SiNAPSA, torek, 7. april 2020

eSiNAPSA

Spletna revija za znanstvenike, strokovnjake
in nevroznanstvene navdušence

Nevroznanost in matične celice – kaj je novega?

Poročilo s konference raziskovalnega inštituta New York Stem Cell Foundation 2019

Maša Čater

Da je znanost izredno živa panoga delovanja, polna neustavljivega raziskovanja, nam verjetno ni potrebno posebej poudarjati. Izredni razmahi odkritij se v zadnjih desetletjih dogajajo tudi na področju nevroznanosti. V tem času smo odkrili, katere celice najdemo v centralnem živčnem sistemu, kaj je njihova funkcija in vzroke marsikatere bolezni živčnega sistema. Vzroki in potek nekaterih nevrodegenerativnih bolezni pa še vedno ostajajo neznanka, žal prav tako njihovo zdravljenje. Velik terapevtski potencial izkazujejo matične celice, ki so predmet raziskovanja novodobne celične nevroznanosti. Več o najnovejših odkritjih s tega področja je bilo v oktobru 2019 predstavljeno na konferenci raziskovalnega inštituta New York Stem Cell Foundation na zasebni Univerzi Rockefeller v New Yorku, ZDA (slika 1).

 Slika 1: Otvoritev konference o matičnih celicah v nevroznanosti, ki jo je organiziral raziskovalni inštitut NYSCF.
Slika 1: Otvoritev konference o matičnih celicah v nevroznanosti, ki jo je organiziral raziskovalni inštitut NYSCF.

Novosti s področja genetike in genomike celične nevroznanosti

V celični biologiji se še zmeraj ukvarjamo z razlago treh temeljnih vprašanj, in sicer:
a) Kako se posamezne celice diferencirajo in oblikujejo kompleksna tkiva?
b) Kako ta tkiva delujejo koordinirano in fleksibilno, da lahko vzdržujejo homeostazo na ravni organizma? c) Kateri so genski regulatorni mehanizmi, ki podpirajo vse te procese?

Celična in prostorska genomika nam danes že odpirata pot do odgovorov na ta vprašanja. S prvo generacijo tehnik celične genomike smo odkrili nenavadno bogat fenomen heterogenosti celičnega obnašanja. Smo v dobi, ko so v izdelavi pravi celični atlasi, kjer so podrobno opisani vsi tipi živčnih celic, njihova porazdelitev v tkivih in načini, s katerimi se povezujejo z drugimi tipi celic. Tako nastajajo atlasi celičnih usod (diferenciacija, razvoj), atlasi o specifični lokaciji celic v določenem času razvoja in atlasi o celičnih linijah 1.

Genomi sesalcev se pri normalnem razvoju možganov zlagajo v edinstvene topološke strukture, ki se med samim razvojem še precej spremenijo. Najnovejša odkritja kažejo, da epigenetski faktorji vplivajo na obliko zloženega genoma v višje ravni in s tem na regulatorne mehanizme, ki narekujejo usodo živčne celice v možganih sesalcev. Do sedaj je bilo ugotovljeno, kako transkripcijski in epigenetski faktorji delujejo na linearni genom in s tem usmerjajo razvoj nevronov in njihovo funkcijo. Vendar še vedno nismo sposobni prenesti tega znanja o aktivnem usmerjanju usode nevronov na zdravljenje bolezni možganov in vivo. Najnovejše raziskave se zato osredotočajo na proučevanje načina zlaganja genoma v 3D-strukturo in reverzibilnega raztezanja v linearno strukturo v primeru razvoja nevronov in sinaptogeneze ter kako ti vzorci zlaganja vplivajo na specifičnost in zorenje nevronskih povezav v sklopu normalnega razvoja možganov sesalcev. Po drugi strani se izvajajo tudi študije, kjer proučujejo, kdaj in zakaj pride do napačnega zlaganja genoma pri nevrodegenerativnih boleznih in kako bi zlaganje genoma s posebnim inženiringom oblikovali tako, da bi kontrolirali usodo nevronov in proaktivno delovali proti nastanku in napredovanju razvojnih in degenerativnih nevroloških bolezni 2.

Na konferenci je bil predstavljen tudi projekt GTEx (Genotype Tissue Expression Consortium). Ta obsega izjemno obsežno podatkovno bazo variacij človeškega transkriptoma med posamezniki. Baza temelji na 17.382 sekvenciranih vzorcih RNA iz 54 tkiv, pridobljenih iz 948 post mortem darovalcev (slika 2). Predstavljeni so bili končni rezultati analiz projekta in potrjeno je bilo, da je celična sestava tkiva osnova za obstoj genetskih variacij med tkivi. Tkiva s podobnimi genetskimi variacijami vsebujejo podobne tipe celic. Z vpogledom v regulatorne genetske variacije smo pridobili novo znanje o mehanizmih delovanja in sami specifičnosti tkiv, med njimi tudi možganov 3.

Slika 2: Shematsko prikazan postopek dela v [Projektu GTEx](https://www.genome.gov/Funded-Programs-Projects/Genotype-Tissue-Expression-Project).
Slika 2: Shematsko prikazan postopek dela v [Projektu GTEx](https://www.genome.gov/Funded-Programs-Projects/Genotype-Tissue-Expression-Project).

Konference se je udeležilo preko 500 raziskovalcev, študentov in vodij, ki so delili svoje najnovejše znanstvene dosežke v translacijskih raziskavah z matičnimi celicami in s tem prispevali k celični znanosti ter odkrivanju delovanja bolezni, novih terapij in k razvoju precizne medicine. Povzetek dogodka je objavljen tudi na spletni strani NYSCF, kjer bodo objavljene tudi napovedi za naslednjo konferenco v letu 2020.

    ___
  1. Ecker J. R., Geschwind D. H., Kriegstein A. R., Ngai J., Osten P., Polioudakis D., Regev A., Sestan N., Wickersham I. R., Zeng H. 2017. The BRAIN initiative cell census consortium: lessons learned toward generating a comprehensive brain cell atlas. Neuron, 96, 3: 542-557. 

  2. Norton H. K., Phillips-Cremins J. E. 2017. Crossed wires: 3D genome misfolding in human disease. Journal of Cell Biology, 216(11): 3441-3452. 

  3. Kim-Hellmuth S., Aguet F., Oliva M., Munoz-Aguirre M., Wucher V., Kasela S., Castel S. E., Hamel A. R., Vinuela A., Roberts A. L., Mangul S., Wen X., Wang G., Barbeira A. N., Garrido-Martin D., Nadel B., Zou Y., Bonazzola R., Quan J., Brown A., Martinez-Perez A., Soria J. M., Getz G., Dermitzakis E. T., Small K. S., Stephens M., Xi H. S., Im H. K., Guigo R., Segre A. V., Stranger B. E., Ardlie K. G., Lappalainen T. 2019. Cell type specific genetic regulation of gene expression across human tissues. bioRxiv preprint, 16.10.2019, doi: https://doi.org/10.1101/806117. 

asist.-razisk. dr. Maša Čater, univ. dipl. bioteh.
Laboratorij za genomiko živali
Inštitut za predklinične vede
Veterinarska fakulteta Univerze v Ljubljani