Получены норадреналиновые нейроны из стволовых клеток человека

Голубое пятно — ядро в стволе моста, связанное с многими другими отделами мозга и отвечающее за физиологическую реакцию на напряжение и тревогу. Многие из его нейронов являются норадренергическими, то есть секретируют норадреналин — один из важнейших нейромедиаторов. Норадренергическая система играет ключевую роль в бодрствовании, возбуждении, запоминании, фокусировании внимания, реакции «бей или беги». Количество нейронов голубого пятна у человека варьирует от 20 до 50 тысяч.

Нарушения норадренергической системы ассоциированы с психиатрическими и нейродегенеративными заболеваниями, такими как синдром Альцгеймера, болезнь Паркинсона, СДВГ, тревожность и депрессия. Авторы статьи в Nature Biotechnology получили культуру нейронов, продуцирующих норадреналин. Такие клетки могут стать экспериментальной моделью для исследования заболеваний центральной нервной системы и новых лекарств.

Методы получения норадреналинергических (НА) нейронов из стволовых клетках мыши не работают на стволовых клетках человека. Авторы нового исследования показали, что белки BMP и белок TGFβ, которые индуцируют дифференцировку НА нейронов в мозге грызунов и из мышиных стволовых клеток, не могут аналогичным образом направить дифференцировку плюрипотентных стволовых клеток человека. Более того, BMP угнетает дифференцировку в НА нейроны.

Нейроны голубого пятна во время эмбрионального развития возникают из клеток-предшественников в зоне r1, поэтому было важно не допустить дифференцировки плюрипотентных стволовых клеток человека в клетки с маркерами, характерными для нейронов из зон r2-r5. Авторы сначала дифференцировали плюрипотентные клетки человека в нейроэпителиальные клетки в присутствии ингибитора рецептора BMP (DMH1) и ингибитора рецептора TGFβ (SB431542), а также CHIR99012, агониста WNT. Полученные клетки-предшественники обладали признаками клеток r1. Их дальнейшее развитие удалось направить в сторону норадреналинергических нейронов, используя активин A (белок из суперсемейства TGFβ) и ряд дополнительных сигналов. Активин A, в отличие от TGFβ1, способствовал экспрессии факторов транскрипции ASCL1, PHOX2A и PHOX2B, ключевых в развитии НА нейронов. Этот эффект был специфичным для клеток r1.

В итоге авторам удалось получить 40–60% функциональных нейронов, напоминающих НА нейроны, из одной линии эмбриональных стволовых клеток и двух линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека.

Клетки экспрессировали характерные для НА нейронов белки (например, ферменты, отвечающие за синтез норадреналина). Строение аксонов было типичным для их аналогов in vivo. Ингибиторы обратного захвата норадреналина повышали содержание этого нейромедиатора в среде, что подтверждало функциональное сходство. Авторы провели секвенирование РНК в единичных клетках и убедились, что они точно воспроизводят траекторию дифференцировки норадренергических нейронов из предшественников. Нейроны в культуре проявляли характерную хеморецепторную активность (увеличивали частоту импульсов при высокой концентрации углекислого газа).

Кроме того, авторы создали с помощью CRISPR-Cas9 клеточную линию, которая реагирует флуоресценцией на норадреналин. Эту линию можно использовать для скрининга лекарств.

Таким образом, получены полезные клеточные модели для изучения механизмов заболеваний ЦНС и действия потенциальных лекарственных препаратов.

Клетки, подобные альвеолярным макрофагам, впервые получили in vitro