microglia replacement by peripheral blood (Mr PB). STAR Protocols 2, 100613. 

(7) Xu, Z., Peng, B.*, and Rao, Y.* (2021). Microglia replacement by microglia transplantation (Mr MT) in the adult mouse brain. STAR Protocols 2, 100665. 


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可以参考专著
 

1.Heins, N. et al. Glial cells generate neurons: the role of the transcription factor Pax6. Nature neuroscience 5, 308-315, doi:10.1038/nn828 (2002).
2.Guo, Z. et al. In vivo direct reprogramming of reactive glial cells into functional neurons after brain injury and in an Alzheimer's disease model. Cell stem cell 14, 188-202, doi:10.1016/j.stem.2013.12.001 (2014).
3.Chanda, S. et al. Generation of induced neuronal cells by the single reprogramming factor ASCL1. Stem Cell Reports 3, 282-296, doi:10.1016/j.stemcr.2014.05.020 (2014).
4.Borges, K., McDermott, D., Irier, H., Smith, Y. & Dingledine, R. Degeneration and proliferation of astrocytes in the mouse dentate gyrus after pilocarpine-induced status epilepticus. Exp Neurol 201, 416-427, doi:10.1016/j.expneurol.2006.04.031 (2006).
5.Huang, Y. et al. Repopulated microglia are solely derived from the proliferation of residual microglia after acute depletion. Nature neuroscience 21, 530-540, doi:10.1038/s41593-018-0090-8 (2018).
6.Matsuda, T. et al. Pioneer Factor NeuroD1 Rearranges Transcriptional and Epigenetic Profiles to Execute Microglia-Neuron Conversion. Neuron 101, 472-485 e477, doi:10.1016/j.neuron.2018.12.010 (2019).
7.Wang, L.-L. et al. Revisiting astrocyte to neuron conversion with lineage tracing in vivo. Cell, doi://doi.org/10.1016/j.cell.2021.09.005 (2021).
8.Rao, Y. et al. NeuroD1 induces microglial apoptosis and cannot induce microglia-to-neuron cross-lineage reprogramming. Neuron 109 (2021).
9.Xu, Z., Peng, B. & Rao, Y. Microglia replacement by microglia transplantation (Mr MT) in the adult mouse brain. STAR Protoc 2, 100665, doi:10.1016/j.xpro.2021.100665 (2021).
10.Xu, Z., Zhou, X., Peng, B. & Rao, Y. Microglia replacement by bone marrow transplantation (Mr BMT) in the central nervous system of adult mice. STAR Protoc 2, 100666, doi:10.1016/j.xpro.2021.100666 (2021).
11.Xu, Z., Rao, Y. & Peng, B. Protocol for microglia replacement by peripheral blood (Mr PB). STAR Protoc 2, 100613, doi:10.1016/j.xpro.2021.100613 (2021).
12.Xu, Z. et al. Efficient Strategies for Microglia Replacement in the Central Nervous System. Cell reports 32, 108041, doi:10.1016/j.celrep.2020.108041 (2020).

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