来自斯坦福大学医学院、霍华德·休斯医学研究所等机构的研究人员发表了题为“Neurons generated by direct conversion of fibroblasts reproduce synaptic phenotype caused by autism-associated neuroligin-3 mutation”的文章。该研究通过将来自突变小鼠胚胎成纤维细胞转分化得到神经细胞,证明了这种方法在细胞疾病模型中的有效性。这一成果发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。
文章的通讯作者是斯坦福大学医学院的Thomas C. Südhof博士和Marius Wernig博士。其中,Südhof博士刚刚荣获2013年诺贝尔生理学或医学奖,他一直致力于神经生物学研究,在神经科学领域享有极高声誉,特别是对神经递质释放的分子生物学机制及突触传递影响的研究作出了卓越贡献。
在模拟人类疾病的研究中,一个主要挑战是复制与非神经元细胞存在差异的神经元细胞疾病表型,例如多能干细胞或成纤维细胞。目前,利用转分化方法可以复制内源性疾病表型,但相关的确凿证据仍然较少。
在这篇文章中,研究人员通过转分化将成纤维细胞直接转换成神经元细胞。得到的诱导神经细胞,如果来自之前研究发现的与自闭症相关的neuroligin-3小鼠突变体,就会出现与内源性神经元观察到的相似表型。
这些数据表明,这种突变研究具有表型意义,所得到的神经细胞能忠实再现内源性神经元中观察到的表型,从而验证了这些细胞在疾病模型中的作用。
转分化是指一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细胞的技术,例如水母横纹肌细胞经转分化可形成神经细胞、平滑肌细胞、上皮细胞,甚至刺细胞。本文的另一位作者Marius Wernig博士是该研究领域的杰出代表。
2010年,Wernig研究组在啮齿类动物皮肤细胞中实现了将皮肤细胞转换成神经元;2011年,他们在《自然》杂志上发表了人类皮肤细胞成功转换的成果。
在这篇文章中,两位大师领导的研究组比较分析了野生型以及携带自闭症相关R704C突变的两种小鼠细胞。他们从这些小鼠的胚胎成纤维细胞中转分化得到神经iN细胞。
结果发现,neuroligin-3 R704C突变细胞出现了AMPA谷氨酸受体介导的突触传递大量选择性降低,而NMDA谷氨酸受体或GABAA受体介导的突触传递没有改变。因此,研究人员指出,这种突触表型复制了之前在R704C突变神经元中观察到的表型,从而证明了成纤维细胞转分化得到的神经元的有效性及其在细胞疾病模型中的作用。