利用 Axion Maestro研究肌萎缩侧索硬化症

提要:

HSCI(哈佛大学干细胞研究所)的研究人员将源自不同基因突变类型的ALS患者的诱导多能干细胞分化为脊髓运动神经元,建立和验证了ALS体外疾病模型。利用此模型,研究人员发现大多数家族性ALS基因突变都导致了神经元过度兴奋和容易死亡。研究发现,一种FDA已经批准的抗癫痫药可以提高患者来源的运动神经元的生存率和降低放电活性。由于此项硏究,该药物迅速进入了ALS的临床实验。这个工作的两篇相关的论文分别发表在2014年4月的 Cell Stem Cell和Cell Report杂志。

除了基因突变,表观遗传变异也可能与ALS相关。Northwest大学的科研人员发现,缺乏一种DNA甲基化酶DNMT3A,会抑制和激发一些转录因子的表达,导致改变了运动神经元的分化命运。而且,即使分化成运动神经元,这些细胞也存在形态和电生理功能上的异常。这个工作的论文发表在2018年4月的Cell Stem Cell杂志。

ALS

肌萎缩侧索硬化症( Amyotrophiclateral sclerosis,ALS),俗称“渐冻症”,是一种运动神经退行性病变的致命疾病。运动神经元位于大脑,脑干和脊髓中,负责联系中枢神经系统和全身的随意肌。

到目前,10%的病例被认为是“家族性ALS”,已经发现了涉及二十几个基因位点的一百多种突变类型。全基因组关联硏究发现,家族性ALS患者和一些散发性ALS患者的基因变异有许多相似之处。这些基因变异可能使人们更容易遭受ALS影响。

ALS体外疾病模型建立和验证

两名携带SOD1 A4V/+突变的患者(39b,RB9d)和两个健康对照(11a和18a)的皮肤成纤维细胞经重编程成为诱导多能干细胞,随后在同一块MEA多孔板的不同孔中,相同条件下培养分化为脊髓运动神经元。分化培养4周后,利用 Axion Maestro同时记录和比较四组细胞放电,显示突变细胞自发放电活性明显高于对照(图一,图二),这证实了之前临床上发现的ALS神经元“过度兴奋”的特征,也验证了体外疾病模型的可靠性(1)。此外,发现突变细胞凋亡率高,胞体变小;而对动作电位电流的分析,则发现钾离子通道受到抑制,Retigabine(一种钾离子通道开放剂)可降低放电,提高存活率。

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The Theory of Everything? 

SOD1A4V/+ALS20%,,?,,C9ORF72(ALS4050%)FUS

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Axion Maestro

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DNAALS

Cell Stem Cell,Evangelos Kiskinis西,2018Cell Stem cell,DNAALS

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Axion maestro,3AKO,MEA,1440,3AKO(),(5)

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ALSDNA,,Kiskinis,,?

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Maestro MEA

,, MEA

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