功能性质的人类神经干细胞在健康和疾病

文摘

神经元干细胞从各种源材料呈现独特的模型系统研究中枢神经系统(CNS)开发的基本属性以及疾病表型的分子基础。为了更准确地评估潜在的治疗神经系统疾病,近年来多种策略曾产生神经元的数量,准确地代表在活的有机体内地区和发射机表型。这些新技术包括直接体细胞类型转化为神经元和神经胶质可能加速衰老的成熟和留住基因特征。此外,小说形式的遗传操作带来了人类干细胞几乎与啮齿动物的基因打靶。神经元的中枢神经系统,最终表型特征在于概括能力等功能性质被动和主动膜特性、突触活动,和可塑性。这些特性严重依赖于协调数以百计的离子通道和受体的表达和定位,以及脚手架和信号分子。在本文我将强调知识的当前状态对人类神经干细胞的功能性质,主要关注多能干细胞。虽然重大进展,关键障碍必须克服为了让这项技术支持向临床应用进展。

1。介绍

技术创新在细胞培养模型的研究在过去的十年里已经彻底改变了中枢神经系统的发育和疾病过程。随着诱导多能干细胞(万能)和直接转换技术来创建诱导神经元(iNs),研究人员现在有能力检查细胞和分子途径在一个完全人类环境的遗传、药理和生理控制。例如,新型基因工程的方法如锌指核酸酶和故事,以及CRISPR / cas9,允许研究人员“正确”的突变细胞系从患病的病人1)或创建目标,疾病相关变异细胞“野生型”(2]。再加上改进的分化和规范各种神经元和神经胶质的血统,分析在体外表型可以仔细测试以前所未有的方式与同基因的控制线路。

尽管iPSC的重点研究的是解剖基础疾病过程的复杂的分子信号通路,神经科学家还必须考虑基因突变的影响和环境暴露功能神经元的性质。作为两个电激细胞在哺乳动物之一,许多疾病表型被认为在膜兴奋性表现为赤字或突触之间的沟通各种神经元数量。许多疾病,比如自闭症,精神分裂症和癫痫越来越称为channelopathies或synaptopathies [3,4),已知的蛋白质参与离子电导或突触传递突变或中断。行为障碍体现在已知病因的疾病源于两种单基因(例如,Rett综合症和脆性X综合征)或多基因(如唐氏综合症)异常历来被认为由于中断的一系列下游效应器功能,直到最近没有与神经元沟通。然而,这些病理信号流程开始升值导致网络中断函数通过改变一代,集成的突触电位,和/或可塑性。而在体外通常干细胞模型系统已经落后在活的有机体内之间的复杂的相互作用的研究中,细胞自动赤字在神经功能的影响和对网络处理的影响只是开始阐明甚至在动物模型。因此,干细胞模型现在不仅验证在活的有机体内发现还开发了新型假设关于人类发展和疾病的途径。然而,当务之急是干细胞生物学家识别机会和限制该系统的了解疾病的病理生理学。

在本文,我将调查最新进展有关的功能性质证明了多种类型的神经元干细胞包括万能和iNs。我将简要介绍关于被动和主动的概念属性的神经元来阐明如何用于评估神经生理成熟度和身份,关注glutamatergic和gaba ergic神经元。此外,我将讨论泛函分析的解剖病理过程与人类疾病有关。为我的目的,使用为研究和/或细胞则展示了类似的发现在基本功能属性(17]。因此,很少有例外适用的地方,我将使用更普遍的术语人类多能干细胞的神经元(hPSNs)指的是两个群体。

2。hPSC-Derived神经元的功能成熟

2.1。被动和主动膜性质

神经元的功能性质和他们的祖细胞是由ion-conducting通道激活各种刺激包括电压波动,分泌的配体,机械力(如拉伸)。现在的,要么使用分化技术由张先生和他的同事们(18)或钱伯斯和他的同事们19),占postmitotic细胞显示(相对)的功能特点与未成熟神经元在活的有机体内报告。绝大多数的报告表明,使用这些方法,没有指导规范特定细胞系,hPSNs区分前脑祖细胞会产生混合人口cortical-like glutamatergic和gaba ergic神经元(20.,21我们将集中讨论)。此外,相对纯兴奋glutamatergic神经元的数量和gaba ergic中间神经元可以指定使用外源性形态因子(见下文),但通常表达了类似的“默认”分化hPSNs功能性质。

被动膜性能主要是由三个特点:(1)电导nongated或离子通道“泄漏”,(2)薄膜电容(),(3)细胞质环境的电导。目前我们将忽略细胞质环境,因为这是不使用标准的测量膜片箝技术。通常,离子通道电导()是间接测量细胞输入电阻(),这是简单的电导的倒数()。被动膜属性被定义为那些仍然存在常数在信号过程,如动作电位的一代或突触活动。然而,这只对静态系统,通常发现在“成熟”的神经元;发展中细胞显示显著的变化当神经元增加神经乔木延伸的新质膜。这对hPSNs已经证明一致,值随时间显著增加在文化或添加星形胶质细胞(见下文)。通常可以被认为是渠道的数量单位面积膜,通常会降低神经元的成熟,显示进步的渠道到质膜。hPSNs,而和显示强劲的变化文化持续时间、价值通常类似于神经元的胎儿阶段后期,而不是成人的神经元在活的有机体内从主要的文化。例如,很少有例外(22),价值观是双重的低5倍,而测量对hPSNs五倍十倍高于初级啮齿动物神经元(21,23]。这可能只是反映了大多数研究中使用的相对较早的时间点,30周hSPNs记录在体外演示的意思是pF值高于50,值接近成熟的啮齿动物同行(24]。

细胞静息膜电位(RMP)是另一个代理来确定神经元成熟。多个报道表明,RMP减少hPSNs在文化和长时间几个月后可以达到相对成熟的水平(7,21,25]。值得注意的是关于RMP报告,存在广泛差异在文献中关于使用液体接界电势(LJP)薪酬调整RMP基于微分离子浓度在细胞内和细胞外记录解决方案26]。在RMP报道,这可能导致的差距随着LJP补偿可以通过10到15 mV RMP价值观的转变(几乎总是负方向)取决于使用的解决方案。我们建议使用LJP的补偿和/或平行录音从初级神经元23)验证rmp记录是准确的。RMP的电导在很大程度上取决于离子通过泄漏或nongated渠道,特别是钾(K⁺)在神经元通道。K的身份⁺泄漏通道在啮齿动物神经元仍然是未知的,直到1995年尽管大多数电压的克隆和/或特征,ligand-gated频道。然而,现在知道一个大家庭的二端口形成KCNK渠道主要是负责K⁺电导驱动RMP (27]。因为RMP发展hPSNs随时间在文化、这电导可能相对增加。虽然功能演示尚未报道,基因表达研究支持这一观点KCNK3和KCNK10随着时间的推移演示增加转录丰度(28]。

泄漏和电压门控钾和钠离子通道相互作用决定了内在活性神经元的膜性能,包括产生动作电位的能力(APs)。几乎所有研究量化美联社代hPSNs展示发展的相对不成熟飙升表型在早期时间点与更成熟的美联社重复峰值发射特征。除了数量的增加峰值/火车,美联社成熟包括更大的振幅,短美联社一半宽度(速度峰值),和更低的阈值飙升的潜力(29日]。然而,即使是最成熟hPSNs,个人APs仍然显示长时间的一半宽度,温和的振幅和更少的峰值/火车相比在活的有机体内报告。有趣的是,发展潜在电压门控电流峰值代非常相似在活的有机体内研究。例如,电压门控K⁺在早期发展中皮层和电流普遍持续发现心室的祖细胞和subventricular区(30.,31日]。祖细胞退出细胞周期和区分,只有小幅增加观察总K⁺电流,而持续贡献的总电流的比例()和瞬态()电流变化30.,32]。目前主要是负责快速复极化峰值发射期间,允许重复美联社的一代。类似于在活的有机体内数据,hPSNs显示逐步增加当前文化随着时间的推移,这相似之处的能力产生重复美联社列车(21]。不像v-gated K⁺电流,祖细胞通常缺乏v-gated钠(Na⁺)电流(,(30.,31日])。然而,即使早期postmitotic神经元演示相对强劲电流(8),这表明适度的增加而延长文化时期(21,25,33]。在一起,高和rmp以及低,呈现hPSNs相对比成熟的同行更兴奋。因此,尽管小得多的意思电流比成人的神经元在活的有机体内hPSNs能够火APs较小的电流注入,本质上和很大一部分是活跃。此外,少数hPSNs显示属性类似于神经元在活的有机体内,如附近的电流大于10 nA, LJP-adjusted rmp−70 mV值大于70 pF ([34),韦克,未发表的观察)。然而,在个人hPSNs可变性,盖玻片,分化方法和实验室导致平均值像未成熟的细胞典型的啮齿动物的胚胎后期阶段。

2.2。Glutamatergic传输

快速兴奋大脑神经主要是由glutamatergicN-methyl-D-aspartate (NMDA)和α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic酸AMPA受体。主要通过Na AMPARs调解相对快速的去极化⁺涌入,四聚物的议会议员组成的GluA1-4子单元(35]。GluA2亚基的独特之处在于,它经历了一个ADARB1-dependent转录后的修改,改变了信使rna序列编码氨基酸607(谷氨酰胺(Q))密码子编码精氨酸(R)在M2孔隙通道的形成区。Q / R编辑带来几个重要属性编辑时AMPARs GluA2子单元存在,包括钙(Ca^{2 +}多胺)不渗透性,不敏感块,减少了单通道电导(36]。在海马体和大脑皮层,绝大多数的AMPA受体包含GluA2编辑,这主要形式heteromers GluA1 [37,38]。然而,一些报告表明,在早期的发展过程中,未经编辑GluA2子单元占主导地位,与编辑单元交换成熟期间(39]。估计公司的编辑GluA2 hPSNs,比赛中et al。(2014)分析了AMPA-evoked电流估计意思是单通道电导在两个时间点。他们发现显著降低AMPAR电导比枚神经元两星期后5周后电镀。此外,相比之下,有没有细胞,神经元镀只有2周显示精胺显著更大的敏感性。这些数据表明符合公司发展转变的编辑GluA2老hPSNs [40]。有趣的是,GluA2 mRNA表达远远超过其他GluA子单元,而水平的ADARB1增加在hPSN分化(28),表明其表达率限制GluA2编辑与之前的一致在活的有机体内研究[39,41]。

AMPARs相比,NMDARs不成熟神经元的突触传递所需的大部分大脑区域但似乎发挥重要作用引发的变化是可塑性的基础。这个属性在很大程度上是由于他们行为的能力^{2 +}作为第二信使,通过激活各种下游激酶和磷酸酶的瀑布42]。类似AMPARs, NMDARs也认为是由四聚物的装配单元,但表现出强烈要求公司NR1 (GluN1)的亚基,与变量的NR2子单元(GluN2A-D)和/或NR3 (GluN3A-B)子单元43]。在不同的兴奋性突触,包括丘脑和大脑皮层神经元,发育研究表明一个开关主要NR1 / NR2B-containing NR1的/ NR2A-containing受体(44,45]。各个亚基组合赋予NMDARs关键属性,在NR2B-containing受体展示显著延长电流和更大的敏感性不同受体阻滞剂(43]。类似的发展切换NR3子单元,在胚胎和早期胎儿时期NR3A主导,在成年和NR3B表达增加(46,47]。使用dual-SMAD抑制在声波刺猬抑制剂的存在,Dolmetsch和他的同事们展示了强劲NMDAR在iPSNs电流(12]。也发现了类似的结果,古普塔hESNs et al .(2013),显示glutamate-induced毒性,被NMDAR拮抗剂MK801 [48]。最后,从比赛中最近的一项研究和他的同事报道,NMDA-dependent突触可塑性可以诱导hPSN文化使用NMDAR激活。50分钟后去除细胞外毫克^{2 +}和治疗的文化与甘氨酸hPSNs被发现增加自发破裂的同步性和振幅,这可能被AP5 [49]。这是第一个数据支持的想法在体外生成hPSNs可以接受长期突触效能的变化。

2.3。gaba ergic传输

抑制性神经元表达的中枢神经系统神经递质的GABA有两种主要形式:投射神经元(1)和(2)中间神经元(INs,不是与诱导神经元混淆(INs))。gaba ergic投射神经元包括媒介棘神经元(msn)的基底神经节和小脑浦肯野神经元,使远程遥远的大脑区域之间的连接。gaba ergic INs占据了几乎所有的大脑区域在不同程度和接触兴奋性神经元和其它抑制本地INs在这些地区。虽然INs代表只有20%的哺乳动物大脑皮质的进化,他们主要负责维护excitatory-inhibitory平衡在当地的电路。例如,中断函数中已经涉及到多种神经系统疾病包括阿尔茨海默氏症、自闭症、癫痫、精神分裂症(50- - - - - -53]。

早期功能hPSNs的研究揭示了存在自发的抑制性突触活动默认有区别的文化(21]。基因表达(28)和采用免疫分析(7)确认存在的许多基因参与规范,但这些gaba ergic神经元的确切性质还有待确定。报告使用NKX2.1-GFP记者行展示了高纯度的WNT对抗gaba ergic INs的使用组合搭配的祖细胞治疗ventralizing成形素声波刺猬(嘘)[24,54]。与默认的细胞缺乏Nkx2.1和多数成熟的标记(55),直接分化产生的多个标记内侧神经节隆起(兆欧),皮质INs的主要来源(56]。除了这些文化显示出强劲的从Nkx2.1表型的多样性⁺祖细胞。Postmitotic等标记的神经元表达一系列通用ASCL1和DLX2,在开发的后期,表示subtype-specific标记如calretinin (CALB2),小清蛋白(PV)和生长抑素(SST)。此外,重要的表达功能抑制等标记GAD1(GAD67),SLC32A1(VGAT),SLC6A1后来观察到相对时间点。此外,表达分析(28)和药理的解剖电流本身(57]表明hPSNs 7周的年龄主要表达组成的α2/3,β3 -γ2单元,也就是胚胎皮层的主要成分(58]。这个谎言与更成熟的神经元主要表达α1-subunit-containing(59]。

神经元兴奋性神经元相似,默认分化gaba ergic和导演INs显示逐步增加的频率和振幅激增,美联社一半宽度,减少和敏感的突触活动增加拮抗剂苦味毒和荷包牡丹碱。功能还INs显示相对不成熟相比,他们的属性在活的有机体内同行,在某些报道,出现延迟甚至比兴奋同行(24]。在活的有机体内INs,占领大脑皮层和海马显示最广泛的表型的神经元人口激增,包括定期(通常10 - 20 Hz)激增,快速飙升(> 30 Hz),不规则的飙升,延迟强化,破裂,口吃56,60]。然而,绝大多数的hPSN-derived INs似乎证明定期飙升表型与少数显示延迟强化属性(61年]。这可能是由于缺乏网络活动在体外在INs从感官纤维缺乏适当的神经支配。在开发的一个流行的假说是,尽管亚型的规范INs转录发生在兆欧/ CGE祖细胞的分化,成熟的功能属性取决于从突触前神经元和神经支配可以高度特定亚型(56,62年]。这种所谓的“在工作中学习”可能是hPSN-derived INs所需各种亚型实现全功能状态。

2.4。神经胶质细胞的作用

在初级神经文化以及在活的有机体内,先前的研究已经表明,星形胶质细胞扮演了一个重要的角色在促进神经元的成熟,特别是通过对突触发生的影响63年]。报告使用神经元干细胞证实了这些调查结果和建议额外的角色在促进神经胶质神经元成熟。首先,Johnson et al。(2007)表明,相当数量的星形胶质细胞分化从默认的前脑祖细胞在6 - 7周的文化。这是一致的外观自发兴奋性和抑制性突触后电流在hPSNs (sEPSCs和sIPSCs)。此外,hPSNs种植在老鼠大脑皮层星形胶质细胞发达sEPSCs / sIPSCs明显更早的时间点相比,文化没有星形胶质细胞增加(21]。陈和他的同事们扩展这些研究表明小鼠皮层星形胶质细胞增强生存,探明的分枝,美联社发射和sEPSC / sIPSC频率和振幅。本研究最引人注目的发现之一是glial-induced增加电容(pF);hPSNs 60天不星形胶质细胞表现出典型的增长大约27 pF,而coculture实现价值约120 pF,价值观更典型的初级啮齿动物大脑皮层和海马神经元34]。虽然这可能部分是由于增加树突的复杂性,目前尚不清楚这些结果独有的特定的细胞类型,与其他报告显示更温和增加hPSN电容在星形胶质细胞的存在23]。

2.5。在体外网络属性

绝大多数的报告到目前为止都集中在hPSN功能片夹在单个细胞水平(21,25,33]。然而,这些细胞形成自发的主动网络的能力是进行大规模的极大兴趣在体外药物筛选、毒理学研究和了解整个网络上疾病病理性质。有趣的是,据报道,网络来自默认分化细胞很少产生自发的同步脉冲但能够采用网络活动当cocultured分离小鼠皮层神经元。有人建议,缺乏破裂hPSNs可能是由于很大一部分的存在抑制性中间神经元的23]。这个想法已经被报告支持使用各种分泌因素驱动glutamatergic分化,在兴奋hPSNs能够更多数量的纯网络破裂(49,64年]。然而,它可能是人口相对稀疏的情况下兴奋性神经元不是能产生破裂或补丁的夹紧的单个细胞不足以检测相对稀疏的或罕见的网络激活,而Ca^{2 +}大量的细胞成像([更敏感49),但看到65年])。

识别网络激活高吞吐量的方式,多个实验室采用多级阵列(MEA)记录平台。小鼠ESC-derived神经元的初步研究表明,细胞能够形成自发的主动网络(66年,67年]。类似于研究使用全细胞片夹紧,观察活动从单一峰值逐渐发展到更复杂的列车,随后破裂(66年,67年]。验证人类ES细胞衍生的神经网络形成通过MEA录音之后不久(68年]。类似于小鼠系统,早期形式的活动采取单峰值检测的形式在不同的节点随机分布;这些峰值反映轴突和/或树突发展中网络的信号。随着网络的成熟,就像飙升给同步破裂,这被认为是成熟的信号网络的活动(68年,69年]。神经元网络活动hPSNs和mESC-derived似乎兴奋和抑制性突触活动由这些文化应对AMPA / kainate GABAA受体阻滞剂(门冬氨酸,67年,68年]。有趣的是,观察破裂中的少数记录电极是平台,这些节点记录破裂集群也广泛分布。因此,它可能是本地网络的情况下在一个文化能够形成破裂网络而其他人保持非功能性或简单地显示独特的网络性能。在任何情况下,意味着记录提供了一个强大的工具来分析细胞类型特异性的影响,遗传、环境暴露和分化方法的功能发展网络行为。

2.6。诱导神经元的功能性质(iNs)

尽管大量的好处iPSC系统,他们有很大的局限性包括效率低下(通常不到1%的细胞重新编程)和时间强度(重组和分化通常需要3 - 4个月)。此外,多能性相关的基因不稳定和肿瘤发生[70年]。为了克服这些问题,直接转换的体细胞用于生成功能神经元从野生型和病变组织。首次开发在体外用成纤维细胞(71年),多个报告还展示了在活的有机体内转换astroglial细胞(72年,73年),这可能是有用的作为替代细胞替代治疗再生的目的。多个报告的功能性质的人类iNs(张敬轩)很好地总结了Chinchalongporn和他的同事们(29日),显示,大多数的人在体外研究使用各种组合重组因子报告类似于hPSNs成熟水平,尤其是对成年体细胞重编程,基于大量的被动和主动的属性。例如,尽管一些张敬轩火动作电位转换早在8天后,大多数张敬轩显示rmp相对去极化的潜力(大于−40 mV),低(< 40 pF)和高值(1 - 2 MΩ)。此外,大多数报告使用cocultures iNs的初级神经元和星形胶质细胞诱导突触的形成;令人信服的成年细胞的突触形成的示范使用转换没有cocultures仍然遥遥无期。相比之下,iNs从胚胎干细胞转换使用单个转录因子显示功能性质更相似在活的有机体内与快速发展的飙升和突触活动。多个报道证明了iNs的效用来源于干细胞模型相关的疾病如neuroligin-3 [74年)和神经元表面突变(见下文,2)或许构成了各种神经系统疾病,如自闭症。

3所示。实用赤字的神经系统疾病

出现多个神经紊乱被认为由于功能性质的改变包括发育障碍,如自闭症谱系障碍(ASD),唐氏综合症,Dravet综合症(8- - - - - -10],此病的,精神分裂症(SCZ)和神经退行性疾病如阿尔茨海默病(AD)、肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS),亨廷顿氏病(HD),和脊髓性肌萎缩(SMA)。表1总结了许多最近的考试功能病变hPSNs表型。一个统一的主题已经开始开发这些障碍,关注excitation-inhibition平衡的概念作为一个端点电路级功能障碍。虽然特定疾病的病因可能与个体基因赤字(例如,基因突变的MECP2 Rett综合症),功能障碍的最终表达式位于神经元兴奋性和突触整合水平。最近的研究人类干细胞的神经元已经确定了多个功能验证其他临床前模型和赤字,在某些情况下,显得非常具体。

最早的考试使用hPSNs模型功能的赤字是由Paşca et al。(2011)研究的错义突变电压门控钙的影响^{2 +}通道CACNA1C (),导致盖综合症(15]。而最严重的表型与盖综合症是心律失常有关,患者还患有发育迟缓(75年]。神经元携带突变显著延长AP显示持续时间以及更大的海拔在维持细胞内。当Ca^{2 +}作为第二信使引发长期的细胞功能的改变,盖综合症神经元显示显著改变depolarization-induced基因表达与控制。这些变化与神经元分化的差异在体外并通过比较转基因老鼠携带突变。

使用MEA录音,伍尔夫和同事研究了运动神经元的自发发射性质来自ALS患者携带突变与野生型细胞无关。ALS hPSNs显示大幅飙升,没有大变化观察被动膜性质,可通过基因修正的修正突变。有趣的是,延迟整流钾电流由KCNQ家族Kv7通道在ALS hPSNs明显下降,管理Kv7兴奋剂retigabine减少兴奋过度,造成明显的超极化EC50为1.5 ~ 6 mVμM(表1)。基因表达分析表明,KCNQ2通道可能是负责这些影响,符合表达在皮层(5,28]。然而,先前的报道没有确定KCNQ家族与ALS,这可能表明使用ALS hPSNs人类特有的效果。有趣的是,超兴奋性可能是一个潜在的运动神经元疾病常见的机制。刘和他的同事们有区别的运动神经元来自hPSNs携带突变/删除的运动神经元生存基因(SMN),导致脊髓性肌萎缩(SMA)。SMA神经元显示低阈值的美联社的一代,更大的峰值振幅和更大的频率。此外,SMA运动神经元表现出增强的电流和更快的恢复率,所有这一切被表达野生型SMN的恢复(14]。增加峰值发射的突变hPSNs相比,金尼尔和他的同事们发现,美联社振幅降低而衰变是长期在hPSNs Williams-Beuren综合症万能,删除~ 25个基因引起的7号染色体上(16]。同样,hPSNs源自HD患者(11,76年]显示扩展CAG重复(例如,180)杭丁顿蛋白基因显示减少高峰一代与增加细胞死亡(11]。因此,功能表型,跨度从超光谱——hypoexcitability可以使用hPSNs建模了解疾病的病理特征。

除了飙升表型,多个报告发现赤字在突触水平或许构成了各种神经系统疾病。例如,在神经元来自万能Rett综合症或Phelan-McDermid综合症患者(pmd),兴奋是神经受损的sEPSCs振幅和频率的降低(12,13]。在pmd神经元兴奋性传播是选择性受损,导致损失的E /我的平衡。然而,E /我通过Shank3基因超表达的平衡可以恢复或治疗与IGF1的文化,它选择性地增加sEPSC振幅和频率12]。相比之下,sEPSCs和sIPSCs同样的频率减少iPSC-derived神经元从称21三体综合症患者(唐氏综合症的原因)7),导致整体安静网络活动。重要的是,生理数据与突触前的采用标签synapsin-1蛋白质,表明突触发展的障碍,不管发射机表现型。同样,Sudhof和他的同事使用hPSNs和诱导神经元模型(iNs)精神疾病(例如,ASD和SCZ)通过创建杂合的条件neurexin 1 (NRXN1)突变在人类胚胎干细胞(为)。他们发现,杂合的功能丧失NRXN1对神经元分化和突触发生突变没有影响,因为标签Syn1相当控制神经元。然而,NRXN1突变体神经元受损严重的神经递质释放stimulus-dependent的方式。有趣的是,这种表型是特定于人类神经元鼠标Nrxn1a突变表现出没有表型(2]。

最近,莫顿和他的同事们研究了hPSNs的表型分化的细胞来自患者I型双相情感障碍(BD, [6])。本研究在一个优雅的设计细胞来自BD患者显示临床反应^{2 +}(LR)和那些停止响应(NR)。有趣的是,两种群hPSNs显示hyperexcitable属性,增加自发和诱发美联社频率和振幅,低门槛的激活,增加控制hPSNs相比。有趣的是,治疗1毫米氯化锂的文化消除这些差异有选择地在hPSNs源自LR病人,但不是从NR的病人。然而,细胞从NR病人确实显示响应抗癫痫药物拉莫三嗪。作者描述了诱导的基因表达的变化^{2 +}治疗和发现一些潜在路径改变,包括与能源有关的基因体内平衡和线粒体功能,PKA / PKC信号和K⁺频道。

4所示。结论和观点

自2007年创建万能和iNs在2010年,他们被用来检查疾病表型数以百计的出版物。因此,在很短的时间内对我们理解这些平台有显著影响疾病的病理学和治疗,可能会改变转化研究的方向。对功能表型,是非凡的在体外生成的细胞可以概括度高的疾病特异性的许多方面(表1)。hPSNs和iNs来表达各种压敏电阻器和独立的离子通道,适当的ligand-gated为各种神经递质受体,形成自发的神经网络和能力以及整合与建立网络从动物由数百万年的进化历程。此外,现在新兴的报告表明,信号机制hPSNs存在改变突触效能,确定全功能的神经网络的一个关键因素。因此,守恒的发展过程存在的数量在体外支持了使用hPSNs和iNs来揭示小说,可能人类特有的分子通路管理功能成熟,功能障碍,和退化。

然而,与任何新工具我们必须警告overinterpretation任何个人的意义的发现,尤其是在光的未成熟神经元派生的性质和时间的可变性和细胞类型。我和其他人表示(77年],hPSNs和iNs实现功能表型类似胚胎和早期产后啮齿动物神经元。高通量转录组研究很大程度上同意这些研究结果,表明一些更成熟的hPSNs迄今报告显示表达谱相似midgestational人类胎儿脑组织(78年]。此外,在许多分化模式只有一小部分神经元突触标记显示(2 - 5%,12]),大多数文化中仍然含有大量的祖细胞,不存在于大多数成年人的大脑区域。此外,在细胞通常需要使用cocultured星形胶质细胞或主神经元形成功能性突触(2),和直接转换成年细胞产生神经元的功能比从新生儿细胞不成熟。有趣的是,旧的细胞iNs似乎保留老细胞的转录项目,而转换成一般的细胞则消除了与年龄相关的表观遗传签名(79年]。因此,这将是至关重要的,提高神经元的成熟adult-derived iNs在雇佣他们之前与年龄相关的疾病的研究。此外,虽然coculturing健康细胞“病”在一起可以帮助理解细胞自动与全球网络赤字,健康细胞的存在可能会掩盖功能赤字由于旁分泌和contact-mediated改变突触的发展。表2比较的一些主要特征hPSNs和iNs为实验设计考虑。

对hPSN可变性,正在努力生成单个细胞的转录组和形态特征与功能特性hPSNs为了帮助识别神经元的子类。通过结合使用定向分化、细胞分类和基因编码的记者,推导纯发射机的数量和功能phenotype-specific神经元一些实验室是一个可以实现的目标。这些技术将特别有用的细胞疗法。与持续改进降低tumorgenicity和异常分化通过使用insertion-free方法和筛选,则出现将彻底改变替代疗法通过功能集成与适当的神经回路。尽管警示,这是令人兴奋的看到许多干细胞研究人员认识到功能分析的重要性作为一个补充的生化研究。改进的注意和其他地方29日,80年),发育和疾病建模与人类干细胞有可能打破新地面不同的疗法以及揭示统一机械的见解看似不同的疾病病理。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是支持部分由美国(P20GM109089)和国家酒精滥用与酒精中毒研究所(P50AA022534-01)。

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