多能性幹細胞からのヒト神経細胞および希突起膠細胞の作製によるニューロン-希突起膠細胞相互作用のモデル化

希突起膠細胞前駆細胞(OPC)、有髄性希突起膠細胞、およびその間の移行型を含む希突起膠細胞系譜細胞は、ヒト脳細胞の主要なグループを構成し^{ています1}神経発達と老化を通して中枢神経系の適切な操作と維持のための多くの重要な機能に積極的に関与しています^2,3,4.希突起膠細胞は、白質のニューロン活動伝達を促進し、軸索の健康をサポートするミエリンを産生することでよく知られています^が、OPCは髄鞘形成がほとんどない灰白質に豊富(~5%)存在し、学習行動と記憶形成を制御する活動依存性シグナル伝達機能を実行します5,6,7,8 .アルツハイマー病(AD)やその他の加齢に伴う神経変性状態の病因における希突起膠細胞がどのように機能し、機能不全になるかは十分に研究されていません⁹。適切なモデルシステムの不十分さと、実験の道を前進させるための一般的な知識の不足が、このギャップの主な理由です。

胚性幹(ES)および人工多能性幹(iPS)細胞を含む多能性幹細胞からヒト脳細胞を誘導する最新のブレークスルーに照らして、そのような細胞モデルは、最新の遺伝子編集ツールと組み合わせて、脳内の細胞相互作用の複雑なネクサスを処理するための堅牢なツールとして浮上しており、ヒト特異的な疾患症状を実証することができます^10。11.個々の脳細胞タイプは、同じAD促進条件に直面しても明確で相反する効果を示す可能性があることを考慮する^と12,13、この幹細胞方法論は、脳細胞タイプのコレクションからの集計読み取りのみを提供する確立されたin vivoまたはin vitroモデルを使用して以前に見逃されていた細胞タイプ固有の情報を独自に提供します。過去10年間で、ES/iPS細胞の分化形質転換または他の最終分化細胞タイプ(線維芽細胞など)からの直接変換からヒトニューロンを生成するために、多くの信頼性の高いプロトコルが開発されてきました^14,15。特に、重要な神経原性転写因子(例えば、ニューロゲニン2、Ngn2)¹⁶をヒト多能性幹細胞に適用することで、グリア細胞との共培養を必要とせずに、純粋培養用の十分に特徴付けられた神経細胞タイプの均質な集団を生成することができます¹²、^17、18。誘導されたヒト希突起膠細胞については、主要な対応物に非常に類似した機能細胞を生成できるいくつかの公開されたプロトコルがあり、時間とリソースにおいて幅広い効率と需要があります19,20,21,22,23,24,25,26,27,28 .今日まで、これらのプロトコルのいずれも、希突起膠細胞がどのように応答し、AD病因に影響を与えるかを調査するために適用されていません。

ここでは、ヒト誘導ニューロン(iN)およびOPC/希突起膠細胞(iOPC / iOL)の単一および混合培養のための改善されたプロトコルについて説明します。ここで説明するiNプロトコルは、広く使用されているNgn2アプローチ¹⁶に基づいており、グリアフリーであるという追加的な特徴を有する。得られたiNは均質で、皮質層の2/3興奮性ニューロンに非常に似ており、特徴的な錐体形態、遺伝子発現パターン、および電気生理学的特徴を備えています^17,18(図1)。多能性幹細胞の指向性分化における基本的な障壁のいくつかを克服するために、我々は、低用量ジメチルスルホキシド(DMSO)前処理の簡単で効果的な方法を開発し^29,30、そしてDouvarasとFossati 32によって広く適応されたプロトコルに基づいて、ヒトES/iPS細胞がiOPCとiOLに分化形質転換する傾向が高まったことを報告しました³¹。.プロトコルをさらに簡素化し、強力な分化促進化合物であるクレマスチン7,33,34を組み込んで、希突起膠の成熟プロセスを加速しました。その結果(図2)、iOPCは2週間で生成され(マーカーO4に対して~95%陽性)、iOLは4週間で生成されます(成熟マーカーMBPおよびPLP1を発現)。興味深いことに、iOPC単独では顕著な量のアミロイドβ(Aβ)を分泌し、希突起膠細胞系統細胞におけるアミロイド前駆体タンパク質(APP)およびプロセシングプロテアーゼβセクレターゼ(BACE1)の豊富な発現を示す独立したトランスクリプトームデータと一致しています^35,36。さらに、当社のiN-iOPC共培養システムは、MBP陽性iOLプロセスによる軸索の被覆を促進し、シナプス形成を大いにサポートします(図3)。したがって、以下に詳述するプロトコルは、以前にカタログ化されたニューロン-オリゴデンドログリア共培養法に比べて技術的および生物学的利点があり、ADにおける神経変性をより適切にモデル化する上で有望です。