Nature:iPS细胞为疾病研究插上翅膀
生物通 · 2016/08/12
在一项跨越遗传学、干细胞和脑与行为科学的研究中,加州大学圣地亚哥分校的研究人员和Salk生物研究所的同事们一起,构建出了一种罕见遗传病的神经发育模型,提供了有关人类社会化大脑潜在神经生物学的一些新见解。研究结果发布在8月10日的《自然》(Nature)杂志上。


在一项跨越遗传学、干细胞和脑与行为科学的研究中,加州大学圣地亚哥分校的研究人员和Salk生物研究所的同事们一起,构建出了一种罕见遗传病的神经发育模型,提供了有关人类社会化大脑潜在神经生物学的一些新见解。研究结果发布在8月10日的《自然》(Nature)杂志上。

科学家们调查了Williams综合征(WS),这一罕见的遗传疾病是由于7号染色体上缺失25个邻接基因所致。在全世界每1万人中就有一人受累于WS,美国人的发病率预计为1/20,000。这一疾病无性别和文化差异。

WS可导致一系列的健康问题以及一种特殊的心脏缺陷。患者通常显示一种独特的面容:小朝天鼻、大嘴、厚嘴唇和小下巴,也可能还有一些牙齿和骨科问题。在神经系统方面,他们发育迟缓,但在语言应用和面部信息加工方面具有相对优势。

研究的共同作者、Salk生物研究所认知神经科学实验室主任、加州大学圣地亚哥分校兼职教授Ursula Bellugi说:“一个有趣的方面是典型的超社会化倾向。WS患者往往过于友好,过度信任,及接近陌生人,但他们表现焦虑。”

然而,Bellugi说一直以来都不清楚遗传学与WS行为方面之间的关联。“一个人类疾病模型可以填补这一科学空白,帮助认识这一疾病背后的机制。”

共同资深作者、加州大学圣地亚哥医学院儿科学、细胞与分子医学副教授Alysson Muotri博士被WS吸引,是因为这一疾病与他一贯研究的自闭症有很大的不同,后者是以低社交能力和语言能力为特征。

“我对一种遗传缺陷:我们一条染色体中的微小缺失,使得我们更加友好,更善解人意,更能接纳我们的差异感到着迷,”Muotri说。

近年来,Muotri和同事们利用来源于自闭症患儿丢弃乳牙的重编程诱导多能干细胞(iPSC)构建出了体外自闭症模型,这项工作被称作为“牙仙子计划”。在这里他们再次这么做了。

一开始研究人员从WS幼儿捐献的牙齿中提取出了牙髓细胞。随后重编程这些细胞成为了神经祖细胞——它们能够形成与培养皿中发育的人类大脑皮层相似的功能性神经元网络。

Muotri 说:“我们发现由于高水平的细胞死亡,WS神经祖细胞无法增殖。由于祖细胞的低水平复制,WS大脑皮层表面积缩小。”加州大学圣地亚哥医学院神经科学系教授Eric Halgren和同事们对一位研究参与者进行磁共振成像证实了这一观察发现。

培养的WS神经元具有不同的形态。相比于来自正常发育个体的神经元,它们有更多的分支(树样,有着许多的树突分支)。Muotri说:“在功能水平上,它们比你所预期的生成了更多的突触。这或许是WS超社会化方面和他们爱好交际的人类大脑的基础,这提供了有关自闭症和影响社会化大脑的其他疾病的一些新见解。”

共同资深作者、加州大学圣地亚哥分校人类学教授Katerina Semendeferi利用一些稀有的WS尸检大脑组织证实了这种神经元形态。“一个惊人的观察发现是,WS个体中的这些皮层神经元比对照人群(同年龄正常发育儿童)的要复杂。这一有可能在WS妊娠期间出现的形态改变保持到了出生后。”

Muotri指出,并非简单复制来自其他模型的数据,该研究代表了利用iPSCs和培养皿中大脑技术生成有关疾病过程新见解的第一项研究工作。

除此之外,他相信研究WS或可帮助解释是什么使得人类成为社会性动物——这是人类进化中一个重要的发展。Muotri说:“是我们的社会能力使得我们成为协作的物种。能够通过创造诗歌、音乐和技术来显著改变我们的环境。”

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