Homochronic transplantatie van Interneuron precursoren in vroege postnatale muis hersenen

Corticale werking vereist een evenwicht tussen excitatory projectie neuronen en remmende GABAergic interneuronen, een uiterst heterogene populatie met verschillende morphologies, elektrofysiologische eigenschappen, connectiviteit en neurochemical markeringen. Abnormale ontwikkeling en functie van interneuronen (en specifieke interneuron subgroepen) is gekoppeld aan de pathobiology van psychiatrische aandoeningen zoals schizofrenie, autisme en epilepsie^1,2,3. Bovendien zijn vele genen betrokken bij deze hersenafwijkingen sterk verrijkt met jonge interneuronen⁴. Dus is een groter inzicht in de mechanismen die interneuron lot vastberadenheid en rijping regelen nodig om te begrijpen van de normale ontwikkeling en potentiële etiologie van talrijke hersenziekten.

Reukkolf interneuronen zijn geboren voornamelijk uit twee voorbijgaande embryonale structuren, de mediale en caudal ganglionaire eminenties (MGE en CGE, respectievelijk). Deze postmitotic cellen (interneuron precursoren) dan het ondergaan van een migratiefase van de langdurige tangentiële te verspreiden in de telencephalon waar ze integreren in een breed scala aan circuits. MGE afkomstige interneuronen bestaan uit drie grotendeels niet-overlappende, neurochemically gedefinieerde subgroepen: snel stekelige parvalbumin (PV⁺) interneuronen, niet-fast stekelige interneuronen Somatostatine (SST⁺), en laat stekelige neuronale nitraatstikstof oxide synthase (nNOS⁺) interneuronen die hippocampal neurogliaform en ivy cellen vormen. Talrijke labs hebben verschillende mechanismen binnen de MGE die eerste lot besluiten in PV⁺ of SST + interneuronen, met inbegrip van ruimtelijke gradiënten van morphogens, geboortedatum van interneuron precursoren, en de wijze van neurogene divisie regelen vastgesteld ^{5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10}. er is voorgesteld dat interneuronen aanvankelijk in ‘kardinaal klassen onderscheiden’ en vervolgens geleidelijk in ‘definitieve klassen’ rijpen als ze met hun omgeving-^{11 interageren}. Recente gegevens blijkt dat sommige volwassen interneuron subtypen genetisch hardwired wellicht deze cellen naarmate postmitotic in de ganglionaire eminenties, die aangeeft dat de vroege gedefinieerde intrinsieke genetische programma’s een grotere rol dan voorheen kunnen spelen gewaardeerd^12,13. De belangrijke vraag hoe de intrinsieke genetische programma’s met milieu aanwijzingen naar station differentiatie in verschillende interneuron subtypen communiceren blijft echter grotendeels onontgonnen.

Talrijke studies hebben getransplanteerde embryonale MGE cellen rechtstreeks in een verscheidenheid van hersengebieden, met de resultaten van de consensus die geënt van cellen volwassen en vrijgeven van GABA te remmen in het algemeen de lokale endogene circuit^{14,15, 16,17,18,19}. Deze waarnemingen veelbelovend hebben gegenereerd significant belang in het gebruik van menselijke geïnduceerde pluripotente stamcel (hIPSC)-afgeleid van interneuronen voor de behandeling van een verscheidenheid van hersenziekten. Nochtans, zeer weinigen van deze studies beoordelen als deze geënte cellen in de verwachte soorten rijpe interneuronen rijpen, een kritische component wanneer men denkt over translationeel benaderingen.

Om aan te pakken hoe milieu invloeden interneuron differentiatie en rijping, werd een strategie ontworpen om de transplantatie van onrijpe interneuron precursoren in nieuwe omgevingen van de hersenen om te onderzoeken of geënte interneuronen kenmerken van de host nemen milieu of functies van de donor milieu²⁰behouden. MGE transplantaties zijn niet geschikt om aan te pakken van deze vraag, omdat de MGE bevat een gemengde bevolking van interneuron en GABAergic projectie cellen dat in talrijke regio’s van de hersenen^{21 dispergeren}. Zonder te weten waar deze MGE cellen zou zijn gemigreerd, kan men niet volledig beoordelen hoe deze transplantaties worden beïnvloed door het milieu van de hersenen. Door interneuron precursoren op vroege postnatale timepoints te oogsten, wordt dit probleem omzeild door het verkrijgen van onrijpe cellen die hebben hun migratie voltooid en hun doel bereikt brain regio maar hebben minimale interactie met de omgeving. Door te focussen op specifieke kenmerken van interneuronen die differentieel tussen verschillende hersengebieden worden uitgedrukt, kan men vervolgens bepalen hoe de hostomgeving interneuron eigenschappen verandert. De algemene aanpak in dit protocol dient te gelden tot een onderzoeker dat wil onderzoeken hoe jonge neuronen zich wanneer gedragen uitgedaagd in een nieuwe omgeving.