مزارع الخلايا الأولية لدراسة إمكانات تجديد مورين مولر غليا بعد علاج الحمض النووي الريبي الميكروي

دبقية مولر (MG) هي الدبقية السائدة في شبكية العين العصبية. لديهم وظائف مماثلة مقارنة بالدبقية الأخرى في أجزاء أخرى من الجهاز العصبي المركزي مثل الحفاظ على توازن الماء والأيونات ، وتغذية الخلايا العصبية ، وحماية الأنسجة. تتمتع MG بميزة رائعة أخرى: على الرغم من أنها دبقية ناضجة ، إلا أنها لا تزال تعبر عن العديد من الجينات التي يتم التعبير عنها في الخلايا السلفية للشبكية (RPCs) خلال التطور المتأخر ^1,2. يفترض أن هذا التشابه هو السبب في التجديد العصبي القائم على MG الذي يحدث بشكل طبيعي في شبكية العين بعد تلف الشبكية ^3,4. خلال هذه العملية ، تعيد MG الدخول في دورة الخلية وإلغاء التمايز إلى RPCs التي تتمايز بعد ذلك إلى جميع الأنواع الستة من الخلايا العصبية الشبكية. على الرغم من أن هذه الظاهرة تحدث بشكل طبيعي في الأسماك ، إلا أن الثدييات MG لا تتحول إلى خلايا عصبية ^5,6. ومع ذلك، يمكن إعادة برمجتها. وقد ثبت أن مجموعة متنوعة من العوامل تعيد برمجة MG في RPCs / الخلايا العصبية. من بين هذه العوامل عامل النسخ الحلزوني الحلزوني الأساسي (bHLH) المتجانس 1 (Ascl1) الذي يشارك في تجديد الأسماك ^7,8. في الفئران ، يتم التعبير عن Ascl1 فقط في RPCs أثناء تكوين الشبكية ولكنه غائب في MG الناضجة أو الخلايا العصبية الشبكية⁹.

إن إعادة برمجة الخلايا مباشرة في الجسم الحي ليست تحديا منهجيا فحسب ، بل تتطلب أيضا موافقة لجنة مؤسسية لرعاية الحيوانات واستخدامها. للحصول على الموافقة ، يلزم الحصول على بيانات أولية حول العامل (العوامل) المستخدمة أو المعدلة ، والتركيزات ، والآثار غير المستهدفة ، والآليات الأساسية ، والسمية ، والكفاءة. تسمح أنظمة زراعة الخلايا باختبار هذه المعايير قبل استخدامها في نماذج الجسم الحي. علاوة على ذلك ، نظرا لأن MG لا تشكل سوى حوالي 5٪ من إجمالي عدد خلايا الشبكية 10 ، فإن مزارع MG تسمح بدراسة وظيفتها¹¹ وكذلك سلوكها ، بما في ذلك الهجرة^12,13 ، الانتشار¹⁴ ، رد فعل الإجهاد على الإصابة / التلف^15,16 ، تفاعلها مع أنواع الخلايا الأخرى مثل الخلايا الدبقية الصغيرة¹⁷ أو خلايا العقدة الشبكية (RGCs)¹⁸ ، أو إمكاناتها العصبية¹⁹،^20،21. يستخدم العديد من الباحثين خطوط الخلايا الخالدة لدراساتهم لأن لديهم إمكانات تكاثرية غير محدودة ويمكن الحفاظ عليها ونقلها بسهولة. ومع ذلك ، فإن الخلايا الأولية أفضل للفحوصات ذات الصلة بيولوجيا من الخلايا المخلدة لأنها تتمتع بخصائص خلية حقيقية (التعبير الجيني والبروتيني) ، والأهم من ذلك ، أنها تمثل مرحلة معينة من التطور وبالتالي لديها “عمر”. يعد عمر الحيوان (وبالتالي الخلايا التي تم الحصول عليها من الحيوان) عاملا حاسما بشكل خاص في إعادة البرمجة الخلوية لأن لدونة الخلية تقل مع تقدم مرحلة التطور²².

يصف هذا البروتوكول بالتفصيل كيفية إعادة برمجة MG الأساسي باستخدام miRNAs كطريقة حالية في المختبر لدراسة التجديد. تم إنشاء نموذج الاستزراع الأولي MG هذا في عام 2012 لتقييم خصائص تكاثر الخلايا من MG في الفئران الضربة القاضية P53 (trp53-/- الفئران)²³. وقد تبين أن MG المستزرعة تحافظ على ميزاتها الدبقية (أي التعبير عن بروتينات S100β و Pax6 و Sox2 التي تم تقييمها عن طريق وضع العلامات المناعية الفلورية) ، وأنها تشبه في الجسم الحي MG (microarray من MG المنقى FACS)²³. بعد ذلك بوقت قصير، تم التحقق من صحة الحمض النووي الريبوزي المرسال الدبقي والتعبير عن البروتين وتأكيدهما في نهج مختلف باستخدام النواقل الفيروسية²⁰. بعد بضع سنوات ، تم التأكيد على أن الغالبية العظمى من الخلايا الموجودة في هذه الثقافات هي MG باستخدام Rlbp1^CreERT: tdTomato^{STOPfl / fl} مراسل الفأر²⁴ الخاص ب MG. وعلاوة على ذلك، أظهر التقدير الكمي لمجموعة الحمض النووي الريبوزي المرسال في كل من MG المنقى من قبل FACS-و MG الأولي المستزرع أن مستويات MG miRNAs (mGLiomiRs) لا تختلف كثيرا في MG المستزرعة خلال مرحلة النمو. ومع ذلك ، فإن فترات الاستزراع الممدودة تسبب تغيرات في مستويات miRNA وبالتالي في مستويات mRNA والتعبير عن البروتين لأن miRNAs هي منظمات انتقالية²⁵.

في عام 2013 ، تم استخدام نموذج ثقافة MG هذا لاختبار مجموعة متنوعة من عوامل النسخ فيما يتعلق بقدرتها على إعادة برمجة MG إلى خلايا عصبية شبكية²⁰. تم العثور على Ascl1 ليكون عامل إعادة برمجة قوي جدا وموثوق به. الإفراط في التعبير عن Ascl1 عن طريق النواقل الفيروسية الناجمة عن التغيرات المورفولوجية ، والتعبير عن علامات الخلايا العصبية ، واكتساب الخصائص الكهروفسيولوجية العصبية. والأهم من ذلك، تم نقل الرؤى والنتائج التي تم الحصول عليها من هذه التجارب المختبرية الأولى بنجاح إلى التطبيقات في الجسم الحي^22,26 مما يدل على أن مزارع MG الأولية تمثل أداة صلبة وموثوقة لفحص العوامل الأولية وتقييم الميزات الدبقية قبل التنفيذ في الجسم الحي.

قبل بضع سنوات ، تبين أن miRNA miR-124 المخصب بالدماغ ، والذي يتم التعبير عنه أيضا بشكل كبير في الخلايا العصبية الشبكية ، يمكن أن يحفز تعبير Ascl1 في MG²¹ المستزرعة. تم تصور تعبير Ascl1 في الخلايا الحية عبر ماوس مراسل Ascl1 (Ascl1^CreERT: tdTomato^{STOPfl / fl}). فأر المراسل هو فأر مهندس وراثيا يحتوي على جين مراسل مدرج في حمضه النووي. يشفر جين المراسل هذا لبروتين المراسل ، وهو في هذه الدراسة tdTomato، وهو بروتين فلورسنت أحمر. هذا البروتين المراسل تقارير التعبير عن جين من الاهتمام، في هذه الحالة، Ascl1. بمعنى آخر ، ستتحول الخلايا التي تعبر عن Ascl1 إلى اللون الأحمر. نظرا لأن Ascl1 يتم التعبير عنه فقط في RPCs⁹ ، فإن ماوس Ascl1 ^CreERT: tdTomato^{STOPfl / fl} يسمح بتتبع تحويل MG إلى Ascl1 يعبر عن RPCs ، مما يعني أن الخلايا المحولة ستعبر عن بروتين مراسل tdTomato الفلورسنت الأحمر. هذا هو وضع العلامات التي لا رجعة فيها منذ تغيير الحمض النووي لهذه الخلايا. وبالتالي ، سيتم تصور أي تمايز عصبي لاحق لأن تسمية tdTomato تبقى في الخلايا المتباينة. إذا كان Ascl1 الذي يعبر عن RPCs المشتقة من MG (مع تسمية tdTomato) يتمايز إلى خلايا عصبية ، فستظل هذه الخلايا العصبية تحمل علامتها الحمراء. وبالتالي ، فإن هذا الماوس لا يسمح فقط بوضع علامات على RPCs المشتقة من MG لتصوير الخلايا الحية ولكن يسمح أيضا برسم خرائط المصير وتتبع النسب لهذه RPCs المشتقة من MG (الحمراء). في الآونة الأخيرة ، تم تحديد مجموعة من miRNAs في RPCs وتم استخدام ثقافات MG من Ascl1^CreERT: tdTomato^{STOPfl / fl} RPC-reporter الفئران لفحص واختبار تأثير هذه miRNAs على قدرة إعادة البرمجة والكفاءة²⁷. تم العثور على مرشح واحد ، RPC-miRNA miR-25 ، قادر على إعادة برمجة MG المستزرعة في خلايا Ascl1 المعبرة (Ascl1-Tomato+). تعتمد هذه الخلايا المعاد برمجتها ميزات عصبية بمرور الوقت ، بما في ذلك مورفولوجيا الخلايا العصبية (سوماتا صغيرة وإما عمليات دقيقة قصيرة أو طويلة) ، والتعبير عن النسخ العصبية التي تم قياسها عبر scRNA-Seq ، بالإضافة إلى التعبير عن البروتينات العصبية التي تم التحقق منها عبر وضع العلامات المناعية^{الفلورية 27}.

هنا ، يوضح البروتوكول بالتفصيل كيفية زراعة ونقل MG من الفئران P12 المقتبسة من العمل السابق 21،^24،27. تم اختيار miRNA miR-25 المذكور أعلاه لهذا البروتوكول ، وهو miRNA يتم التعبير عنه بشكل كبير في RPCs ، مع انخفاض مستويات التعبير في MG أو الخلايا العصبية الشبكية. من أجل المبالغة في التعبير عن miR-25 ، يحاكي miR-25 الفئران ، أي يتم استخدام جزيئات miRNA الاصطناعية. كعنصر تحكم ، يتم اختيار محاكاة miRNA من Caenorhabditis elegans ، والتي ليس لها وظيفة في خلايا الثدييات. تم إنجاز تصور تحويل MG إلى RPCs عبر ماوس مراسل RPC (Ascl1^CreERT: tdTomato^{STOPfl / fl}) ، وهو ماوس ذو خلفية مختلطة (سلالات C57BL/6 و S129 و ICR). ومع ذلك ، يمكن إجراء هذه الثقافة مع جميع سلالات الفئران ، بما في ذلك السلالات البرية. في السنوات القليلة الماضية ، تم تعديل البروتوكول الأصلي لتقليل مدة مرحلة النمو وفترة الثقافة الشاملة وضمان حالة خلايا دبقية أكثر قوة وتقليل درجة التنكس الخلوي ، الذي يحدث في فترات الاستزراع الطويلة. كما تم تمديد النافذة الزمنية العادية للنقل من 3 ساعات إلى 2 أيام. كما ذكرنا من قبل ، على الرغم من أن البروتوكول الحالي يصف ثقافات MG كأداة لدراسات التجديد ، فإن الطريقة ليست مفيدة فقط لاختبار عوامل إعادة البرمجة ، ولكن يمكن أيضا تكييفها لتطبيقات أخرى ، بما في ذلك الدراسات حول السلوك المهاجر أو التكاثري MG ، والنماذج المتعلقة بالإصابة / تلف الخلايا ، و / أو تحديد الآليات والمسارات الأساسية.